Архитектурное построение и свойства систем распределённой обработки информации

Свойства систем распределённой обработки информации как среды реализации обработки информации

Под распределенной обработкой информации понимается комплекс операций с информацией (традиционно описываемый термином «обработка информации»), проводимый на независимых, но связанных между собой вычислительных машинах, предназначенных для выполнения общих задач.

Системы распределенной обработки информации (или распределенные вычислительные системы) в виде многомашинных вычислительных комплексов и компьютерных сетей представляют собой одну из наиболее прогрессивных форм организации средств вычислительной техники.

Распределённая система обработки информации — это набор независимых компьютеров, представляющихся их пользователям единой объединённой системой.

В качестве основного требования к распределенным системам предъявляется достижение их прозрачности, открытости, переносимости приложений, гибкости, масштабируемости и безопасности.

Таблица 1 — Свойства систем распределённой обработки информации.

Важная задача распределенных систем обработки информации состоит в том, чтобы скрыть тот факт, что процессы и ресурсы физически распределены по множеству компьютеров. Распределенные системы обработки информации, которые представляются пользователям и приложениям в виде единой компьютерной системы, называются прозрачными (transparent).

Таблица 2 — Формы прозрачности системах распределённой обработки информации

Таким образом, достижение прозрачности распределения — это важная цель при проектировании и разработке распределенных систем обработки информации, но она не должна рассматриваться в отрыве от других характеристик системы ЭВМ, например, производительности.

Открытая распределенная система (open distributed system) — это система, предлагающая службы, вызов которых требует стандартные синтаксис и семантику. Например, в компьютерных сетях формат, содержимое и смысл посылаемых и принимаемых сообщений подчиняются типовым правилам. Эти правила формализованы в протоколах. В распределенных системах службы обычно определяются через интерфейсы (interfaces), которые часто описываются при помощи языка определения интерфейсов (Interface Definition Language, IDL) [43]. Описание интерфейса на IDL почти исключительно касается синтаксиса служб. Другими словами, оно точно отражает имена доступных функций, типы параметров, возвращаемых значений, исключительные ситуации, которые могут быть возбуждены службой и т. п. Наиболее сложно точно описать то, что делает эта служба, то есть семантику интерфейсов. Будучи правильно описанным, определение интерфейса допускает возможность совместной работы произвольного процесса, нуждающегося в таком интерфейсе, с другим произвольным процессом, предоставляющим этот интерфейс. Определение интерфейса также позволяет двум независимым группам создать абсолютно разные реализации этого интерфейса для двух различных распределенных систем, которые будут работать абсолютно одинаково [21].

Переносимость. Самодостаточность и нейтральность необходимы для обеспечения переносимости и способности к взаимодействию. Способность к взаимодействию (interoperability) характеризует, насколько две реализации систем или компонентов от разных производителей в состоянии совместно работать, полагаясь только на то, что службы каждой из них соответствуют общему стандарту [21].

Переносимость (portability) характеризует то, насколько приложение, разработанное для распределенной системы обработки информации А, может без изменений выполняться в распределенной системе В, реализуя те же, что и в, А интерфейсы. Хотя ОС часто описываются либо как переносимые, либо как непереносимые, мобильность — это не бинарное состояние, а понятие степени. Вопрос не в том, может ли быть система перенесена, а в том, насколько легко можно это сделать. Для обеспечения переносимости и способности к взаимодействию в интерфейсе должно быть все, что нужно для его реализации, но он не должен определять внешний вид реализации. Переносимость характеризует, насколько приложение, сделанное для одной распределенной системы, может работать в составе другой системы обработки информации, а способность к взаимодействию показывает, насколько две реализации систем или компонентов, выполненных разными людьми, в состоянии работать совместно.

Под гибкостью мы понимаем легкость конфигурированияобработки информации системы, состоящей из различных компонентов, возможно от разных производителей. Не должны вызывать затруднений добавление к системе новых компонентов или замена существующих, при этом прочие компоненты, с которыми не производилось никаких действий, должны оставаться неизменными. Другими словами, открытая распределенная система должна быть расширяемой. Например, к гибкой системе должно быть относительно несложно добавить части, работающие под управлением другой операционной системы, или даже заменить всю файловую систему целиком. Насколько всем нам знакома сегодняшняя реальность, говорить о гибкости куда проще, чем ее осуществить. Достижения необходимого уровня гибкости приводит к тому, что открытая распределенная система становится расширяемой. В построении гибких открытых распределенных систем решающим фактором оказывается организация этих систем в виде наборов относительно небольших и легко заменяемых или адаптируемых компонентов. Это предполагает необходимость определения не только интерфейсов верхнего уровня, с которыми работают пользователи и приложения, но также и интерфейсов внутренних модулей системы и описания взаимодействия этих модулей. Этот подход относительно молод. Множество старых и современных систем создавались цельными так, что компоненты одной гигантской программы разделялись только логически. В случае использования этого подхода независимая замена или адаптация компонентов, не затрагивающая систему обработки информации в целом, была почти невозможна. Монолитные системы обработки информации вообще стремятся скорее к закрытости, чем к открытости [21].

Повсеместная связь через Интернет быстро стала таким же обычным делом, как возможность послать кому угодно в мире письмо по почте. Помня это, мы говорим, что масштабируемость — это одна из наиболее важных задач при проектировании распределенных систем[23].

Масштабируемость системы обработки информацииможет измеряться по трем различным показателям. Во-первых, система может быть масштабируемой по отношению к ее размеру, что означает легкость подключения к ней дополнительных пользователей и ресурсов. Во-вторых, система обработки информацииможет масштабироваться географически, то есть пользователи и ресурсы могут быть разнесены в пространстве. В-третьих, система может быть масштабируемой в административном смысле, то есть быть проста в управлении при работе во множестве административно независимых организаций.

К сожалению, система обработки информации, обладающая масштабируемостью по одному или нескольким из этих параметров, при масштабировании часто дает потерю производительности. Если система обработки информации нуждается в масштабировании, необходимо решить множество разнообразных проблем. Сначала рассмотрим масштабирование по размеру. Если возникает необходимость увеличить число пользователей или ресурсов, мы нередко сталкиваемся с ограничениями, связанными с централизацией служб, данных и алгоритмов. Даже если мы обладаем фактически неограниченным запасом по мощности обработки и хранения данных, ресурсы связи с этим сервером в конце концов будут исчерпаны и не позволят нам расти дальше[24].

Таблица 3 — Примеры ограничений масштабируемости в распределённых системах обработки информации.

Безопасность распределенных систем обработки информации связана с обеспечением защиты ресурсов от атак со стороны враждебно настроенных пользователей. С целью повышения безопасности распределенные системы обработки информации должны использовать защищенные каналы передачи данных, разрешать доступ к ресурсам только для авторизованных пользователей и допускать чтение передаваемых по сети данных только получателем. Проблема защиты компьютерных сетей от несанкционированного доступа приобрела особую остроту. Развитие коммуникационных технологий позволяетстроить сети распределенной архитектуры, объединяющие большое количество сегментов, расположенных на значительном удалении друг от друга. Все это вызывает увеличение числа узлов сетей, разбросанных по всему миру, и количества различных линий связи между ними, что, в свою очередь, повышает риск несанкционированного подключения к сети для доступа к важной информации. Особенно неприятной такая перспектива может оказаться длябанковских или государственных структур, обладающих секретной информацией коммерческого или любого другого характера. В этом случае необходимы специальные средства идентификации пользователей в сети, обеспечивающие доступ к информации лишь в случае полной уверенности в наличии у пользователя прав доступа к ней[25].

Существует ряд разработок, позволяющих с высокой степенью надежности идентифицировать пользователя при входе в систему. Среди них, например, есть технологии, идентифицирующие пользователя по сетчатке глаза или отпечаткам пальцев. Кроме того, ряд систем используют технологии, основанные на применении специального идентификационного кода, постоянно передаваемого по сети. Так, при использовании устройства SecureID обеспечивается дополнительная информация о пользователе в виде шестизначного кода [26].