Э. Таненбаум, М. ван Стеен - Распределённые системы (принципы и парадигмы), страница 4

Локальные сети {Local-Area Networks, LAN) соединяют сотни компьютеров,находящихся в здании, таким образом, что машины в состоянии обмениваться1.1. Определение распределенной системы23небольшими порциями информации за несколько микросекунд. Большие масси­вы да1И1ых передаются с машины на машину со скоростью от 10 до 1000 Мбит/с.Глобальные сети (Wide-Area Networks, WAN) позволяют миллионам машин вовсем мире обмениваться информацией со скоростями, варьирующимися от64 кбит/с (килобит в секунду) до гигабит в секунду.В результате развития этих технологий сегодня не просто возможно, но и дос­таточно легко можно собрать компьютерную систему, состоящую из множествакомпьютеров, соединенных высокоскоростной сетью. Она обычно называетсякомпьютерной сетью, или распределенной системой {distiibuted system), в отли­чие от предшествовавших ей централизованнъих {centralized systems), или одно­процессорных {single-processor systems), систем, состоявших из одного компьюте­ра, его периферии и, возможно, нескольких удаленных терминалов.1 .

1 . Определение распределеннойсистемыв литературе можно найти различные определения распределенных систем, при­чем ни одно из них не является удовлетворительным и не согласуется с осталь­ными. Для наших задач хватит достаточно вольной характеристики.Распределенная система — это набор независимых компьютеров, представляющийся их поль­зователям единой объединенной системой.В этом определении оговариваются два момента. Первый относится к аппара­туре: все машины автономны. Второй касается программного обеспечения: поль­зователи думают, что имеют дело с единой системой. Важны оба момента.

Позжев этой главе мы к ним вернемся, но сначала рассмотрим некоторые базовые во­просы, касающиеся как аппаратного, так и программного обеспечения.Возможно, вместо того чтобы рассматривать определения, разумнее будет со­средоточиться на важных характеристиках распределенных систем. Первая из та­ких характеристик состоит в том, что от пользователей скрыты различия междукомпьютерами и способы связи между ними. То же самое относится и к внешнейорганизащп! распределенных систем.

Другой важной характеристикой распреде­ленных систем является способ, при помощи которого пользователи и приложе­ния едрпюобразно работают в распределенных системах, независимо от того, гдеи когда происходит их взаимодействие.Распределенные системы должны также относительно легко поддаваться рас­ширению, или масштабированрпо. Эта характеристика является прямым следст­вием наличия независимых компьютеров, но в то же время не указывает, ка­ким образом эти компьютеры на самом деле объединяются в едгпгую систему.Распределенные системы обычно существуют постоянно, однако некоторые ихчасти могут временно выходить из строя. Пользователи и приложения не долж­ны уведомляться о том, что эти части заменены или починены или что добав-24Глава 1.

Введениелены новые части для поддержки дополнительных пользователей или прило­жений.Для того чтобы поддержать представление различных компьютеров и сетейв виде единой системы, организация распределенных систем часто включаетв себя дополнительный уровень программного обеспечения, находящийся междуверхним уровнем, на котором находятся пользователи и приложения, и нижнимуровнем, состоящим из операционных систем, как показано на рис.

1.1. Соответ­ственно, такая распределенная система обычно называется системой промежу­точного уровня (middleware).Машина ВМашина АМашина СРаспределенные приложенияСлужба промежуточного уровняЛокальная ОСЛокальная ОСЛокальная ОССетьРис. 1 . 1 . Распределенная система организована в виде службы промежуточного уровня.Отметим, что промежуточный уровень распределен среди множества компьютеровВзглянем теперь на некоторые примеры распределенных систем.

В качествепервого примера рассмотрим сеть рабочих станций в университете или отделекомпании. Вдобавок к персональной рабочей станции каждого из пользователейимеется пул процессоров машинного зала, не назначенных заранее ни одному изпользователей, но динамически выделяемых им при необходимости. Эта распре­деленная система может обладать единой файловой системой, в которой всефайлы одинаково доступны со всех машрш с использованием постоянного путидоступа. Кроме того, когда пользователь набирает команду, система может найтинаилучшее место для выполнения запрашиваемого действия, возможно, на соб­ственной рабочей станции пользователя, возможно, на простаивающей рабочейстанции, принадлежащей кому-то другому, а может быть, и на одном из свобод­ных процессоров машинного зала. Если система в целом выглядит и ведет себякак классическая однопроцессорная система с разделением времени (то естьмногопользовательская), она считается распределенной системой.

В качестве вто­рого примера рассмотрим работу информационной системы, которая поддержива­ет автоматическую обработку заказов. Обычно подобные системы используютсясотрудниками нескольких отделов, возможно в разных местах. Так, сотрудникиотдела продаж могут быть разбросаны по обширному региону или даже по всейстране.

Заказы передаются с переносных компьютеров, соединяемых с системойпри помощи телефонной сети, а возможно, и при помощи сотовых телефонов.Приходящие заказы автоматически передаются в отдел планирования, превра­щаясь там во внутренние заказы на поставку, которые поступают в отдел достав-1.2. Задачи25ки, и в заявки на оплату, поступающие в бухгалтерию. Система автоматическипересылает эти документы имеющимся на месте сотрудникам, отвечающим за ихобработку. Пользователи остаются в полном неведении о том, как заказы на са­мом деле курсируют внутри системы, для них все это представляется так, будтовся работа происходит в централизованной базе данных.В качестве последнего примера рассмотрим World Wide Web.

Web предо­ставляет простую, целостную и единообразную модель распределенных докумен­тов. Чтобы увидеть документ, пользователю достаточно активизировать ссылку.После этого документ появляется на экране. В теории (но определенно не в теку­щей практике) нет необходимости знать, с какого сервера доставляется документ,достаточно лишь информации о том, где он расположен.

Публикация документаочень проста: вы должны только задать ему уникальное имя в форме унифициро­ванного указателя ресурса {Uniform Resouixe Locator, URL), которое ссылается налокальный файл с содержимым документа. Если бы Всемирная паутина пред­ставлялась своим пользователям гигантской централизованной системой доку­ментооборота, она также могла бы считаться распределенной системой. К сожа­лению, этот момент еще не наступил. Так, пользователи сознают, что документынаходятся в различных местах и распределены по различным серверам.1.2. ЗадачиВозможность построения распределенных систем еще не означает полезностьэтого.

Современная технология позволяет подключить к персональному компью­теру четыре дисковода. Это возможно, но бессмысленно. В этом разделе мы обсу­дим четыре важных задачи, решение которых делает построение распределенныхсистем осмысленным. Распределенные системы могут легко соединять пользова­телей с вычислительными ресурсами и успешно скрывать тот факт, что ресурсыразбросаны по сети .и могут быть открытыми и масштабируемыми.1 . 2 . 1 . Соединение пользователейс ресурсамиОсновная задача распределенных систем — облегчить пользователям доступк удаленным ресурсам и обеспечить их совместное использование, регулируяэтот процесс.

Ресурсы могут быть виртуальными, однако традиционно они вклю­чают в себя принтеры, компьютеры, устройства хранения данных, файлы и дан­ные. Web-страницы и сети также входят в этот список. Существует множествопричин для совместного использования ресурсов. Одна из очевидных — это эко­номичность. Например, гораздо дешевле разрешить совместную работу с принте­ром нескольких пользователей, чем покупать и обслуживать отдельный принтердля каждого пользователя. Точно так же имеет смысл совместно использоватьдорогие ресурсы, такие как суперкомпьютеры или высокопроизводительные хра­нилища данных.26Глава 1.

ВведениеСоединение пользователей и ресурсов также облегчает кооперацию и обменинформацией, что лучше всего иллюстрируется успехом Интернета с его про­стыми! протоколами для обмена файлами, почтой, документами, аудио- PI видео­информацией. Связь через Интернет в настоящее время привела к появлениюмногочисленных виртуальных организаций, в которых географически удален­ные друг от друга группы сотрудников работают вместе при помощи системгрупповой работы (groupware) — программ для совместного редактирования до­кументов, проведения телеконференций и т. п. Подобным же образом подключе­ние к Интернету вызвало к жизни электронную коммерцию, позволяющую нампокупать и продавать любые виды товаров, обходясь без реального посещениямагазина.Однако по мере роста числа подключений и степени совместного использова­ния ресурсов все более и более важными становятся вопросы безопасности.

В со­временной практике системы имеют слабую защиту от подслушивания иливторжения по линиям связи. Пароли и другая особо важная информация частопересылаются по сетям открытым текстом (то есть незашифрованными) илихранятся на серверах, надежность которых не подтверждена ничем, кроме нашейверы. Здесь имеется еще очень много возможностей для улучшения.

Так, напри­мер, в настоящее время для заказа товаров необходимо просто сообщить но­мер своей кредитной карты. Редко требуется подтверждерпте того, что покупа­тель деР1Ствительно владеет этой картой. В будущем заказ товара таким образомбудет возможен только в том случае, если вы сможете физически подтвердитьфакт обладания этой картой при помощи считывателя карт.Другая проблема безопасности состоит в том, что прослеживание коммуникацийпозволяет построить профиль предпочтений конкретного пользователя [485].Подобное отслеживание серьезно нарушает права личности, особенно если про­изводится без уведомления пользователя. Связанная с этим проблема состоитв том, что рост подключений ведет к росту нежелательного общегпш, такого какполучаемые по электронной почте бессмысленные письма, так называемый спам.Единственное, что мы можем сделать в этом случае, это защитить себя, исполь­зуя специальные информационные фильтры, которые сортируют входящие со­общения на основании их содержимого.1.2.2.

ПрозрачностьВажная задача распределенных систем состоит в том, чтобы скрыть тот факт, чтопроцессы и ресурсы физически распределены по множеству компьютеров. Рас­пределенные сргстемы, которые представляются пользователям и приложениямв виде единой компьютерной системы, называются прозрачными {transparent).Рассмотрим сначала, как прозрачность реализуется в распределенных системах,а затем зададимся вопросом, зачем вообще она нужна.Прозрачность в распределенных системахКонцепция прозрачности, как видно из табл.

1.1, применима к различным аспек­там распределенных систем [210].1.2. Задачи27Т а б л и ц а 1 . 1 . Различные ф о р м ы прозрачности в распределенных системахПрозрачностьОписаниеДоступСкрывается разница в представлении данныхи доступе к ресурсамМестоположениеСкрывается местоположение ресурсаПереносСкрывается факт перемещения ресурса в другое местоСмена местоположенияСкрывается факт перемещения ресурса в процессеобработки в другое местоРепликацияСкрывается факт репликации ресурсаПараллельный доступСкрывается факт возможного совместного использованияресурса несколькими конкурирующими пользователямиОтказСкрывается отказ и восстановление ресурсаСохранностьСкрывается, хранится ресурс (программный) на дискеили находится в оперативной памятиПрозрачность доступа {access transparency) призвана скрыть разницу в пред­ставлении данных и в способах доступа пользователя к ресурсам.