Bài giảng các hệ thống thông tin phân tán TS hồ bảo quốc

Các hệ thống thông tin phân tán TS Hồ Bảo Quốc Mục tiêu môn học —  Cung cấp kiến thức hệ thống thông tin phân tán tổ chức/doanh nghiệp kiến trúc, chuẩn, mô hình, công nghệ thiết kế triển hệ thống phân tán Các kết mong muốn đạt sau khóa học —  —  —  —  —  —  —  —  Có khả phân tích ngữ cảnh ứng dụng lĩnh vực ứng dụng hệ thống phân tán Nắm kiến trúc khác hệ thống phân tán Thiết kế giải pháp phân tán chọn phương pháp luận phù hợp cho phát triển hệ thống phân tán Hiểu sử dụng middleware cho việc thiết kế hệ thống phân tán Hiểu cần thiết chuẩn nghi thức tính toán phân tán Đánh giá chọn lựa công nghẹ nghi thức mạng cho hệ phân tán Hiểu vấn đề quản lý giao tác phân tán Nhận thức yêu cầu bảo mật hệ thống phân tán Tài liệu tham khảo Nội dung môn học —  —  Phần I Các hệ thống phân tán Phần II Cơ sở liệu phân tán DẪN NHẬP Định nghĩa “A distributed system consists of a collection of autonomous computers, connected through a network and distribution middleware, which enables computers to coordinate their activities and to share the resources of the system, so that users perceive the system as a single, integrated computing facility.” Wolfgang Emmerich, 1997 “ Một hệ thống phân tán bao gồm tập hợp máy tính đọc lập kết nối với thông qua mạng lớp phần mềm trung gian (middleware) cho phép máy tính hợp tác, chia tài nguyên hệ thống, cho người dùng cảm nhận hệ thống phương tiện tính toán tích hợp đơn” Hệ thống phân tán “Một hệ thống phân tán bao gồm tập hợp máy tính đơn nối kết với thông qua mạng trang bị phần mềm quản trị phân tán (Middleware)” “Middleware cho phép máy tính hợp tác hoạt đọng, chia tài nguyên hệ thống : phần cứng, phần mềm, liệu” “Người dùng cảm nhận hệ thống phân tán tiên ích tính toán tích hợp triển khai nhiều máy tính khác nhau, nhiều vị trí khác nhau” Coulouris et a, 2005 Các tính chất hệ thống phân tán ◦  Bao gồm nhiều thành phần độc lập ◦  Các thành phần không chia cho tất người dùng ◦  Các tài nguyên truy xuất ◦  Phần mềm thực thi tiến trình đồng thời xử lý khác ◦  Kiểm soát đa điểm ◦  Sự cố đa điểm Wolfgang Emmerich, 1997 Sự phát triển công nghệ —  Trước nhuwng năm 80 ◦  Hầu hết tổ chức có vài hệ thệ thống –  Thiếu phương tiện để kết nối chúng –  Chúng hoạt động độc lập ◦  Các máy tính lớn giá thành cao —  Từ năm với đời vi xữ lý mạnh … xuất mạng máy tính tốc độ cao —  Ngày nay: dễ dàng để kết nối số lượng lớn máy tính hệ thống mạng tốc độ cao MIDLEWARE ? Middleware tầng phần mềm (trừu tượng) —  Middleware che dấu không đồng —  Sử dụng gọi từ xa tài nguyên mà không cần lo lắng chúng đâu —  Các hệ thống trao đổi với middleware thay trao đổi trực tiếp đến hệ thống khác ◦  Ví dụ: CORBA, Java RMI —  Hầu hết middleware chạy Internet —  Tính mở (Openness) Tính mở đặc tính mà hệ thống mở rộng hay cài đặt lại nhiều cách khác —  Tính mở đòi hỏi Interfaces dược công bố (API) —  Sử dụng interface chuẩn người đồng ý sử dụng —  interface phương tiện để két nối hệ thống khác lại với —  Tính mở (tt.) —  Ví dụ: ◦  Internet Web? –  Các nghi thức truyền thông công bố, xem www.ietf.org –  Vì người phát triển sử dụng nghi thức để viết phần mềm phát triển phần cứng —  Một hệ thống mở ◦  Các hệ thống mở đặc trưng interface công bố chúng ◦  Một hệ thống phân tán mở dựa chế truyền tin đồng ◦  Một hệ thống phân tán mở xây dựng từ thành phần không đồng Tuy vậy, tương thích chuẩn công bố phả bảo đảm Interfaces —  Interfaces Các hệ thống (phần mềm phần cứng) khác chúng kết nối với ? A system A system A network A system A network Interfaces Interfaces: dựa chuẩn thống Một interface gán kết vào interface khác khớp với Phát triển hệ thống dựa interface A system Interfaces Sau kết nối hệ thống cách dễ dàng A system Một cấu hình kết nối A network Một cấu hình kết nối khác A system A network Interfaces !! CHÚ Ý!! Các interface không cần tất giống!! A system One configuration A network Chúng cần khớp với để kết nối Sự bảo mật (security) —  Có ba loại bảo mật phải xem xét: ◦  Tính bí mật (Confidentiality): bảo vệ chống lại cá thể không pháp ◦  Tính sẳn sàng (Availability): bảo vệ chống lại truy xuất tài nguyên ◦  Tính quán (Integrity): bảo vệ chống lại hư hại Tính bảo mật (tt.) —  —  Xét truyền thông Client Server Chúng ta cần làm để bảo mật? ◦  Chúng ta không cần bảo mật thông điệp mà, –  Chúng ta cần xem xét người gởi người nhận có không –  Chúng ta cần bảo đảm nội dung thông điệp không bị thay đổi –  Chúng ta cần bảo đảm thông điệp không phát lại –  Và nhiều thứ khác —  Kỹ thuật mã hóa cung cấp khả để bảo mật Tính tăng trưởng (Scalability) —  —  Một hệ thống gọi có tính tăng trưởng hoạt động hiệu tăng tài nguyên sử sử dụng internet hệ thống tăng trưởng kích thước đáng ngạc nhiên: Computers in the Internet Computers Web servers 1979, Dec 188 1989, Dec 130,000 1999, Dec 56,218,000 5,560,866 2003, Jan 171,638,297 35,424,956 [Coulouris et al, 2005] Tính tăng trưởng (tt.) —  Các thách thức chính: ◦  Kiểm soát chi phí tài nguyên vật lý ◦  Kiểm soát mát hiệu hệ thống ◦  Ngăn ngừa tài nguyên phần mềm chạy hết công suất ◦  Tránh tượng nghẽn cổ chai (bottleneck) Kiểm soát cố (Failure handling) —  Sự cố gì? ◦  Một cố gây nên chương trình bị treo, thao tác bị dừng lại sinh lỗi —  Trong hệ phân tán, cố cố thành phần ◦  Nó ảnh hưởng đến vài tài nguyên phần hệ thống phân tán ◦  Các phần khác hệ thống hoạt động ◦  Điều dẫn đến không quán phần Kiểm soát cố (Failure handling) —  Phát cố —  Che dấu cố ◦  Một vài cố phát (checksums, etc.) ◦  Một vài cố phát (internet server crashes) ◦  Chúng ta cần kế hoạch để quản lý tất loại cố ◦  Một vài cố che dấu (thông thông điệp không thẻ đến người nhận gởi lại, RAID arrays lưu trữ liệu, etc.) Quản lý cố (Failure handling) —  Khả chịu lỗi ◦  Chúng ta chịu lỗi thông báo đến tiến trình người dùng ◦  Chúng ta cần rõ ràng xử lý ◦  Làm tái xây dựng lại sau cố —  Sự dư thừa ◦  Một phương pháp thông qua dư thừa ???? (redundant components) ◦  Ví dụ, DNS replications, multiple routes, database replicata’s ◦  Nhưng lại có vấn đề tính quán dịch vụ nhân ◦  Làm bảo đảm tính đắn? Đồng thời (Concurrency) —  Truy xuất vào tài nguyên từ nhiều tiến trình khác lúc —  Sử dụng khái niệm giao tác —  Lập lich cho giao tác [...]... trên quảng bá(broadcasting) WAN cần các dịch vụ vị trí đặc biệt ◦  Các thành phần tập trung cản trở sự tăng trưởng về mặt địa lý ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG PHÂN TÁN Hệ thống phân tán là gì ? “là hệ thống trong đó các thành phần phần cứng hay phần mềm được phân bổ trên một mạng máy tính truyền thông và hợp tác thông việc chuyển giao các thông điệp” [Coulouris et al, 2001] Tại sao phải dùng HTPT giản là... nối các hệ thống khác nhau lại với nhau —  Tính mở (tt.) —  Ví dụ: ◦  Internet và Web? –  Các nghi thức truyền thông được công bố, xem www.ietf.org –  Vì vậy người phát triển có thể sử dụng các nghi thức này để viết phần mềm và phát triển phần cứng —  Một hệ thống mở ◦  Các hệ thống mở được đặc trưng bởi các interface được công bố của chúng ◦  Một hệ thống phân tán mở dựa trên một cơ chế truyền tin. .. thông – Phân tán lại sinh ra sự không chắc chắn Tính tăng trưởng (tt.) —  Tăng trưởng về vị trị địa lý ◦  Các hệ thống phân tán được thiết kế cho mạng LANs dựa trên truyền thông đồng bộ (synchronous communication) ◦  Truyền thông trên mạng WANs vốn không tin cậy và hầu hết theo kiểu point-to-point –  LANs cung cấp cơ chế truyền thông tin cậy dựa trên quảng bá(broadcasting) WAN cần các dịch vụ vị... phép các người dùng và các ứng dụng sử dụng các chức năng của nó” [Coulouris et al, 2001] ◦  Ví dụ, –  Truy xuất các tập tin được chia sẽ thông qua “dịch vụ tập tin (file service) –  Gởi tập tin đến máy in thông qua “dich vụ in” (print service) –  Thanh toán tiền mua hàng thông qua “dịch vụ thanh toán”(payment service) ◦  Trong mỗi trường hợp, chúng ta truy xuất dịch vụ thông qua tập hợp các chức... nó chúng ta có thể gọi từ xa các tài nguyên mà không cần lo lắng chúng ở đâu —  Các hệ thống trao đổi với middleware thay vì trao đổi trực tiếp đến hệ thống khác ◦  Ví dụ: CORBA, Java RMI —  Hầu hết các middleware chạy trên Internet —  Tính mở (Openness) Tính mở là đặc tính mà hệ thống có thể được mở rộng hay cài đặt lại bằng nhiều cách khác nhau —  Tính mở đòi hỏi các Interfaces dược công bố (API)... qua các lĩnh vực quản trị độc lập ◦  Các chính sách mâu thuẩn nhau –  Sử dụng (trả chi phí) –  Quản trị –  Bảo mật – Chống lại các tấn công từ lĩnh vực mới – Chống lại các tấn công từ hệ thống phân tán Tính tăng trưởng (tt.) —  Tăng trưởng theo kích thước ◦ Giới hạn của kiến trúc tập trung : quá tải (bottleneck) – Sức mạnh xử lý và lưu trữ không thể vượt qua những giới hạn của truyền thông – Phân. .. đồng nhất ◦  Một hệ thống phân tán mở có thể được xây dựng từ các thành phần không đồng nhất Tuy vậy, sự tương thích của các chuẩn được công bố phả được bảo đảm Interfaces —  Interfaces Các hệ thống (phần mềm và phần cứng) có thể khác nhau vậy làm sao chúng có thể kết nối với nhau ? A system A system A network A system A network Interfaces Interfaces: dựa trên những chuẩn đã được thống nhất Một interface... cần các hệ thống phân tán —  —  —  —  Bản chất phân tán của các tổ chức/ xí nghiệp Cho phép người dùng kết nối với những tài nguyên ở xa (remote resources) Cho phép chia sẽ tài nguyên cho người dùng từ xa Tăng cường sự chia sẽ ◦  ◦  ◦  ◦  —  Kinh tế Dễ hợp tác – tổ chứ ảo Dễ dàng trao đổi Thương mại Tuy nhiên : đặt ra vấn đề an toàn Các đặc trưng chính —  Trong suốt (transparency) : Che dấu sự phân. .. phần khác nhau ◦  ◦  ◦  ◦  ◦  —  Mạng (Networks) Phần cứng máy tính (Computer hardware ) Hệ điều hành (Operating systems) Ngôn ngữ lập trình (Programming languages) Các cài đặt khác nhau của những người phát triển khác nhau Truyền thông giữa các thành phần của một hệ thống không đồng nhất phải thông qua những chuẩn thống nhất chung Đây chính là MIDDLEWARE MIDLEWARE là gì ? Middleware là một tầng phần... những hạn chế trong việc đồng bộ đồng hồ trên hệ thống —  Sự cố (Failures) ◦  Hệ thống/ các máy tính có thể bị sự cố, mạng có thể bị sự cố ◦  Làm thế nào để khoang vùng sự cố? ◦  Làm thế nào để tối thiểu hóa tác hại ? Ví dụ HTPT —  Internet ◦  Một chuỗi các máy tính thuộc loại khac nhau được kết nối ◦  Chúng có thể hoạt động cùng nhau thông qua việc trao đổi thông điệp ◦  Bản chất của Internet là ... khả phân tích ngữ cảnh ứng dụng lĩnh vực ứng dụng hệ thống phân tán Nắm kiến trúc khác hệ thống phân tán Thiết kế giải pháp phân tán chọn phương pháp luận phù hợp cho phát triển hệ thống phân tán. .. địa lý ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG PHÂN TÁN Hệ thống phân tán ? “là hệ thống thành phần phần cứng hay phần mềm phân bổ mạng máy tính truyền thông hợp tác thông việc chuyển giao thông điệp” [Coulouris... chia tài nguyên hệ thống, cho người dùng cảm nhận hệ thống phương tiện tính toán tích hợp đơn” Hệ thống phân tán “Một hệ thống phân tán bao gồm tập hợp máy tính đơn nối kết với thông qua mạng