Отличительные черты распределенных систем

1. Отсутствует общая память.

2. Отсутствуют общие физические часы. Из-за рассинхронизации приходится прибегать к специальным алгоритмам, с помощью которых можно упорядочить события в системе.

3. В качестве базовых моделей используются асинхронные связь и исполнение.

4. Географическая удаленность процессов.

5. На вычислительных узлах разной производительности происходит выполнение слабо связанных процессов, которые работают под управлением разных операционных систем. Все это характеризует понятия автономности и гетерогенности

6. При передаче сообщений могут возникать задержки, поэтому запросы могут поступать в произвольном порядке из-за асинхронности.

Причины для объединения распределенных систем в сети

1. Необходимость разделения данных.

2. Посредством использования электронной почты достигаются развитые коммуникации между людьми, ведь электронная почта в стократ удобнее телефонов, писем и уходящих в небытие факсов.

3. Гибкость при использовании различного рода электронно-вычислительных машин.

4. Распределение нагрузки.

5. Постепенная модернизация упрощается посредством замены компьютеров.

Преимущества распределенных систем

1. Как говорилось выше, отключение одного элемента не приводит к полному отключению всей сети. Однако снизится производительность.

2. Увеличенная скорость обмена данными при использовании электронной почты.

3. Вычисления совершаются быстро. А все благодаря тому, что все ресурсы общие.

4. Распределенные системы с легкостью могут расширяться, так как большинство систем может быть добавлено без проблем.

5. Сниженная нагрузка на хост-компьютер.

6. Снижение задержки в обработке данных.

Недостатки распределенных систем

1. При отказе основной сети останавливается вся связь.

2. Дороговизна. Из-за этого системы не могут быть доступны всем и каждому.

3. Программное обеспечение довольно сложно в освоении для пользователей.

Области применения и примеры распределенных систем

1. Сеть Интернет.

2. Развитие Google и Yandex - поисковых Web-машин, с целью поиска информации в WWW в качестве репозитория информации.

3. Виртуальное обучающее окружение, базирующееся на Web.

4. Доступ к музыке и фильмам прямиком из дома через загрузку потокового контента, либо с использованием сетевых медиацентров.

5. Мониторинг природной среды посредством использования сенсорных технологий.

6. Применяются в управлении мультипроцессорными и гетерогенными мультикомпьютерными системами.

Давайте подробнее остановимся на последнем пункте.

Мультипроцессорные системы

Значительное повышение производительности вычислительных систем (ВС) сегодня может быть достигнуто различными способами организации коммуникационной среды, включая использование мультипроцессорных схем построения такой среды. Выделяют два вида вычислительных систем: с общей памятью - вычислители с симметричной мультипроцессорной обработкой (SMP) - и с распределенной памятью - многомашинные системы или вычислители с массовым параллелизмом (MPP). Чтобы в данных вычислительных системах организовать мультипроцессорную обработку, применяются различные инструменты. Мультипроцессорная обработка в SMP-вычислителях организуется посредством многопроцессорных операционных систем, а в MPP-вычислителях применяются коммуникационные средства многомашинных систем.

Целью мультипроцессорных ОС является поддержание высокой производительности вычислительных систем с несколькими процессорами. Их задачей является обеспечение прозрачности числа процессоров для приложений [7]. В построении мультипроцессорных операционных систем выделяют три модели.

Простейшая организация основана на принципе, что для каждого процессора определена своя операционная система. При такой организации по числу процессоров статически разделяется память, у каждого из процессоров есть своя копия ОС с экономичным общим кодом операционной системы и индивидуальными данными. В данном случае компьютеры выполняют роль независимых компьютеров. Ключевыми достоинствами простейшей организации являются простота и возможность статического использования памяти и внешних устройств. При статическом использовании заранее известно о том, какой участок памяти или какие устройства будут задействованы. При такой организации приложения могут взаимодействовать через общую область памяти. Недостатками данной модели являются:

1. дублирование управляющих структур при каждом процессоре;

2. невозможность динамически перераспределить используемую память и выполняемые приложения между процессорами;

3. так как процессоры реализуют кэширование данных независимо друг от друга, то существует невозможность обеспечить когерентность кэша данных совместно используемых внешних устройств.

Принципом второго варианта организации мультипроцессорных ОС является модель хозяин-подчиненный или ведущий-ведомый. При такой модели используется всего одна копия операционной системы, которая выполняется на ведущем процессоре. А прикладные процессы выполняются на всех остальных процессорах - ведомых. Каждый системный вызов перенаправляется на процессор-хозяина, который поддерживает в актуальном состоянии унифицированные структуры данных. При отсутствии системной работы ведущий процессор присоединяется к ведомым и выполняет пользовательские приложения. Главным преимуществом данного варианта мультипроцессорных операционных систем является отсутствие недостатков предыдущей организации. Недостатком же является то, что при большой нагрузке системными вызовами от ведомых процессоров на главном процессоре может образовываться "узкое место" и из-за этого система может терять в производительности.

В основу последней модели легла симметричная мультипроцессорная обработка. Данная модель устраняет недостаток второй. В отличие от предыдущей модели, копию ОС, которая тут тоже в единственном экземпляре, может выполнять любой процессор. На процессоре могут возникать прерывания за счет системных вызовов от приложений. Отличительной чертой данной модели является обеспечение динамического баланса загрузки каждого процессора и эффективного использования памяти. Ключевым недостатком симметричной МОС является необходимость синхронизации доступа конкурирующих процессоров вычислителя к управляющим структурам. Для снижения затрачиваемых на синхронизацию ресурсов, данные системы разделяют на невзаимодействующие между собой независимые критические области, которые могут выполняться параллельно на разных процессорах. В то же время нужно синхронизировать доступ только к определенным частям мультипроцессорных ОС. Следствием этого является сложная структура кода симметричных МОС, который требует обслуживания со стороны высококвалифицированных специалистов на протяжении всей эксплуатации.