Распределенное имитационное моделирование

Понятие о распределенной информационной системе

Что такое распределенная система? В литературе упоминаются разные определения понятия распределенной системы (PC), но все они могут быть сведены к следующим определениям.

• 1. Распределенная система — это набор независимых компьютеров, представляющийся их пользователям как единая система.
• 2. Распределенная информационная система (РИС) — это совокупность взаимодействующих друг с другом программных компонент. Каждая из таких компонент может рассматриваться как программный модуль (приложение), исполняемый в рамках отдельного процесса.

Каковы основные задачи распределенных систем? Основная задача — облегчение доступа к удаленным ресурсам и контроль совместного использования этих ресурсов (компьютеров, файлов, данных в базах данных). Для решения этой основной задачи PC должна удовлетворять следующим требованиям:

• • прозрачность;
• • открытость;
• • гибкость;
• • масштабируемость (расширяемость).

Прозрачность. Важная задача PC состоит в том, чтобы скрыть тот факт, что процессы и ресурсы физически распределены по разным компьютерам. Распределенные системы, которые представляются пользователям и приложениям в виде единой системы, называются прозрачными (transparent).

Открытость. Открытая PC (open distributed system) — это система, предлагающая службы, вызов которых требует стандартные синтаксис и семантику. В PC службы (и компоненты) определяются через интерфейсы, которые часто описываются при помощи языка определения интерфейсов (interface definition language, IDL). Описание интерфейса точно отражает синтаксис служб: имена доступных функций, типы параметров, возвращаемых значений и т. п.

Гибкость — легкость конфигурирования системы, состоящей из разных компонентов, т. е. PC должна быть расширяемой программно и аппаратно. В построении гибких открытых PC решающим фактором оказывается организация таких систем в виде наборов относительно небольших, легко заменяемых или адаптируемых компонентов. Это предполагает необходимость определения не только интерфейсов верхнего уровня, с которыми работают пользователи и приложения, но и интерфейсов между компонентами системы.

Масштабируемость (.возможность расширения). Масштабируемость системы может измеряться по трем разным показателям:

• 1) размер — легкость подключения новых пользователей и ресурсов;
• 2) площадь — пользователи и ресурсы могут быть разнесены в пространстве;
• 3) управление — система проста в управлении при использовании ее во многих органах управления различных уровней.

Эта характеристика PC может снижать производительность. Вопросы практической реализации масштабируемости должны рассматриваться вместе с другими требованиями, такими как безопасность и производительность.

Основные технологии масштабирования: сокрытие времени ожидания связи, распределение и репликация.

• 1. Сокрытие времени ожидания связи применяется в случае географического масштабирования. Основная идея — постараться избежать ожидания ответа на запрос от удаленного сервера.
• 2. Распределение. Предполагает разбиение компонентов на более мелкие части с последующим их распределением в системе. Пример — система доменных имен Интернета (DNS).
• 3. Репликация (дублирование). Применение репликации повышает доступность ресурсов, а также помогает выравнивать нагрузку компонентов, что ведет к улучшению производительности. Кроме того, в географически распределенных системах репликация (в виде близко лежащей копии) помогает уменьшить проблему ожидания связи. Особую форму репликации представляет собой кеширование (caching). Как и при репликации, результатом кеширования является создание копии ресурса, обычно в непосредственной близости от клиента. В отличие от репликации кеширование — это действие, предпринимаемое со стороны клиента, а не сервера. Поскольку при репликации и кешировании создаются копии ресурса, модификация одной копии делает ее отличной от остальных. Проблема строгой непротиворечивости ресурса состоит в немедленном распространении изменений во все копии. При одновременном изменении двух или более копий необходимо строго соблюдать порядок внесения изменений во все копии. Практически обеспечить это бывает довольно сложно, а иногда — невозможно. Это значит, что репликация может включать и отдельные не масштабируемые решения.

Существуют разные способы организации процессоров в единую PC (варианты соединения и организации взаимного обмена). Для простоты все компьютеры в PC мы можем разделить на две группы. Системы, в которых компьютеры используют совместно память, называются мультипроцессорами, а работающие каждый со своей памятью — мулътикомпьютерами. Основная разница между ними — первые имеют единое адресное пространство, которое используется всеми процессорами. В мультикомпьютерах каждая машина использует свою память (пример — обычная сеть компьютеров).

Мультикомпьютерные системы разделяют также на гомогенные (homogeneous) и гетерогенные (heterogeneous). В первых используется одна компьютерная сеть с единой технологией, однотипными процессорами. Вторые содержат независимые компьютеры, соединенные разными сетями.

Хотя аппаратные решения важны для PC, наибольшее влияние на них оказывают именно программные решения. Эти решения влияют в первую очередь на удобство работы пользователя в PC. С одной стороны, PC работают как менеджеры ресурсов, помогая пользователям совместно использовать такие ресурсы, как память, процессоры, периферийное оборудование, сеть и данные. В этом они подобны операционным системам (ОС). С другой — PC скрывают сложность и гетерогенность аппаратуры, предоставляя виртуальную машину для выполнения приложений. Эти функции обычно выполняют ОС, которые можно разделить на две категории: сильно связанные и слабо связанные.

Сильно связанные ОС обычно называются распределенными ОС. Они используются для управления мультипроцессорными и гомогенными мультикомпьютерными системами. Основная их цель — скрыть особенности управления аппаратным обеспечением.

Слабо связанные ОС называются сетевыми ОС (network operation system, NOS). Они используются для управления гетерогенными мультикомпьютерными системами. Для создания PC служб сетевой ОС недостаточно. Необходимо добавить к ним дополнительные компоненты для организации поддержки прозрачности распределения. Эти компоненты образуют средства промежуточного уровня. Таким образом, основную роль в построении PC играют программные средства (службы) промежуточного уровня — между ОС и распределенными приложениями.