Bài giảng các hệ thống thông tin phân tán TS hồ bảo quốc

Các kết quả mong muốn đạt được sau khóa học — Có khả năng phân tích ngữ cảnh ứng dụng và lĩnh vực ứng dụng của các hệ thống phân tán — Nắm được các kiến trúc khác nhau của các hệ th

Các hệ thống thông tin phân tán

TS Hồ Bảo Quốc

Mục tiêu môn học

—   Cung cấp kiến thức về các hệ

thống thông tin phân tán trong tổ chức/doanh nghiệp như kiến trúc, các chuẩn, các mô hình, công

nghệ thiết kế và triển các hệ thống phân tán

Các kết quả mong muốn đạt

được sau khóa học

—   Có khả năng phân tích ngữ cảnh ứng dụng và lĩnh vực ứng dụng của các hệ thống phân tán

—   Nắm được các kiến trúc khác nhau của các hệ thống

—   Hiểu được sự cần thiết của các chuẩn các nghi thức

trong tính toán phân tán

—   Đánh giá và chọn lựa được công nghẹ và nghi thức

mạng cho một hệ phân tán

—   Hiểu các vấn đề trong quản lý giao tác phân tán

—   Nhận thức được các yêu cầu về bảo mật của hệ thống phân tán

Tài liệu tham khảo

Nội dung môn học

—   Phần I Các hệ thống phân tán

—   Phần II Cơ sở dữ liệu phân tán

DẪN NHẬP

Định ngh ĩ a

“A distributed system consists of a collection of

autonomous computers, connected through a network

and distribution middleware, which enables computers to coordinate their activities and to share the resources of

liệu”

“Người dùng cảm nhận về hệ thống phân tán như một tiên ích tính toán tích hợp mặc dù nó có thể được triển khai trên nhiều máy tính khác nhau, tại nhiều vị trí

khác nhau”

Coulouris et a, 2005

đồng thời trên các bộ xử lý khác nhau

Wolfgang Emmerich, 1997

Sự phát triển của công nghệ

thống

–  Thiếu phương tiện để kết nối chúng

–  Chúng hoạt động độc lập

Tại sao cần các hệ thống

phân tán

—   Bản chất phân tán của các tổ chức/ xí nghiệp

—   Cho phép người dùng kết nối với những tài

nguyên ở xa (remote resources)

—   Cho phép chia sẽ tài nguyên cho người dùng

Các đặc trưng chính

—   Trong suốt (transparency) : Che

dấu sự phân tán vật lý của tài

Tính trong suốt (Transparency)

Định nghĩa

“sự che dấu ngườii dùng và người lập trình ứng dụng về sự tồn tại độc lập của các thành phần của hệ thống, sao cho hệ thống được cảm nhận như một tổng thể hơn là tập hợp của các thành

phân độc lập“

Coulouris et al

Các loại trong suốt:

◦   Trong suốt truy xuất (Access transparency): sự khác nhau trong biểu diễn dữ

liệu và phương thức truy xuất tài nguyên

◦   Trong suốt vị trí (Location transparency): vị trí tài nguyên được lưu trữ

◦   Trong suốt thay đổi vị trí (Migration transparency): một tài nguyên có thể thay

dổi vị trí

◦   Trong suốt tái định vị (elocation transparency): tài nguyên có thể bị di chuyển

trong khi đang được sử dụng

◦   Trong suốt nhân bản (replication transparency): các bản của cùng một tài

nguyên

◦   Trong suốt truy xuất đồng thời (Concurrency transparency): một tài nguyên có

thể được chia sẽ cho nhiều người và bởi nhiều người

◦   trong suốt sự cố: sự cố và khôi phục sau sự cố của một tài nguyên

◦   Trong suốt về sự bền vững (Persistence transparency): wtài nguyên phần

mềm trong bộ nhớ hay trên đĩa

Definition Language (IDL)

nói chuyện với một tiến trình khác cung cấp

interface đó

Tính mở (tt.)

—   Tại sao phải cần tính mở?

◦   Khả năng kết hợp và khả năng di chuyển

( Interoperability and portability)

–   Đ òi hỏi tính đầy đủ và trung tính

◦   Tính linh hoạt

–   Dễ dàng cấu hình hệ thống với những thành phần khác nhau từ những nhà phát triển

khác nhau

–   Dễ dàng thêm một thành phần mới

–   Dễ dàng thay thế một thành phần đang có

Tính mở (tt.)

◦  Đáp ứng sự thay đổi

–   Thay đổi nghiệp vụ (Business changes)

–   Thay đổi công nghệ (Technology changes)

–   Thay đổi điều hành nghiệp vụ (Business drives changes)

Tính t ă ng trưởng (scalability)

Tính t ă ng trưởng (tt.)

—   Tăng trưởng theo kích thước

◦   Giới hạn của kiến trúc tập trung : quá tải (bottleneck)

–   Sức mạnh xử lý và lưu trữ không thể vượt qua những giới hạn của truyền thông

–   Phân tán lại sinh ra sự không

chắc chắn

Tính t ă ng trưởng (tt.)

◦   Các hệ thống phân tán được thiết kế cho

mạng LANs dựa trên truyền thông đồng bộ

(synchronous communication)

◦   Truyền thông trên mạng WANs vốn không tin cậy và hầu hết theo kiểu point-to-point

–  LANs cung cấp cơ chế truyền thông tin cậy dựa trên

quảng bá(broadcasting) WAN cần các dịch vụ vị

trí đặc biệt

◦   Các thành phần tập trung cản trở sự tăng

trưởng về mặt địa lý

ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG PHÂN TÁN

[Coulouris et al, 2001]

Tại sao phải dùng HTPT

—   Đơn giản là để chia sẽ tài nguyên

◦  Sự điều phối phụ thuộc theo thời gian

◦  Tuy nhiên có những hạn chế trong việc đồng bộ đồng

Ví dụ HTPT

—   Internet

◦   Một chuỗi các máy tính thuộc loại khac nhau được kết nối

◦   Chúng có thể hoạt động cùng nhau thông

qua việc trao đổi thông điệp

◦   Bản chất của Internet là một cấu trsuc mở :

có thể dễ dàng thêm vào các tài nguyên

Ví dụ HTPT

—   Mạng di động

Các thuật ngữ chính

—   Dịch vụ (Service)

“Một phần tách biệt của một hệ thống máy tính quản trị một tập hợp tài nguyên liên quan và cho phép các người dùng và các ứng dụng sử dụng các chức năng của nó”

[Coulouris et al, 2001]

◦  Ví dụ,

–   Truy xuất các tập tin được chia sẽ thông qua “dịch vụ tập

tin” (file service)

–   Gởi tập tin đến máy in thông qua “dich vụ in” (print

service)

–   Thanh toán tiền mua hàng thông qua “dịch vụ thanh

toán”(payment service)

◦  Trong mỗi trường hợp, chúng ta truy xuất dịch vụ

thông qua tập hợp các chức năng mà dich vụ đó cho phép (interfaces của nó)

Các thuật ngữ chính (tt.)

—   Một tiến trình (Process)

một máy tính nối mạng chấp nhận yêu

trên các máy tính khác để thực hiện một dịch vụ và trả kết quả tương ứng”

Các thuật ngữ chính (tt.)

—   Khách – chủ (Client – Server)

◦  Các thông điệp yêu cầu từ client gởi đến server

–  client được gọi là yêu cầu (invoke) một tác vụ trên server

–  Toàn bộ sự tương tác giữa client và server được gọi

là một sự triệu gọi từ xa(remote invocation)

◦  Một server có thể gởi một yêu cầu đến một server khác

–  Như vậy một server cũng có thể được coi như một client của một server khác

◦  Thuật ngữ Client hay Server phản ánh vai trò trong

giao tác thực hiện của tiến trình đang thực thi

◦  Phần cứng máy tính (Computer hardware )

◦  Hệ điều hành (Operating systems)

◦  Ngôn ngữ lập trình (Programming languages)

◦  Các cài đặt khác nhau của những người phát triển khác nhau

—   Truyền thông giữa các thành phần của một hệ thống không đồng nhất phải thông qua những chuẩn thống nhất chung Đây chính là

MIDDLEWARE

vì trao đổi trực tiếp đến hệ thống khác

hệ thống khác nhau lại với nhau

◦  Các hệ thống mở được đặc trưng bởi các interface

◦  Một hệ thống phân tán mở dựa trên một cơ chế truyền tin đồng nhất

◦  Một hệ thống phân tán mở có thể được xây dựng từ các thành phần không đồng nhất Tuy vậy, sự tương

Interfaces

A system

A system

A system

Các hệ thống (phần mềm và phần cứng) có thể khác nhau vậy làm sao chúng có thể kết nối với nhau ?

A network

A network

Interfaces

Interfaces: dựa trên những chuẩn đã được thống nhất

A system

Phát triển hệ thống dựa trên các interface

Một interface được gán kết

vào một interface khác khớp

với nó

Chúng chỉ cần khớp với nhau để có thể kết nối được

chống lại các truy xuất tài nguyên

◦   Tính nhất quán (Integrity): bảo vệ

chống lại sự hư hại

Tính bảo mật (tt.)

—   Xét một truyền thông giữa Client và Server

—   Chúng ta cần làm gì để bảo mật?

◦  Chúng ta không chỉ cần bảo mật thông điệp mà,

–   Chúng ta cũng cần xem xét người gởi và người nhận có

Tính t ă ng trưởng (Scalability)

—   Một hệ thống được gọi là có tính tăng trưởng nếu nó vẫn hoạt động hiệu quả khi tăng tài nguyên và sử sử dụng

—   internet là một hệ thống tăng trưởng kích thước đáng ngạc nhiên:

Computers Web servers

Tính t ă ng trưởng (tt.)

◦   Kiểm soát chi phí của các tài nguyên vật lý

◦   Kiểm soát sự mát hiệu năng hệ thống

◦   Ngăn ngừa các tài nguyên phần mềm chạy hết công suất

◦   Tránh hiện tượng nghẽn cổ chai (bottleneck)

Kiểm soát sự cố (Failure

Kiểm soát sự cố (Failure

◦   Một vài sự cố có thể được che dấu (thông

thông điệp không thẻ đến được người nhận có thể được gởi lại, một RAID arrays lưu trữ các bản sao dữ liệu, etc.)

Quản lý sự cố (Failure

handling)

—   Khả năng chịu lỗi

◦  Chúng ta có thể chịu lỗi và thông báo đến tiến trình và người dùng

◦  Nhưng nó lại có vấn đề về tính nhất quán của các dịch

vụ được nhân bản này

◦  Làm thế nào chúng ta bảo đảm tính đúng đắn?

Đồng thời (Concurrency)

—   Truy xuất vào cùng một tài nguyên

từ nhiều tiến trình khác nhau cùng một lúc

—   Sử dụng khái niệm giao tác

—   Lập lich cho các giao tác