Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в распределенные системы. Учебное пособие
.pdf
8. ПОПУЛЯРНЫЕ КОНЦЕПЦИИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ
СИСТЕМ
8.1. Особенности развития распределенных сетей
Конец прошлого столетия ознаменовался бурным
развитием распределенных сетей и связанных с ними технологий. Развитие концепций распределенных и параллельных
систем требуется для реализации многих проектов, актуально для задач информационного поиска, обеспечения мобильных мультимедийных средств, хранения больших массивов данных, исследований в сейсмологии, развития нано
технологий в различных областях науки и ттехники и др.
Требования к РС постоянно возрастают. Некоторые из характеристик и особенностей развития современные распределенных сетей приведены ниже:
- пространственная распределенность ресурсов системы и компонент приложения, их динамическая сущность
(трансформация в пространстве и времени, быстросменность, мобильность, перенастраиваемость и т.д.);
- усиление роли соединений в одно логическое целое
(при неизменности физической разделенности) структурированных и неструктурированных ресурсов распределенных
данных;
- применение технологий гарантированного взаимодействия отдельных моделей в рамках объединенной модели, а также техологий совместной работы территориально
разделенных пользователей (творческих, научных коллективов) для реализации общей цели;
- повышение интенсивности взаимодействия пользователей сети;
- повышение требований к поддержке жизненного
цикла систем;
- стремительное развитие ИКТ в области высокопроизводительных вычислений
61
- разнообразие подходов к решению задач управления программными системами на различных этапах их жизненного цикла.
8.2. Грид-технологии
Грид (grid - решётка, сеть) - система, управляющая
распределенные ресурсы путем использования стандартных,
открытых, универсальных протоколов и интерфейсов. Грид
представляет собой множество территориально разделенных
компьютеров и вычислительных систем, скоординированное на решения общих задач. В концепции Грид заложена
идея централизованного удаленного предоставления ресурсов для решения различных задач.
Технологии Грид-систем были предложены американскими учеными Ян Фостером и Карлом Кессельманом и
наиболее широкое распространение получили в США. В
настоящее время эти технологии развиваются во всех крупных странах.
Грид-технологии направлены на наиболее целесообразное использование ресурсов. Огромное количество подсоеденённых к глобальной сети компьютеров значительную долю рабочего времени простаивают и их ресурсы черезмерны
по сравнению с потребностями для решения повседневных
задач. Эти неиспользуемые ресурсы системой предлагается
использовать в другом месте.
Традиционно в ситеме распределенных вычислений
допускается работа только с теми ресурсами, где пользователь зарегистрирован, и необходимы знания о расположении
используемых программных продуктов и информационных
массивов. Грид предполагает получение доступа к ресурсам
из любой точки, независимо от места расположения. Поиск
свободных ресурсов регулироваться системой.
GRID-сайты предоставляют свои ресурсы только
определенным виртуальным организациям.
62
Сообщество или виртуальная организация - это
большое количество распределенных в сети ресурсов,
управляемых по одининаковым правилам; либо некоторая
область администрирования.
Например, некая фирма рассчитывает использовать
Грид для решения своих задач. Она снабжает собственными
ресурсами определенные виртуальные организации, и сама
имеет возможность использовать их ресурсы.
В основе Грид-технологий лежат распределенный
компьютинг, федеративное объединение сообществ пользователей (без жесткой централизации), виртуализация ресурсов, стандартизация, маскирование неоднородности условий
работы.
Если местонахождение и принадлежность ресурсов в
сообществе скрыты, то имеет место виртуализация ресур-
сов.
При маскировании неоднородностей ресурсов ПО
промежуточного уровня в Грид становится возможным
«стирание» различий между ПО промежуточного уровня
виртуальных организаций.
Грид компьютинг – это распределенный компьютинг в совокупности с федеративным объединением сообществ, виртуализацией, стандартизацией, маскированием
неоднородностей.
Грид, по сравнению с Интернетом, предполагает не
только работу с распределенной информацией, но и доступность распределенных вычислительных мощностей для выполнения приложений пользователей.
Одной из характеристик Грид является большое (чаще всего неопределенное) число взаимодействующих друг с
другом однородных и неоднородных компьютеров. Неоднородность свойствена и аппаратной и программной части,
что предполагает работу с различными аппаратными и программными платформами, разными языковыми средствами
и прочее.
63
8.3. Мобильный компьютинг
Мобильный компьютинг – это самостоятельное направ-
ление, базирующееся на следующих аспектах:
сети, допускающие подключение к ним в любой точке
мира (например, мобильные);
доступ к требуемым ресурсам при перемещении (смене
местоположения) пользователя,
адаптивность приложений,
чувствительность к местоположению,
энергонезависимость систем.
Грид и мобильный компьютинг – это параллельные
ИКТ, базирующиеся на разных моделях пользователя, и поэтому их можно считать различными. Расстояние между узлами в Грид системе не имеет значения. Пользователь может
находиться в любом узле решетки и имеет возможность по
единым, общепринятым алгоритмам (методам) использовать
информационные и вычислительные ресурсы, располагающиеся в доступных в данный момент узлах решетки. Доступность – это, в данном случае, согласие владельцев на совместное использование узлов (физически узлы доступны).
В концепцию мобильного компьютинга заложена другая модель пользователя - человек, перемещающийся в пространстве для достижения какой-то цели. Среда (сеть) как бы
движется вслед за пользователем и обеспечивает перемещение необходимых сервисов. При этом расстояние, как характеристика среды, играет важную роль.
Интенсивное развитие мобильных телекоммуникаций
привело к появлению новой технологии - Нового Радио 5-го
поколения. Название этой технологии - 5G New Radio. Мобильные сети 5-го поколения будут запускаться в новом миллиметровом диапазоне частот; а переиспользовать частоты,
уже используемые сетями предыдущих поколений; архитектурно будут делиться на несколько виртуальных слоев или
сетей для решения трех стандартизованных 3GPP задач:
64
улучшенный мобильный широкополосный доступ
eMBB (Enhanced Mobile Broadband) для пользователей Интернета, камер видеонаблюдения и фиксации и пр.;
ультранадежный доступ с низкими задержками
URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) для
управления беспилотным транспортом, создания виртуальной
и дополненной реальности и пр.;
Интернет вещей для подключения в сеть устройств,
предназначенных для мониторинга самых различных процессов, изредка передающих небольшие объѐмы данных.
Кроме того, оператор сети 5G имеет возможность
конфигурировать дополнительные сетевые слои, (например,
выделенный сетевой слой для внутрикорпоративной связи и
т. д.).
8.4. Тотальный компьютинг
Тотальный компьютинг направлен на конечного пользователя. Пользователь должен обслуживаться круглосуточно, и обслуживание должно касаться разных сфер.
В работе [8] приводятся 4 новые области, которые дополняют сферу мобильного компьютинга до сферы тотального компьютинга:
эффективное использование окружаемого пользователя персонального умного пространства;
невидимость (умного пространства) – минимальное отвлечение внимания пользователя на управление окружающими вещами;
местная масштабируемость – обычное понятие
масштабируемости, но относящейся к любой точке персонального умного пространства, обладающей вычислительными ресурсами;
маскирование неоднородностей – различий, как в
техническом плане (гетерогенность), так и не в техническом –
65
организационные структуры, бизнес-процессы, экономические факторы и др.
Перечисленные пункты можно дополнить знанием
контекста, т.е. пользователь находится в своем персональном
умном пространстве не "наобум", а с предствлением контекста.
Таким образом, тотальный компьютинг представляет собой мобильный компьютинг в совокупности с персональным умным пространством, невидимостью, местной
масштабируемостью, маскированием неоднородностей.
Распределенных вычислений и Грид-технологий востребована модель «клиент-сервер». При тотальном компьютинге все субъекты вычислений могут находиться в равном
положении, т.е. могут отправлять запросы и выполнять сервисы. Такая технология называется "равный с равным"
(peer-to-peer, P2P), и в последнее время она получила интенсивное развитие.
Глобальное умное пространство – это Гридкомпьютинг в совокупности с тотальным компьютингом.
Данная концепция базируется на том, что персональное пространство преобретает черты глобального пространства,
включающего в себя большое число пользователей. При этом
никаких технических, технологических, информационных
"барьеров" между персональными подпространствами пользователей не существует. В этом случае нельзя говорить о
полной открытости. Каждый из пользователей защищен от
несанкционированного доступа средствами компьютерной
безопасности, но более развитыми, чем современные. Глобальное умное пространство – это концепция будущего.
8.5. Облачные технологии
Облачные технологии очень эффективны и востребованы при решении задач обработки и хранения больших объемов данных. Данные технологии обеспечивают удаленный
66
доступ к массивам данных, использование ресурсов распределенных вычислительных систем, а также позволяют увеличить производительность благодаря высокому уровню параллелизма и многочисленности точек доступа в облаке вычислительных систем.
Облако – это виртуальная среда для хранения и обработки информации, объединяющая в себе аппаратные средства, лицензионное программное обеспечение, каналы связи,
а также техническую поддержку пользователей. Эта среда обладает мощной масштабируемостью. Клиенту доступны облачные сервисы с любой точки планеты и с любого устройства, позволяющего выйти в интернет, а также возможность
оперативно откликаться на изменения условиий окружающей
среды.
Облачное хранилище данных — модель онлайнхранилища, содержащего большие объемы информации и
хранящего ее на большом количестве распределённых в сети
серверах. При этом внутренняя структура серверов клиенту
не видна. Информация хранится и обрабатывается в «обла-
ке», которое в представлении пользователя – один, огромного
объема, виртуальный сервер. Примеры облачных хранилищ:
Dropbox, Google Drive, Mega, Copy.com, @mail.ru, Яндекс.Диск.
Для работы с «облаком» на компьютеры или мобильные устройства нужно установить специальную программуклиент облачного хранилища и указать каталоги жесткого
диска компьютера, требующие хранение в «облаке». Эта программа скопирует указанные каталоги в облачное хранилище
и будет следить за их изменениями на компьютере. Модификация файлов или содержимого каталогов вызовет их автоматическую перезапись в облачное хранилище. Во избежание
ошибок синхронизации действий пользователей необходимо
пользоваться облачным хранилищем, содержащим историю
изменений файлов.
67
Выделяют 4 категории «облаков»: публичные, частные, гибридные, общественные.
Публичное облако находится в пользовании большого
количества компаний и сервисов одновременно. Пользователям этой инфраструктуры не доступна возможность управлять облаком или обслуживать его. Ответственность за «облако» несет его владелец. Абонентом сервисов могут быть
как любая компания, так и индивидуальный пользователь.
Публичное облако отличается огромными возможностями
масштабирования, легкостью использования и доступной для
пользователей стоимостью услуг. Примеры: онлайн сервисы
Amazon EC2 и Simple Storage Service (S3), Google Apps/Docs,
Salesforce.com, Microsoft Office Web.
Частное (приватное) облако контролируется и эксплуатируется в интересах одной организации. Частное облако
может управляться либо самой организацией, либо внешним
подрядчиком. Оно может находиться в офисах заказчика, или
у внешнего оператора, или частично у заказчика и частично у
оператора.
Гибридное облако использует лучшие черты перечисленныхвыше типов облаков. Оно удобно в использовании в
организации с сезонными периодами активности. Если внутренняя ИТ-инфраструктура с трудом справляется с требуемыми задачами, то часть мощностей перекладывается на публичное облако (например, большие объемы расчетов), и клиенты начинают получать доступ к ресурсам предприятия (к
частному облаку) через публичное облоко.
Общественное облако удобно для использования
конкретным обществом потребителей из организаций, имеющих общие задачи. Оно может находиться в кооперативной
собственности, управлении и эксплуатации одной или более
организаций сообщества или третьей стороны.
Облако состоит из следующих уровней:
уровень инфраструктуры, состоящий из физических
активов: серверов, дисков, сетевых устройств и т. д.;
68
промежуточный уровень, помогающий получить
доступ к ОС и соответствующим сервисам;
верхний уровень, являющийся, по сути, уровнем
приложений, которые предоставляются пользователям по
требованию.
Основные преимущества облачных технологий перечислены ниже:
доступ к любой личной информации может быть
осуществлен с любого компьютера, подключённого к Интернету;
разнообразие устройств (ПК, планшеты, смартфоны, телефоны и т.п.) для работы с информацией;
поддержка веб-сервисов браузерами любых ОС;
возможность для различных пользователей рабо-
тать с разных устройств с одними и теми же данными одновременно;
многие платные программы дешевеют или вовсе
становятся бесплатными веб-приложениями;
поскольку данные не хранятся в памяти устрой-
ства, то при различных сбоях в работе устройства пользователя (ПК, смартфона, телефон и др.) важная информация не
будет потеряна;
пользователю всегда доступна свежая и обнов-
лённая информация;
доступность последней версии ПО;
отсутствие необходимости отслеживания выхода
обновлений;
легкость обмена информацией с пользователями
из любой точки земного шара.
Основные недостатки облачных технологий приведены ниже:
необходимость постоянного соединения с Интерне-
том для получения доступа к услугам «облака»;
69
ограничения по ПО, которое можно разворачивать
на «облаках» и предоставлять пользователю;
возможность нарушения конфидециальности дан-
ных (облако является достаточно надежной средой, но ценные документы и данные на публичном “облаке” хранить
нельзя, так как в настоящее время не существует технологий,
гарантирующих полную конфиденциальность данных);
применение систем виртуализации, где в качестве
гипервизора используются ядра стандартных ОС (например,
Windows), что снижает уровень противовирусной защиты;
при использовании виртуального ПО информация
пользователя автоматически попадает в к разработчику этого
ПО;
относительно высокая стоимость оборудования для
построения собственного облака;
неконтролируемость данных: информация, остав-
ленная на облаке, будет храниться годами, и изменить хотя
бы какую-то ее часть невозможно.
Облачные технологии находят широкое распространение в различных сферах жизни нашего общества. Например,
облачным сервисом является предоставление пользователям
карты загруженности дорог города. Еще один пример использования – организация кол-центров при помощи облачной телефонии.
По мнению экспертов преимущества облачной технологии перевешивают ее недостатки, и в перспективе облачные технологии будут все более доступными для частных
пользователей и компаний. По оценкам компании IDC объем
рынка облачных услуг в 2016 году вырос на 20% относительно 2015 года, а в 2017 году вырос еще на 11% [10]. Стремительно развиваются средства защиты облачных сред. По
инормации от Global Cloud Security Software Market в 2014
году, в целом объем вкладываемых в эту сферу средств приблизился к 150-155 млрд. долларам, а в период с 2010 по 2014
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]