Mô phỏng giải thuật phân tán

Trong các phần sau chúng ta chỉ xem xét hệ phân tán dưới mức độ tiến trình do mức bộ xử lý có thể xem như mức tiến trình với mỗi tiến trình trên một bộ xử lý.. Mô hình truyền thông phân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM TUẤN ANH MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT PHÂN TÁN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI – 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204917261000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM TUẤN ANH MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT PHÂN TÁN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HÀ QUỐC TRUNG HÀ NỘI - 2005 Chương HỆ PHÂN TÁN 1.1 Hệ phân tán Ngày hệ phân tán xuất hoạt động: kinh doanh, nghiên cứu, quản lý gia đình Thơng thường chúng cung cấp phương tiện để chia sẻ tài nguyên (như máy in màu hay máy quét) chia sẻ liệu (không thể thiếu với kinh tế dựa thông tin ngày nay) Một hệ thống phân tán bao gồm tập hợp xử lý liên kết với thơng qua cấu hình mạng Hệ thống vật lý tức máy tính kết nối với thơng qua mạng máy tính hay logic tức tập tiến trình phần mềm kết nối qua chế truyền thông điệp Cấu hình mạng điểm tới điểm hay kênh truyền thông đại chúng (broadcast) Hệ phân tán khác hệ tập trung số điểm sau • Thiếu nhận biết trạng thái toàn cục hệ thống (có thể thu thập thơng tin trạng thái hệ thống khơng cập nhật) 12 • Thiếu khung thời gian tồn cục (các kiện khơng có thứ tự) • Bất định Cần phân biệt hai mức khác xem xét hệ phân tán: mức xử lý mức tiến trình Ở mức xử lý, xử lý khơng có chia sẻ nhớ mặt vật lý thiết yếu phải trao đổi thông qua truyền thông điệp Trên xử lý có nhiều tiến trình Các tiến trình nhiều xử lý hình thành mức tiến trình hệ phân tán Ở mức tiến trình có nhiều lựa chọn trao đổi so với mức xử lý Các tiến trình trao đổi thông qua chia sẻ nhớ hay truyền thông điệp phối hợp hai Trong phần sau xem xét hệ phân tán mức độ tiến trình mức xử lý xem mức tiến trình với tiến trình xử lý Hệ phân tán biết đến sớm thực tế mạng máy tính Dù ban đầu thực cho mục đích truy cập từ xa sau cho thư điện tử mạng máy tính phát triển nhanh chóng bao gồm nhiều dịch vụ truyền liệu khác truyền file hay trì phiên làm việc Một mạng lưới phức tạp giao thức thiết kế cho dịch vụ cách truyền thông điệp nhiều mức độ Những tiến gần thiết kế giao thức cho phép tồn nhiều dạng truyền thông khác bên cạnh liệu âm hình ảnh Một ví dụ tiếng khác hệ phân tán nằm lĩnh vực xử lý song song với tập xử lý phối hợp giải tốn Tính tốn song song có nhiều ứng dụng lĩnh vực khoa học kỹ thuật Thiết kế ban đầu cho hệ xử lý song song tập trung vào hệ chia sẻ nhớ (chia sẻ không gian nhớ không gian địa chỉ) Tuy nhiên người ta nhanh chóng nhận hiệu hệ thống bị giới hạn chế vật lý xác định 13 việc chia sẻ phần tử nhớ Mong muốn cung cấp hiệu cao cho ứng dụng dẫn đến đời hệ phân tán với liên kết điểm tới điểm thống trị ngày Trong hệ phân tán quan trọng ngày phải kể đến mạng máy trạm Các mạng có nhiều điểm giống mạng máy tính ta nói có phạm vi địa lý hẹp thường dùng kết nối đại chúng mơi trường truyền thơng (các tiến trình xử lý dùng kết nối điểm tới điểm) Mạng máy trạm cung cấp nhiều dịch vụ mạng máy tính ví dụ chia sẻ hệ thống file Từ ví dụ hệ phân tán thực tế mô tả thấy rõ kết nối điểm tới điểm thống trị hầu hết trường hợp Điều đồng nghĩa với việc truyền thông điểm mạng đóng vai trị chủ đạo 1.2 Tính chất hệ phân tán 1.2.1 Chia sẻ tài nguyên Tài nguyên khái niệm để tất sử dụng chung hệ phân tán Tài nguyên bao gồm từ phần cứng nhớ hay máy in, tới thực thể lôgic định nghĩa phần mềm file, CSDL Việc chia sẻ tài ngun đem lại lợi ích sau: • Các thiết bị phần cứng chia sẻ tạo thuận lợi cho việc sử dụng giảm bớt chi phí • Chia sẻ liệu yêu cầu nhiều ứng dụng • Các nhà phát triển phần mềm cần truy cập cơng việc lẫn nhau, chia sẻ cơng cụ mà cần phiên thư viện, trình dịch 14 • Khi cài đặt cơng cụ mới, tất thành viên sử dụng tài nguyên • Các ứng dụng thương mại thường sử dụng CSDL cho nhiều người truy nhập phân tán Để việc chia sẻ tài nguyên có hiệu quả, tài nguyên cần lý chương trình Chương trình cung cấp giao diện cho phép tài nguyên truy cập, thay đổi an toàn thống Quản trị tài nguyên chương trình quản lý số tài nguyên thuộc loại Mỗi loại tài nguyên cần quản lý cách khác Tuy vậy, có số yêu cầu chung Ví dụ hệ thống đặt tên cho lớp tài nguyên, việc ánh xạ tên lên địa vật lý, việc giải truy nhập đồng thời để đảm bảo tài ngun có tính thống Có hai mơ hình cho hệ thống chương trình quản lý tài ngun: mơ hình Client-Server mơ hình hướng đối tượng • Mơ hình Client-Server: Có số tiến trình quản lý loại tài nguyên định, số tiến trình khác thực cơng việc địi hỏi phải truy cập tài ngun Mơ hình áp dụng vào phạm vi rộng với phần cứng phần mềm • Mơ hình đối tượng: Các tài ngun chung nhìn đối tượng Các đối tượng định danh dịch chuyển mạng Khi chương trình cần sử dụng tài nguyên chương trình gửi thơng báo chứa u cầu tới đối tượng Thông báo dịch tới thủ tục đối tượng, thực thao tác cần thiết thông báo khác gửi lại chương trình chứa kết Một vấn đề mơ hình việc mã 15 thủ tục đối tượng kèm phần liệu dối tượng, đối tượng khơng di chuyển 1.2.2 Tính mở Tính mở đặc tính hệ thống mở rộng Một hệ thống có tính mở phần cứng: ví dụ thêm thiết bị ngoại vi, nhớ - phần mềm: bổ sung vài tính hệ thông, giao thức trao đổi vài dịch vụ chia sẻ tài ngun Nói chung, tính mở hệ phân tán đánh giá khả thêm dịch vụ chia sẻ tài nguyên mà bỏ thay đổi dịch vụ sẵn có Tính mở thực cách công bố giao diện cho nhà phát triển phần mềm Trong lịch sử, hệ thống máy tính thường hệ thống đóng UNIX ví dụ hệ thống mở cho nhà phát triển ứng dụng, cho nhà sản xuất phần cứng nhà quản lý hệ thống, cho nhà sản xuất phần mềm người sử dụng Tính mở hệ phân tán đặt tảng chế chung trao đổi thông tin tiến trình, giao diện cơng bố để truy nhập tài nguyên Hệ phân tán mở cấu thành từ phần cứng phần mềm không đồng nhất, từ nhiều nhà cung cấp khác Tuy nhiên thành phần hệ thống cần phải kiểm tra kỹ trước đưa vào sử dụng 1.2.3 Tính tương tranh Khi nhiều chương trình thực máy tính, nói chúng thực đồng thời Nếu máy tính có vi xử lý, việc thực tiến trình tiến hành theo phần tiến trình Nếu số lượng vi xử lý nhiều số tiến trình, mội tiến trình 16 thực vi xử lý tiến trình thực đồng thời thật Trong hệ phân tán xây dựng sở chia sẻ tài nguyên, việc thực đồng thời xảy trường hợp sau: • Nhiều người sử dụng gọi nhiều lệnh, tương tác với nhiều ứng dụng Trường hợp xảy có hay nhiều tiến trình phục vụ cho người sử dụng • Nhiều tiến trình phục vụ chạy trả lời lời gọi khác từ tiến trình khác Trường hợp xảy tồn tiến trình phục vụ cho việc quản lý nhiều tài nguyên xếp hàng, thực lần lượt, số thực song song nhiều phiên tiến trình Khi có nhiều tiến trình truy cập liệu tài nguyên, tiến trình quản lý tài nguyên cần phải tiến hành đồng yêu cầu, đảm bảo chúng không bị mâu thuẫn giữ lợi tính tương tranh Tóm lại, tương tranh thực song song phát sinh tự nhiên hệ phân tán, xuất phát từ hoạt động riêng rẽ người sử dụng, tính độc lập tài nguyên, tính phân tán tiến trình phục vụ Điều cho phép việc xử lý tiến hành máy tính khác Truy cập cập nhật đồng thời tài nguyên phải đồng 1.2.4 Khả hỗ trợ tải thay đổi Hệ phân tán phải có khả làm việc tốt với qui mô khác tải Số lượng người truy cập thay đổi phạm vi lớn Hệ phân tán đơn giản phải bao gồm hai máy nối lại với nhau, có hệ thống lớn nối nhiều mạng cục với với số lượng hàng 17 nghìn máy Trong hàng nghìn máy đó, có lúc nhiều máy sử dụng tài ngun đó, có lúc lại khơng có máy sử dụng tài nguyên Các dịch vụ phân tán phải có khả hoạt động điều kiện khác Trong hệ phân tán, tài nguyên coi giới hạn hệ thống tập trung trở thành vô hạn như: Số vi xử lý, nhơ, kênh vào Tuy nhiên, số tài nguyên khác bị giới hạn q trình thiết kế, tính tương tranh không quan tâm tới Khi thiết kế hệ thống phân tán, không tài nguyên thiết kế để cung cấp giới hạn Khi nhu cầu sử dụng tăng lên, cần phải có khả mở rộng hệ thống để đáp ứng nhu cầu Ví dụ: số yêu cầu sử dụng file tăng lên, hệ thống cần phải có khả thêm máy phục vụ file để giảm bớt tải cho máy phục vụ file cũ Một vài file bị truy cập cách thương xuyên chúng cần phải nhân thành nhiều bản, lưu nhiều máy khác 1.2.5 Tính chất chịu lỗi Các hệ thống máy móc đơi hỏng hóc Khi có cố xảy ra, hệ thống dừng hoạt động, đưa kết khơng xác Như để hoạt động có hiệu quả, hệ phân tán cần phải có khả phát lỗi xử lý lỗi Nói chung, có lỗi xảy ra, người sử dụng thường khơng có kiến thức đủ để biết thực có chuyện xảy với hệ thống Mọi cố gắng người sử dụng để giải cố thường khơng có kết Như hệ phân tán cần xử lý lỗi cho người sử dụng quan tâm đến việc có lỗi hay khơng có lỗi xảy ra, đồng thời thu kết trường hợp hệ khơng tự giải lỗi báo cho người sử dụng 18 Để đạt mục đích trên, sử dụng phần cứng dự trữ có cố xảy Ví dụ để đảm bảo dịch vụ thư điện tử hoạt động bình thường máy phục vụ thư điện tử bị lỗi, bố trí máy khác đưa vào thay Phương pháp địi hỏi chi phí đầu tư ban đầu tương đối lớn Có thể giảm bớt chi phí cách dùng máy dự trữ cho nhiều chức khác Một cách khác để đảm bảo tính chịu lỗi cho hệ thống sử dụng phần mềm phục hồi lại hệ thống Nếu hệ thống phần hệ thống thao tác bị cố, có phần mềm để loại bỏ thay đổi có gây ra, khởi động lại thao tác từ điểm chưa có cố Muốn làm phần mềm phải theo dõi hệ thống suốt thời gian chưa xảy cố 1.2.6 Tính suốt Tính suốt che giấu tính phân tán thành phần hệ phân tán với người sử dụng Người sử dụng khơng cần biết tài ngun mà sử dụng nằm đâu, phân tán hay tập trung, mà sử dụng tài nguyên lôgic hệ phân tán Có loại suốt sau: • Trong suốt truy cập: Các đối tượng thông tin truy cập phương pháp • Trong suốt địa điểm: Tài nguyên truy cập mà khơng cần biết vị trí địa lý chúng • Trong suốt tương tranh: Tài nguyên sử dụng nhiều người sử dụng khác mà người sử dụng 19