Введение в распределенные системы. учебное пособие. Петрухнова Г.В., Литвиненко А.М

УДК 681.325(075.8) ББК 32.97я7

П312

Рецензенты:

кафедра вычислительной техники и информационных систем Воронежского государственного лесотехнического университета им. Г. Ф. Морозова

(д-р техн. наук, профессор В. К. Зольников); д-р техн. наук, проф. А. М. Литвиненко

Петрухнова, Г. В.

Введение в распределенные системы: учебное пособие

ПП[Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные

1,5 Мб) / Г. В. Петрухнова - Воронеж: ФГБОУ ВО «ВоронежскийП312

пгосударственный технический университет», 2021. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024x768; Adobe Acrobat; CDROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана

ISBN 978-5-7731-0925-9

Учебное пособие предназначено для изучения основ современных распределенных систем. В нем рассматриваются основные понятия и примеры распределенных систем, задачи управления временем в распределенном моделировании, основные требования к распределенным информационным системам, технологии построения и модели взаимодействия компонентов распределенных информационных систем, тенденции развития распределенных систем.

Издание предназначено для студентов направления подготовки

09.03.01«Информатика и вычислительная техника» (профиль

«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети») по дисциплинам

«Производственная практика», «Проектная деятельность», «Моделирование вычислительных машин», «Сети и телекоммуникации», «Теория информационно-управляющих систем» .

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время технологии распределенных систем являются быстроразвивающейся и динамично изменяющейся областью знаний. Распределенные системы встречаются в различных сферах жизни, имеются почти в каждой организации, на каждом предприятии. Поэтому любой профессионал в области информатики и вычислительной техники для успешной работы должен владеть знаниями о распределенных системах. Знание технологий распределенных систем помогает выбирать рациональные информационные системы (ИС) и информационно-коммуникационные технологии (ИКТ-решения) для управления бизнесом, успешно работать с информацией в глобальных компьютерных сетях. В рамках существующей системы высшего профессионального образования задача подготовки высокопрофессиональных кадров, владеющих знаниями из области распределенных систем, является актуальной.

Учебное пособие адресовано, прежде всего, студентам, обучающимся по направлению «Информатика и вычислительная техника», а также инженерно-техническим работникам, деятельность которых связана с использованием распределенных систем. Учебное пособие может быть использовано в качестве дополнительной литературы в рамках дисциплин «Распределенные базы данных», «Моделирование вычислительных систем», «Сети и телекоммуникации», «Производственная практика», «Теория информационно-управляющих систем», «Проектая деятельность» и др.

Основной целью учебного пособия является обзор тенденций развития и технологий распределенных систем, а также таких свойств как масштабируемость, производительность, надежность, открытость, прозрачность, реплецируемость и т. д. В пособии рассмотрены распределенные системы различной природы, с которыми студенты могут встретиться в ходе практики и профессиональной деятельности.

5

Особое место уделяется распределенным информационным и вычислительным системам. Рассмотрен Интернет вещей.

Автор пособия стремилась не только представить данные справочного характера, но и пояснить основные понятия, используемые в предметной области, показать место и значение распределенных систем в различных сферах жизнедеятельности человека.

6

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИМЕРЫ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ

1.1. Понятие распределенной системы

Понятие распределенной системы определяется поразному в различных литературных источниках [1] – [15]. Наиболеее обобщенное определение распределенной системы дано в литературном источнике [8].

Система – это множество элементов и связей между

ними.

Пусть V – множество элементов, из которых состоит система. Наличие попарных связей между элементами, составляющими систему, определяет бинарное отношение

. Если для элементов и пара , то можно утверждать существование связи от x к y в системе. Порядок элементов в паре имеет существенное значение. На его основе можно определить, являются ли связи несимметричными или имеют направление и прочее.

Всистеме могут быть связаны между собой два, три и более элементов. К примеру, «муж и жена» - связь двух элементов, "педиатр, медсестра и школьник" – связь трех элементов, «руководитель и его аспиранты» - связь многих элементов.

Поскольку с каждым отношением связан определенный смысл, который понятен через высказывание, например, "x идет следом за y", "x дает задание y", "x – больной y и z" и т.д., то удобно рассматривать соответствующие предикаты.

Предикат (n-местный) — это функция с множеством значений {0,1} (или {ложь, истина}), определённая на множестве .

Всистеме может быть несколько бинарных отношений. К примеру, телевизор позволяет человеку узнать много новостей и одновременно ухудшает его зрение. Т.е. существует отношение "x позволяет узнать много новостей y" и

7

отношение "x ухудшает зрение y". Если исходить из цели исследования, то отношения можно рассматривать как существенные и второстепенные. «Телевизор ухудшает зрение» - в одном случае можно считать существенным отношение, в другой - второстепенным.

Предикаты могут характеризовать местоположение элемента системы, например, его географические координаты (самолет в аэропорту города Москва), пространственные координаты (транспортный объект во время передвижения), нахождение в помещении (лаборатория в многоэтажном здании). Стоит также обратить внимание на взаимное расположение элементов по отношению к друг другу по некоторой иерархической шкале – предикаты также могут использоваться для этой цели. Предекаты могут характеризовать расположение элементов, например, по массе, размеру, эффективности и т.д.

Подмножества элементов, имеющих одинаковое местоположение (в пределах некоторого допуска, приближения), называются сайтами.

Распределенными являются системы, для которых предикаты местоположения элементов или групп элементов играют существенную роль с точки зрения функционирования системы, а, следовательно, и с точки зрения анализа и синтеза системы.

В рамках распределенной системы (РС) всегда решаются определенные распределенные задачи. Требуемая для реализации различных алгоритмов информация может концентрированно находиться в различных точках пространства. Тогда для разных точек актуальны результаты решения определенных задач.

Многие сложные задачи целесообразно разбить на совокупность подзадач, а затем решения подзадач «сшить» в единное целое. Решения о такой реинтеграции принимаются исходя из особенностей конкретной задачи.

8

1.2.Примеры распределенных систем

1.Дерево

Дерево представляет собой распределенную систему. По стволу дерева от корней к лиственному покрову, цветам, плодам транспортируется вода с растворенными минеральными соединениями, а с органическими веществами уходит вниз к корневой системе. Когда сокодвижение в дереве прекращается, в стволе храненятся запасы влаги и питательных веществ.

2. Компьютерные сети

Типичным примером РС являются компьютерные сети. Основное назначение компьютерной сети – передача сообщения от одного узла к другому.

Параметры, характеризующие узлы компьютерных сетей: скорость передачи информации, защищенность, производительность, стоимость и др. В узле компьютерной сети может находиться сервер, обслуживающий поступающие запросы. Время обслуживания – еще одна характеристика узла сети.

Каналы, соединяющие узлы сетей, различаются скоростью передачи информации и иными техническими параметрами (оптоволоконные, кабельные, спутниковые каналы, радиоканалы и др.). Для различных каналов разрабатываются различные процедуры обслуживания.

Узлы не всегда связаны непосредственно друг с другом каналом связи – маршрут может прокладываться от одного узла к другому. Маршрут проходит через различные промежуточные узлы. Отсюда возникает задача маршрутизации, которая представляет собой типичную оптимизационную распределенную задачу. Различные постановки такой задачи используется для решения более общих задач управления сетью связи.

9