Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в распределенные системы. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Воронежский государственный технический университет»
Г. В. Петрухнова
ВВЕДЕНИЕ В РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ
СИСТЕМЫ
Учебное пособие
Воронеж 2021
УДК 681.325(075.8)
ПП
П312
п
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
[Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные
(1,5 Мб) / Г. В. Петрухнова - Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский
государственный 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
информационно-управляющих систем» .
Ил. 10. Библиогр.: 14 назв.
Издается по решению редакционно-издательского совета
Воронежского государственного технического университета
», «Теория
УДК 681.325(075.8)
ББК 32.97я7
ISBN 978-5-7731-0925-9
© Петрухнова Г. В., 2021
© ФГБОУ ВО «Воронежский
государственный технический
университет», 2021
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………
1.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИМЕРЫ
РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ…………………...........
7
1.1. Понятие распределенной системы………………
7
1.2. Примеры распределенных систем............................
9
1.3. Непрерывные и дискретные распределенные
систмы................................................................................
13
1.4. Сосредоточенные и распределенные системы.......
14
1.5. Тандемы распределенных систем…………………..
15
2.
РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ЗАДАЧИ И АЛГОРИТМЫ………
16
2.1. Понятия распределенной задачи
и распределенного алгоритма…………………………..
16
2.2. Многопроцессорность и Grid-системы…………..
3.
НАДЁЖНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ
РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ……………………………
3.1. Понятие надежности и безопасности……………….
3.2. Информационные угрозы и информационная
безопасность………………………………………………
3.3. Угрозы компьютерным системам…………………...
3.4. Сосредоточенные и распределенные системы
с позиций надежности и безопасности…………………..
4.
УПРАВЛЕНИЕ ВРЕМЕНЕМ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ
СИСТЕМАХ МОДЕЛИРОВАНИЯ…………………………
4.1. Задача управления временем в распределенном
моделировании……………………………………………
4.2. Парадоксы времени…………………………………...
5.
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАСПРЕДЕЛЕННЫМ
ИНФОРМАЦИОННЫМ СИСТЕМАМ…………………….
5.1. Перечень основных требований к распределенным
информационным системам……………………………
5.2. Гибкость……………………………………………..
5
17
19
19
20
22
5.3. Прозрачность…………………………………………334
24
28
28
29
33
33
33
5.4. Открытость………………………………………….
36
5.5. Масштабируемость………………………………….
6.
МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ
РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ………………………….
6.1. Модель взаимодействия «клиент-сервер».................
6.2. Понятие промежуточной среды……………………..
6.3. Концепции взаимодействия программных
компонент………………………………………………….
7.
РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ ОБЪЕКТОВ………….
7.1. Технология CORBA………………………………….
7.2. Промежуточные среды Microsoft Windows………...
7.3. Технология активных объектов ActiveX……………
7.4. Технологии. Net Framework………………………….
7.5. Технология EJB……………………………………..
8.
ПОПУЛЯРНЫЕ КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ
РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СЕТЕЙ………………………………
8.1. Актуальность развития распределенных систем…..
8.2. Грид-технологии и архитектура Грид………………
8.3. Мобильный компьютинг……………………………
8.4. Тотальный компьютинг……………………………
8.5. Облачные технологии……………………………….
8.6. Интернет вещей………………………………………
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………….
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ………………………………
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………..
76
ПРИЛОЖЕНИЕ. МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
78
36
40
40
45
47
56
56
57
57
59
59
61
61
62
64
65
66
71
74
75
ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ OSI/ISO..........................................
4
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.
В системе 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 .
В системе 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 суще-
ственные 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
3. Водопровод
Важными параметрами подсистем водопровода являются их территориальное расположение. В общем случае водопровод – это сеть в трехмерном пространстве. При подаче
воды должна приниматься во внимание разница высот обслуживаемых объектов.
Для эксплуатации водопровода актуальны задачи измерения давления в различных точках трубопровода, определения объемов пропущенной воды, регулирования потоков
воды и другие.
4. Системы транспортировки грузов (логистические
системы)
Элементы такой системы – это разнообразные виды
транспорта, которыми пользуется человек для перевозки грузов, погрузочно-разгрузочная техника, а также транспортные
пути, соединяющие поставщика с различными пунктами
назначения и проч.
Цепочка транспортировки может иметь разную длину.
В процессе транспортировки обычно используются разнообразные элементы системы. Цепочка подчас включает многочисленные перегрузки с одного вида транспорта на другой.
Одной и той же транспортной единицей за один рейс могут
доставляться к различным местам назначения грузы от разных поставщиков. В качестве параметров элемента системы
доставки грузов могут использоваться ФИО собственника,
наименование груза, скорость передвижения, размер, вес и
стоимость грузов, вместимость складских помещений и прочее.
Задача оптимизации логистической системы (минимально возможное время при ограничении на стоимость или
минимальная стоимость при ограничении на время) решается
на отдельных элементах системы, затем решения сшиваются.
Получить общее решение для такой многопараметрической
задачи невозможно.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]