01-tongquan ve he phan tan
Post on 10-Apr-2016
51 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
CHƢƠNG 1: TỔNG
QUAN VỀ HỆ PHÂN
TÁNTS. Trần Hải Anh
Bài giảng có tham khảo bài giảng của PGS. TS. Hà Quốc Trung
Nội dung2
1. Định nghĩa
2. Đặc điểm của hệ phân tán
3. Thành phần của hệ phân tán
4. Các loại hệ phân tán
5. Các vấn đề cần nghiên cứu trong hệ phân tán
1.1. Lịch sử phát triển
1.2. Các định nghĩa
1.3. Ví dụ
1. Định nghĩa3
1.1. Lịch sử phát triển của các hệ
thống máy tính4
Máy tính ENIAC MIT TXO (1956) DEC PDP-1 (1960)
IBM system 360 (1964) ILLIAC IVIBM PS/2
Lịch sử phát triển của kết nối mạng5
Ethernet
Wireless
Thay đổi về cách thức sử dụng máy
tính6
Thay đổi về cách thức sử dụng máy
tính
18/01/2015@ Trần Hải Anh 2014
7
1.2. Định nghĩa8
Các máy tính độc lập
Kết nối lẫn nhau
Thực hiện một nhiệm vụ chung
Cung cấp dịch vụ một cách thống nhất
NSD không cần phải quan tâm tới các chi tiết của
hệ thống
Định nghĩa của Tannenbaum9
A distributed system is:
A collection of independent connected computers that provides services to its users as a single coherent system
[Tanenbaum 2006]
Các máy tính độc lập10
Không phụ thuộc lẫn nhau
Có thể là các máy tính có kiến trúc khác nhau
Có thể là các máy tính có phần mềm hệ thống khác
nhau
Đảm bảo kết nối lẫn nhau và thực hiện nhiệm vụ
chung
Kết nối lẫn nhau11
Các máy tính đƣợc nối với nhau bằng mạng máy
tính
Phần mềm trên các máy tính phải phối hợp để các
thực thể phần mềm có thể trao đổi thông tin lẫn
nhau
Chia sẻ tài nguyên
Giao thức trao đổi thông tin
…
Cung cấp dịch vụ một cách thống nhất12
Các máy tính phải phối hợp với nhau hƣớng tới
một nhiệm vụ: cung cấp dịch vụ
Dịch vụ đƣợc cung cấp tới NSD bằng một giao
diện thống nhất
Thống nhất về cách thức truy cập dịch vụ
Thống nhất về giao diện
Mức độ thống nhất
Distributed vs. Ubiquitous Systems13
Networked computer system: appears as many
machines
Distributed computer system: appears as single
system
Ubiquitous system: appears as no computer system
1.3. Ví dụ về hệ phân tán
WWW system
Các máy tính (web server, web client)
Độc lập (cấu hình, hđh tùy ý)
Phối hợp lẫn nhau (HTTP)
Cung cấp dịch vụ (thông tin)
Giao diện duy nhất (web page, ….)
Phân tán
Web page có thể nằm trên các máy tính khác nhau
Truy cập bằng dòng địa chỉ <> click
14
The www system-graphics mode15
The www system-text mode16
Ví dụ: hệ thống Email
Hệ phân tán @Trần Hải Anh 2014
17
Email client và server (máy tính)
Cấu hình khác nhau
Cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin bằng email
Giao diện thống nhất
Hệ thống email
Hệ phân tán @Trần Hải Anh 2014
18
MTAMDA
MTAMDA
InternetSMTP
Các bí danh
Người sử dụng
Hộp thư NSDBộ đệm thư gửi đi
SMTPPOP/IMAP
Web Server
Web Mail
DNS
Các bản ghi MX Các bản ghi MX
Các bí danh
Người sử dụng
Hộp thư NSDBộ đệm thư gửi đi
SMTPPOP/IMAP
Web Server
Web Mail
2.1. Các đặc điểm chung
2.2. Chia sẻ tài nguyên
2.3. Tính trong suốt
2.4. Tính mở
2.5. Tính co giãn (scallability)
2. Đặc điểm của hệ phân tán19
2.1. Các đặc trƣng của một hệ thống
phân tán20
Chia sẻ tài nguyên
Tính mở
Tính trong suốt
Tính co giãn
2.2. Chia sẻ tài nguyên21
Kết nối tài nguyên
Giảm chi phí
Tăng tính sẵn sàng
Hỗ trợ làm việc nhóm
Tăng rủi ro về an toàn thông tin
2.3. Tính trong suốt (transparency)
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
22
Hệ thống là duy nhất với NSD
Giao diện giống nhau
Cách thức truy cập giống nhau
Trong suốt về qui mô và vị trí
Che giấu tính phân tán của hệ phân tán
Tính trong suốt
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
23
Loại trong suốt Mô tả
Truy cậpChe giấu sự khác nhau trong biểu diễn dữ liệu và cách thức truy cập tài nguyên.
Địa điểm Che giấu vị trí của tài nguyên
Di trú Che giấu việc tài nguyên chuyển đến địa điểm khác
Chuyển địa điểmChe giấu việc tài nguyên chuyển đến địa điểm khác trong khi đang được sử dụng
Sao lưuChe giấu việc dữ liệu được cung cấp từ nhiều bản sao khác nhau
Tương tranhChe giấu việc tài nguyên được truy cập đồng thời bởi nhiều NSD
Thứ lỗi Che giấu lỗi và quá trình phục hồi của tài nguyên
Bền vữngChe giấu việc tài nguyên/dữ liệu được lưu trữ bền vững (disk) hoặc không (RAM)
Mức độ trong suốt
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
24
Trong suốt tuyệt đối?
Thông báo cho NSD ở Mỹ và VN
Thời gian truyền tin giữa 2 máy tính ở trong phòng và
xuyên lục địa
Cập nhật các bản sao dữ liệu
Trong suốt<>hiệu năng
Có phải khi nào cũng cần trong suốt
2.4. Tính mở
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
25
Hệ phân tán mở cung cấp các dịch vụ theo các đặc
tả về cú pháp và ngữ nghĩa của các dịch vụ, gọi là
giao thức
Thƣờng đƣợc mô tả bằng IDL
Tính đầy đủ của đặc tả
Quá chi tiết: phụ thuộc vào cài đặt cụ thể của dịch vụ
Không đủ chi tiết: Khi cài đặt phải bổ sung thêm: phụ
thuộc vào cài đặt cụ thể của dịch vụ
Tính mở (2)
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
26
Khả năng phối hợp (interoperability)
Tính khả chuyển (portability)
Tính mềm dẻo + mở rộng đƣợc (flexibility,
extensibility)
Thực hiện: tách biệt chính sách và cơ chế
2.5. Tính co giãn
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
27
Qui mô:
số lƣợng NSD và tài nguyên thay đổi
Không gian địa lý
Qui mô vùng địa lý có tài nguyên và NSD thay đổi
Tổ chức
Qui mô tổ chức thay đổi
Co giãn theo số lƣợng
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
28
Mô hình tập trung
Dịch vụ: cổ chai
Dữ liệu: lƣu trữ, xử lý
Giải thuật: thông tin vào ra, xử lý
Mô hình không tập trung
Phức tạp, vđ về bảo mật và riêng tƣ
Quyết định cục bộ
Không có thông tin chung
Không phát hiện đƣợc lỗi
Co giãn theo không gian địa lý
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
29
Gần: mạng cục bộ
quảng bá, tốc độ cao, tin cậy, độ trễ cố định)
Xa: mạng diện rộng
Điểm điểm, tốc độ thấp, không tin cậy, độ trễ thay đổi
Khác nhau
Tốc độ truyền tin, độ trễ, ….
Đồng bộ/không đồng bộ
Các thao tác quảng bá
Chủ yếu đảm bảo trao đổi thông tin trên mạng diệnrộng nhƣ với mạng cục bộ
3.1. Phần cứng hệ phân tán
3.2. Phần mềm hệ phân tán
3.3. Phần mềm trung gian
3. Các thành phần hệ phân tán30
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
3.1. Phần cứng Hệ Phân Tán
31
(a)
(b)
(c)
Hệ đa vi xử lý
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
32
Hệ đa vi xử lý(2)
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
33
Hệ đa vi xử lý (3)
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
34
Hệ thống các máy tính đồng nhất
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
35
a) Lƣới
b) Siêu lƣới
1-9
Hệ máy tính không đồng nhất
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
36
3.2. Phần mềm hệ phân tán37
• DOS (Distributed Operating Systems)
• NOS (Network Operating Systems)
• Middleware
• Ứng dụng phân tán
System Description Main Goal
DOSOS gắn chạt với hệ thống phần cứng (máyđa vi xử lý hoặc máy tính đồng bộ) multicomputers
Trong suốt
NOS NOS trên các máy tính cục bộCung cấp dịch vụcục bộ cho cácmáy tính khác
MiddlewareCài đặt các dịch vụ cơ bản để thực hiện, phát triển các ứng dụng
Tính trong suốtphân tán
3.2.1. Distributed Operating Systems
(DOS)
18/01/2015@ Trần Hải Anh 2014
38
Multiprocessor OS: quản lý tài nguyên cho đa vxl
Multicomputer OS: HĐH dành cho hệ thống máy
tính đồng nhất.
Giống với HĐH đơn vxl, trừ việc xử lý nhiều CPUs
Uniprocessor OS
18/01/2015@ Trần Hải Anh 2014
39
Mục đích chính: chia sẻ tài nguyên
Qui định quyền truy cập cụ thể cho mỗi ứng
dụng/tiến trình
2 chế độ hoạt động: kernel mode & user mode
Vấn đề!!!
Microkernel
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
40
1.11
Tách biệt ứng dụng ra khỏi mã của HĐH bằng cách sử dụng microkernel
Multiprocessor OS
18/01/2015@ Trần Hải Anh 2014
41
Sử dụng bộ nhớ chia sẻ dùng chung
HĐH hỗ trợ đa vxl, trong suốt với ứng dụng.
Ngăn chặn truy cập cạnh tranh:
Semaphore
Monitor
Multicomputer OS
18/01/2015@ Trần Hải Anh 2014
42
3.2.2. Hệ điều hành mạng (NOS)43
Hệ phân tán với hệ điều hành mạng
1-19
Hệ điều hành mạng
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
44
1-20
3.3. Middleware
Xây dựng ứng dụng phântán đòi hỏi thực hiệnnhiều thao tác kỹ thuậtgiống nhau, không liênquan đến logic củachƣơng trình
Tập hợp các thao tác đƣợclập trình sẵn tạo ra bộ thƣviện dành cho các nhàphát triển
Một số các thao tác đƣợccung cấp khi thực hiện: các dịch vụ hỗ trợ củaphần mềm trung gian
45
Dịch vụ của Middleware
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
46
Truy cập trong suốt
Các phƣơng tiện trao đổi thông tin bậc cao
Dịch vụ định danh
Dịch vụ lƣu trữ bền vững
Giao tác phân tán
Bảo mật
Các dịch vụ khác
3.4. So sánh các phần mềm của hệ
phân tán
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
47
Tiêu chí so sánh
Tính độc lập
Số lƣợng CPU, bộ nhớ, phần cứng/phần mềm giốngnhau, khác nhau, số lƣợng hđh, ….
Tính mở
Khả năng bổ sung một thành phần mới với phầncứng/phần mềm/khác nhau, giống nhau
Tính trong suốt
Số lƣợng giao diện dành cho ngƣời sử dụng/nhà pháttriển
Các loại phần mềm hệ phân tán
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
48
ItemDistributed OS
Network OS
Middleware-based OS
Multiproc. Multicomp.
Mức độ trong suốt Rất cao Cao Thấp Cao
Một HĐH trên các nút Yes Yes No No
Số lượng bản HĐH 1 N N N
Trao đổi thông tinBộ nhớ chia
sẻChuyển
thông báoTệp Tùy thuộc
Quản lý tài nguyênToàn cục tập trung
Toàn cục phân tán
Theo nút Theo nút
Co giãn Không Có thể Có Tùy thuộc
Mở Đóng Đóng Mở Mở
Hệ thống tính toán phân tán
Hệ thống thông tin phân tán
Hệ thống tính toán khắp nơi và di động
4. Các loại hệ phân tán49
Hệ phân tán @Trần Hải Anh 2014
4.1. Hệ thống tính toán phân tán
Các siêu máy tính
Là máy tính đơn chiếc, giá thànhcao, công nghệ tính toán tiêntiến, khả năng xử lý cao
Một giao diện duy nhất
Hệ thống máy tính bó
Tập hợp các máy tính đồng nhất
Kết nối bằng mạng máy tính tốc độ cao
Thường có một master điều khiển các trạm khác
Kết nối thông qua một giao diện duy nhất
50
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
Hệ thống tính toán lƣới
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
51
Hệ thống máy tính lƣới
Kết nối tài nguyên của Đơn vị tổ chức ảo
Kiến trúc 4 lớp
Lớp ứng dụng
Lớp phối hợp
Lớp kết nối-tài nguyên
Lớp sản xuất
4.2. Hệ thống xử lý thông tin phân tán
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
52
Các giao dịch phân tán
Tích hợp các ứng dụng
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
53
Ứng dụng thông tin nghiệp vụ
18/01/2015@ Trần Hải Anh 2014
54
Giao diện trong
Bộ xử lý nghiệp vụ
Cơ sở dữ liệu nghiệp vụ
Dịch vụ cung cấp
thông tin
Máy chủ nghiệp vụỨng dụng nội bộ
Máy ảo
Phần mềm nghiệp
vụ
LAN/TCP/IP
Giao diện ngoài
Ứng dụng công khai
Application Server
Phần mềm hỗ trợ
(CMS, LMS, …)
WA
N, C
AN
, h
ttp
Các phần mềm CMS, LMS, thông dụngJoomla, Dotnetnuke, Moodle, ……
Các application server thông dụngPHP-MYSQL, .NET, SQL Server, JSP
Các ứng dụng nghiệp vụVB, Java, ...
Trung tâm tích hợp ứng dụng
18/01/2015
55
Đăng ký Xác thực
Cơ sở dữ liệu dịch vụ
Trung tâm quản lý tích hợp thông tin nghiệp vụ
Yêu cầu Cung cấp
Bảo mật Tìm kiếm Thư mục Định danh
Trục thông tin nội bộ
Giao diện trong Giao diện ngoài
Bộ xử lý nghiệp vụ
Cơ sở dữ liệu nghiệp vụ
Dịch vụ cung cấp
thông tin
Hệ thống thông tin nghiệp vụ đơn vị
Giao diện trong Giao diện ngoài
Bộ xử lý nghiệp vụ
Cơ sở dữ liệu nghiệp vụ
Dịch vụ cung cấp
thông tin
Hệ thống thông tin nghiệp vụ đơn vị
Chức năng của phân hệ trung tâm
18/01/2015
56
Trung tâm quản lý tích hợp
thông tin nghiệp vụ
Phân quyền
Xác thực
Thư mục
Đăng ký dịch vụ
thông tin
Tìm kiếm dịch vụ
thông tin
Bảo mật và kiểm
soát truy cập
Mã
NS
D
Mã
Đơ
n v
ị
Mã N
SD
Mã Đ
ơn vị
Thành phần của trung tâm tích hợp
ứng dụng nghiệp vụ
18/01/2015Hệ phân tán @Trần Hải Anh 2014
57
Trung tâm quản lý tích hợp
thông tin nghiệp vụTổ chức cán bộ
Thông tin tổ chức cán bộ
Yêu cầu xác
thực
Thông tin tổ
chức
Phân quyền
Trung tâm Mạng Thông tin
Hệ thống email và dịch vụ
mạng
Tên, mật khẩu
MãXác thực
Dịch vụ tên miềnTên dịch vụ
Địa chỉ dịch vụThư mục
Tường lửaMã Đơn vị cung cấp, sử dụng dịch vụ
Thẻ truy cập
Đăng ký dịch vụ
thông tin
Tìm kiếm dịch vụ
thông tin
Sử dụng dịch vụ thông tin
Đơn vị cung cấp thông tin
Đơn vị sử dụng thông tin
Yêu cầu sử dụng dịch vụBảo mật và kiểm
soát truy cập
Kích hoạt mô đun cung cấp
Yêu cầu cun cấp dịch vụ
Yêu cầu xác
thực
Thông tin tổ
chức
Yêu cầu xác
thực
Thông tin tổ
chức
Mã
NS
D
Mã
Đơ
n v
ị
Mã N
SD
Mã Đ
ơn vị
4.3. Hệ thống tính toán khắp nơi và di
động
18/01/2015@ Trần Hải Anh 2014
58
1950: one machine=> multiple users
1970: one machine=> one users
1990: multiple machine=> one users
2010: multiple machine=>> multiple users
0 machines => multiple users?
Hệ thống tính toán khắp nơi và di
động (cont.)
Hệ phân tán @Trần Hải Anh 2014
59
Công nghệ thông tin phát triển Phần cứng, phần mềm, truyền thông
Các thiết bị Hiện đại về chức năng, nhỏ gọn, khả năng xử lý cao, tiêu
tốn điện năng ít
Truy cập mọi nơi, mọi lúc, bằng mọi phƣơng tiện
Ngƣời sử dụng Đảm bảo môi trƣờng cho các thiết bị hoạt động
Kích hoạt các thiết bị khi có nhu cầu sử dụng
Cấu hình, quản trị các thiết bị
Quá nhiều yêu cầu đối với ngƣời sử dụng
Hệ thống tính toán khắp nơi và di
động (cont.)
Hệ phân tán @Trần Hải Anh 2014
60
Công nghệ thông tin
Công nghệ hỗ trợ cho mọi lĩnh vực
Chuyển xuống “background”
Ngƣời sử dụng không cần thực hiện các thao táckích hoạt, cấu hình
Hệ thống thông tin phân tán tự tìm hiểu nhu cầucủa ngƣời sử dụng để thực hiện các thao tác tƣơngứng
Hệ thống thông tin phân tán tự tìm hiểu môi trƣờngđể cấu hình cho phù hợp
Hệ thống cung cấp thức ăn
Hệ phân tán @@ Trần Hải Anh 2014
61
Theo dõi lƣợng thức ăn đang có trong các tủ lạnh
Theo dõi lƣợng thức ăn tiêu thụ
Tự động loại các thức ăn quá hạn
Tự động đặt hàng
Cập nhật các thông tin về thức ăn mới và cảnh báo
Nếu có ngƣời muốn theo dõi thói quen ăn uống
Hệ thống quản lý lịch xe buýt
Hệ phân tán @@ Trần Hải Anh 2014
62
Hiện tại:
Theo dõi lịch, bản đồ, lập lịch trình đón xe
Không cập nhật tình hình trễ, kẹt xe, lƣợng khách
Tƣơng lai
Xác định số khách muốn đi để phân phối xe
Không còn bến xe
Hành khách đƣợc thông báo khi nào xe đến gần thì đón
Ngôi nhà thông minh
Hệ phân tán @@ Trần Hải Anh 2014
63
Xác thực cá nhân
Đóng mở cửa, bật đèn, điều khiển các thiết bị điện
theo yêu cầu
5. Các vấn đề cần nghiên cứu trong hệ
phân tán
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
64
5.1. Quan điểm hệ thống
5.2. Quan điểm thuật toán
5.3. Quan điểm công nghệ và ứng dụng
5.1. Quan điểm hệ thống
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
65
Mô hình và kiến trúc
Quản lý tiến trình
Trao đổi thông tin
Định danh
Thời gian và đồng bộ
Sao lƣu
Bảo mật
Thứ lỗi
5.2. Quan điểm thuật toán67
Mô hình hình thức thực hiện của các hệ thống/thuật
toán phân tán
Đồ thị động, định tuyến động
Thời gian và trạng thái toàn cục
Phối hợp và đồng bộ giữa các tiến trình
Đồng bộ đồng hồ vật lý, tuyển chọn, loại trừ lẫn nhau,
phát hiện và loại trừ điểm chết, phát hiện trạng thái kết
thúc, thu dọn hệ thống.
5.3. Quan điểm ứng dụng và công
nghệ
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
70
Hệ thống di động Quản lý thuê bao, định vị, chọn đƣờng, thiết lập kênh
truyền
Mạng cảm biến
Tính toán khắp nơi/di động
P2P
Phân phối nội dung đa phƣơng tiện
Tác tử phân tán
Khai phá dữ liệu phân tán
Tính toán lƣới/tính toán đám mây
Các tài liệu tham khảo quan trọng
Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2014
71
Distributed systems: concept and design, George
Coulouris et al. 4th edition, 2005
Distributed Systems: Principles and Paradigm,
Tanenbaum et al. 2nd edition, 2006
Distributed Computing Principles, Algorithms, and
Systems, Ajay D. Kshemkalyani, Mukesh Singhal
Các bài báo và công trình nghiên cứu khoa học có
liên quan
top related