01-tongquan ve He phan tan

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


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


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


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


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)


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


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


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


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


3.1. Phần cứng Hệ Phân Tán

31

(a)

(b)

(c)

Hệ đa vi xử lý


32

Hệ đa vi xử lý(2)


33

Hệ đa vi xử lý (3)


34

Hệ thống các máy tính đồng nhất


35

a) Lƣới

b) Siêu lƣới

1-9

Hệ máy tính không đồng nhất


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


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


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


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


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


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


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 thống tính toán lƣới


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


52

Các giao dịch phân tán

Tích hợp các ứng dụng


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




thông tin

Hệ thống thông tin nghiệp vụ đơn vị

Giao diện trong Giao diện ngoài




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.)


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.)


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


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


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


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


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


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


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

Documents

01-tongquan ve He phan tan