Лекция 1. Введение в распределенные вычислительные системы
УЧЕБНЫЕ ВОПРСЫ 1. Основные понятия и определения. Классификация РВС 2. История развития распределенных вычислений
Распределенная вычислительная система (РВС) – это набор соединенных каналами связи независимых компьютеров, которые с точки зрения пользователя некоторого программного обеспечения выглядят единым целым
Характеристики РВС: А) возможность работы с различными типами устройств: с различными поставщиками устройств; с различными операционными системами, с различными аппаратными платформами.
Характеристики РВС: А) возможность работы с различными типами устройств: с различными поставщиками устройств; с различными операционными системами, с различными аппаратными платформами. Вычислительные среды, состоящие из множества вычислительных систем на базе разных программно-аппаратных платформ, называются гетерогенными.
Характеристики РВС: Б) возможность простого расширения и масштабирования; В) перманентная (постоянная) доступность ресурсов (даже если некоторые элементы РВС некоторое время могут находиться вне доступа); Г) сокрытие особенностей коммуникации от пользователей.
Рис. 1. Слои программного обеспечения в РВС
Для обеспечения работы гетерогенного оборудования РВС в виде единого целого, стек программного обеспечения (ПО) обычно разбивают на два слоя. На верхнем слое располагаются распределенные приложения, отвечающие за решение определенных прикладных задач средствами РВС. Их функциональные возможности базируются на нижнем слое - промежуточном программном обеспечении (ППО). ППО взаимодействует с системным ПО и сетевым уровнем, для обеспечения прозрачности работы приложений в РВС
типы прозрачности в РВС: прозрачный доступ к ресурсам - от пользователей должна быть скрыта разница в представлении данных и в способах доступа к ресурсам РВС; прозрачное местоположение ресурсов - место физического расположения требуемого ресурса должно быть несущественно для пользователя; репликация - сокрытие от пользователя того, что в реальности существует более одной копии используемых ресурсов;
типы прозрачности в РВС: параллельный доступ - возможность совместного (одновременного) использования одного и того же ресурса различными пользователями независимо друг от друга. При этом факт совместного использования ресурса должен оставаться скрытым от пользователя; прозрачность отказов - отказ (отключение) каких- либо ресурсов РВС не должен оказывать влияния на работу пользователя и его приложения.
Ресурсом называется любая программная или аппаратная сущность, представленная или используемая в распределенной сети. Узел - любое аппаратное устройство в распределенной вычислительной системе. Сервер - это поставщик информации в РВС (например, веб-сервер).
Клиент - это потребитель информации в РВС (например, веб-браузер). Пир - это узел, совмещающий в себе как клиентскую, так и серверную часть (т.е. и поставщик, и потребитель информации одновременно). Сервис - это сетевая сущность, предоставляющая определенные функциональные возможности [30] (например, веб-сервер может предоставлять сервис передачи файлов по протоколу HTTP). В рамках одного узла могут предоставляться несколько различных сервисов.
Рис. 2. Схема взаимоотношений между терминами РВС
Выделяют следующие признаки классификации РВС по шкале «централизованный - децентрализованный»: методы обнаружения ресурсов; доступность ресурсов; методы взаимодействия ресурсов.
методы обнаружения ресурсов Примером централизованного метода обнаружения ресурсов может служить служба DNS. На основе указанного имени сайта (например, DNS возвращает его IP-адрес (например, ). При использовании децентрализованного метода обнаружения ресурсов (например, в сети Gnutella) запрос на поиск отправляется всем узлам, известным отправителю. Эти узлы производят поиск ресурса у себя, и транслируют запрос далее.
доступность ресурсов Примером централизованной доступности ресурсов в РВС может являться технология веб-сервисов. Существует только один сервер с выделенным IP- адресом, который предоставляет определенный веб- сервис или сайт. Существуют системы, предоставляющие децентрализованные подходы к доступности ресурсов посредством множественного дублирования сервисов, которые могут обеспечить функциональность, необходимую пользователю.
методы взаимодействия ресурсов Централизованный подход к взаимодействию узлов основан на том, что взаимодействие между узлами всегда происходит через специальный центральный сервер. Таким образом, один узел не может обратиться к другому непосредственно. Децентрализованный подход к взаимодействию реализуется в одноранговых вычислительных системах. Такой подход основывается на прямом взаимодействии между узлами РВС, т.к. каждый узел играет как роль клиента, так и роль сервера.
Взаимодействие в вычислительных сетях базируется на протоколах. Протокол - это набор правил и соглашений, описывающих процедуру взаимодействия между компонентами системы (в том числе и вычислительной).
Рис. 3. Уровни модели OSI
Первое поколение систем распределенных вычислений основывались на объединении вычислительных возможностей суперкомпьютеров. Основной целью данных проектов было предоставление вычислительных ресурсов для определенного ряда высокопроизводительных приложений.
Первое поколение систем распределенных вычислений Проект FAFNER был создан для решения задачи разложения больших чисел на основе мощностей географически-распределенных вычислительных систем. Нахождение простых множителей больших чисел позволяет расшифровать данные, зашифрованные на основе алгоритма RSA.
Первое поколение систем распределенных вычислений Особенности проекта FAFNER реализация NFS - Network File System (Сетевая Файловая Система) позволяла даже малым рабочим станциям выполнять полезную работу, рассчитывая свой маленький фрагмент задачи; проект FAFNER поддерживал анонимную регистрацию участников; консорциум сайтов, представлявших костяк вычислительной системы, формировали иерархическую структуру веб-серверов, что уменьшало возможность возникновения «узкого места» в вычислительной системе.
Первое поколение систем распределенных вычислений I-WAY - Information Wide Area Year (Год Информации Глобальных Сетей) экспериментальная высокопроизводительная сеть, которая объединила мно жество высокопроизводительных компьютеров и передовые средства визуализации в США. Она была спроектирована в начале 1995, с целью объединения высокоскоростных сетей, существующих на тот момент.
Второе поколение систем распределенных вычислений Грид Концепция грид - РВС, обеспечивающая «гибкое, безопасное, координированное распределение ресурсов среди динамических наборов пользователей, организаций и ресурсов». Основной задачей грид было построение инфраструктуры, обеспечивающей «вычисления по требованию» (utility computing)
Второе поколение систем распределенных вычислений Проект Legion Проект Legion - это объектно-ориентированная система, предоставляющая программную оболочку для организации однородного взаимодействия гетерогенных распределенных высокопроизводительных вычислительных систем
Второе поколение систем распределенных вычислений Распределенные объектные системы архитектура CORBA (Common Object Request Broker Architecture - общая архитектура брокера объектных запросов) обеспечивает стандартный протокол взаимодействия объектно-ориентированных систем
Современные РВС Одноранговые (peer-to-peer) сети При работе в рамках парадигмы P2P, компьютеры обмениваются ресурсами непосредственно друг с другом, без использования центрального сервера.
Современные РВС Сервис-ориентированная архитектура SOAP - основанный на XML протокол взаимодействия веб-сервисов; WSDL (Web Services Description Language - Язык описания веб-сервисов) это методология описания ресурсов, предоставляемых веб-сервисом; UDDI (Universal Description Discovery and Integration - Универсальный метод поиска и интеграции) - метод описания, поиска, взаимодействия и использования веб- сервисов.
Современные РВС Агенты Агентные сети принципиально приспособлены для функционирования в динамически-изменяемой окружающей среде. В этом случае, автономность агентов позволяет организовать динамическую подстройку вычислительного алгоритма под условия вычислительной среды.
Современные РВС Облачные вычисления Облако - это парадигма крупномасштабных распределенных вычислений, основанная на эффекте масштаба, в рамках которой пул абстрактных, виртуа лизованных, динамически-масштабируемых вычислительных ресурсов, ресурсов хранения, платформ и сервисов предоставляется по запросу внешним поль зователям через Интернет