Bài giảng hệ phân tán chương 1 Tổng quan về hệ phân tán

Như đã được trình bày trong chương trước, HĐH hiện đại thường tập trung vào chức năng máy tính ảo, nhấn mạnh mức dịch vụ hệ thống và vì vậy thuận tiện hơn quan niệm HĐH phân tán như một bộ tích hợp các dịch vụ hệ thống cho phép trình diễn cái nhìn trong suốt tới hệ thống máy tính với tài nguyên và điều khiển phân tán (đặt tại nhiều vị trí địa lý khác nhau). Có thể nói HĐH phân tán là HĐH kết nối chặt về phần mềm trên nền tảng kết nối lỏng về phần cứng. Theo một cách nói khác, HĐH phân tán cung cấp cho người sử dụng cách thức làm việc như với một HĐH tập trung trong điều kiện phân tán cả phần cứng lẫn phần mềm. Một vấn đề đặt ra cho chính khái niệm HĐH phân tán. Tồn tại nhiều cách hiểu về HĐH phân tán, song có rất hiếm tài liệu cho một định nghĩa chính thức về HĐH phân tán. Trong nhiều ngữ cảnh, người ta còn sử dụng khái niệm "hệ phân tán" thay thế cho khái niệm "HĐH phân tán". Chúng ta chấp nhận định nghĩa được đưa ra trong [8]: Hệ phân tán là tổ hợp bao gồm các máy tính độc lập với trình diễn hệ thống như một máy tính đơn trước người dùng. HĐH phân tán được phát triển trên cơ sở một số tiền đề sau đây: -Thứ nhất, do nhu cầu tăng không ngừng việc chia xẻ tài nguyên và thông tin mà các HĐH đã có từ trước không đáp ứng được. Trong quá trình triển khai ứng dụng Tin học vào đời sống, các mạng máy tính được phát triển không ngừng, các tài nguyên của các máy tính trong mạng (phần cứng, phần mềm) ngày càng được mở rộng và nâng cấp, giá trị các tài nguyên này càng tăng nhanh dẫn đến sự tăng trưởng vượt bậc nhu cầu chia xẻ tài nguyên và thông tin trong một hệ thống thống nhất. HĐH tập trung và HĐH mạng thuần túy không đáp ứng được nhu cầu đối với sự tăng trưởng đó.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ PHÂN TÁN TS Trần Hải Anh Bài giảng có tham khảo giảng PGS TS Hà Quốc Trung Nội dung 1.  2.  3.  4.  5.  Định nghĩa Đặc điểm hệ phân tán Thành phần hệ phân tán Các loại hệ phân tán Các vấn đề cần nghiên cứu hệ phân tán Định nghĩa 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Các định nghĩa 1.3 Ví dụ 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống máy tính ¨  Lịch sử phát triển hệ thống máy tính ¤  Thế hệ máy tính thứ (1945 – 1956) n  Bóng đèn chân không n  ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) ¤  Thế hệ thứ hai (1958-1964) n  Transistor ¤  Thế hệ thứ ba (1965-1971) n  IC: Integrated Circuit ¤  Thế hệ thứ tư (1972-ngày nay) n  VLSI: Very Large Scale Integration ¨  ¨  Lịch sử phát triển Mạng máy tính Thay đổi cách thức sử dụng máy tính @ Trần Hải Anh 2014 9/1/16 Các hệ thống phân tán @ Trần Hải Anh 2014 9/1/16 1.2 Định nghĩa ¨  ¨  ¨  ¨  ¨  ¨  Các máy tính độc lập ¤  Không phụ thuộc lẫn nhau, máy tính có kiến trúc khác nhau, máy tính có phần mềm hệ thống khác Kết nối lẫn ¤  Bằng mạng máy tính Các phần mềm máy tính khác có khả phối hợp Chia sẻ tài nguyên Thực nhiệm vụ chung Cung cấp dịch vụ cách thống ¤  Thống giao diện, cách thức truy cập dịch vụ mức độ thống NSD không cần phải quan tâm tới chi tiết hệ thống A collection of independent connected computers that provides services to its users as a single coherent system [Tanenbaum 2006] Distributed vs Ubiquitous Systems Networked computer system: appears as many machines ¨  Distributed computer system: appears as single system ¨  Ubiquitous system: appears as no computer system ¨  1.3 Ví dụ hệ phân tán Hệ thống WWW ¨  Hệ thống Email ¨  V.v… ¨  Người sử dụng SMTP Bộ đệm thư gửi đi Người sử dụng POP/IMAPWeb Mail Hộp thư NSD Bộ đệm thư gửi đi Web Server Các bí danh Hộp thư NSD Web Server Các bí danh SMTP MTA MDA POP/IMAPWeb Mail SMTP Internet Các bản ghi MX Các bản ghi MX DNS MTA MDA @ Trần Hải Anh 2014 9/1/16 Đặc điểm hệ phân tán 2.1 Chia sẻ tài nguyên 2.2 Tính suốt 2.3 Tính mở 2.4 Tính co giãn (scallability) 10 Các đặc trưng hệ thống phân tán Chia sẻ tài nguyên ¨  Tính mở ¨  Tính suốt ¨  Tính co giãn ¨  Technical Challenges 45 n Mesh Networks are not available Characteristics of Access Technologies 46 layers architecture 47 @ Trần Hải Anh 2014 9/1/16 Addressability – IPv4 vs IPv6 Object Addressing Model 49 @ Trần Hải Anh 2014 9/1/16 Why 802.15.4 ? Thousands of sensors in a small space àWireless ¨  But wireless implies Low power ¨  Low power implies Limited Range ¨  Standard technology map 802.15.4 main characteristics Data rates of 250 kb/s, 40 kb/s, 20 kb/s ¨  Star of P2P operation ¨  Support for low latency ¨  CSMA-CA channel access ¨  Dynamic device addressing ¨  53 IPv6 over Low-power Wireless Personal Area Networks (MTU) must be at least 1280 byte packets (per RFC 2460) Since the IEEE 802.15.4 standard packet size is 127 octets @ Trần Hải Anh 2014 6LoWPAN protocol stack 54 @ Trần Hải Anh 2014 9/1/16 OM2M platform Source: http://www.eclipse.org/om2m/ OM2M building blocks BK-IoT System Server Internet Gateway Smartphone Wireless sensor network Applications for Android smarphone Spirometer Fall detection Number Identification of License Plate [...]... Phần cứng hệ phân tán 3.2 Phần mềm hệ phân tán 3.3 Phần mềm trung gian Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 3 .1 Phần cứng Hệ Phân Tán 20 (c) (a) (b) Hệ đa vi xử lý 21 Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 Hệ đa vi xử lý(2) 22 Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 Hệ đa vi xử lý (3) 23 Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 Hệ thống các máy tính đồng nhất 24 1- 9 a)  b)  Lưới Hệ Siêu phân tánlưới @ Trần Hải Anh 2 014 Hệ máy tính... 2 014 9 /1/ 16 Microkernel 31 Tách biệt ứng dụng ra khỏi mã của HĐH bằng cách sử dụng microkernel Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 Multiprocessor OS 32 Sử dụng bộ nhớ chia sẻ dùng chung ¨  HĐH hỗ trợ đa vxl, trong suốt với ứng dụng ¨  Ngăn chặn truy cập cạnh tranh: ¨  ¤  Semaphore ¤  Monitor @ Trần Hải Anh 2 014 9 /1/ 16 Multicomputer OS 33 @ Trần Hải Anh 2 014 9 /1/ 16 3.2.2 Hệ điều hành mạng (NOS) 34 ¨  Hệ phân. .. Hải Anh 2 014 Hệ máy tính không đồng nhất 25 Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 3.2 Phần mềm hệ phân tán 26 System Trong suốt NOS NOS trên các máy tính cục bộ Cung cấp dịch vụ cục bộ cho các máy tính khác Middleware Cài đặt các dịch vụ cơ bản để thực hiện, phát triển các ứng dụng Tính trong suốt phân tán Hệ Phân Tán giống HĐH •  •  •  Main Goal OS gắn chạt với hệ thống phần cứng (máy đa vi xử lý hoặc máy...2 .1 Chia sẻ tài nguyên 11 Kết nối tài nguyên ¨  Giảm chi phí ¨  Tăng tính sẵn sàng ¨  Hỗ trợ làm việc nhóm ¨  Tăng rủi ro về an toàn thông tin ¨  2.3 Tính trong suốt (transparency) 12 ¨  Hệ thống là duy nhất với NSD ¤  Giao diện giống nhau ¤  Cách thức truy cập giống nhau Trong suốt về qui mô và vị trí ¨  Che giấu tính phân tán của hệ phân tán ¨  Các loại trong suốt (slide... thay đổi à tổ chức hệ thống thành các domain ¤  Qui Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 Co giãn theo số lượng 17 ¨  Mô hình tập trung ¤  Dịch vụ: cổ chai ¤  Dữ liệu: lưu trữ, xử lý ¤  Giải thuật: thông tin vào ra, xử lý ¨  Mô hình không tập trung ¤  Phức tạp, vđ về bảo mật và riêng tư ¤  Quyết định cục bộ ¤  Không có thông tin chung ¤  Không phát hiện được lỗi Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 Co giãn theo... địa lý 18 ¨  Gần: mạng cục bộ ¤  quảng ¨  Xa: mạng diện rộng ¤  Điểm ¨  bá, tốc độ cao, tin cậy, độ trễ cố định) điểm, tốc độ thấp, không tin cậy, độ trễ thay đổi Khác nhau ¤  Tốc độ truyền tin, độ trễ, … ¤  Đồng bộ/không đồng bộ ¤  Các thao tác quảng bá ¨  Chủ yếu đảm bảo trao đổi thông tin trên mạng diện rộng như với mạng cục bộ Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 19 3 Các thành phần hệ phân tán 3 .1 Phần... đặt phải bổ sung thêm: phụ thuộc vào cài đặt cụ thể của dịch vụ Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 Tính mở (2) 15 Khả năng phối hợp (interoperability) ¨  Tính khả chuyển (portability) ¨  Tính mềm dẻo + mở rộng được (flexibility, extensibility) ¨  Thực hiện: tách biệt chính sách và cơ chế ¨  Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 2.5 Tính co giãn 16 ¨  Qui mô: ¤  số ¨  lượng NSD và tài nguyên thay đổi Không gian... cạnh tranh: ¨  ¤  Semaphore ¤  Monitor @ Trần Hải Anh 2 014 9 /1/ 16 Multicomputer OS 33 @ Trần Hải Anh 2 014 9 /1/ 16 3.2.2 Hệ điều hành mạng (NOS) 34 ¨  Hệ phân tán với hệ điều hành mạng 1- 19 Hệ điều hành mạng 35 1- 20 Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 3.3 Middleware 36 ¨  ¨  ¨  Kết hợp ưu điểm của DOS và NOS Middleware Các mô hình Middleware: Mô hình quản lý file trong UNIX ¤  RPC ¤  ¨  Dịch vụ của Middleware:... trình phục hồi của tài nguyên Bền vững Che giấu việc tài nguyên/dữ liệu được lưu trữ bền vững (disk) hoặc không (RAM) Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 2.4 Tính mở 14 Cho phép các thành phần có thể được sản xuất bởi các NSX khác nhau ¨  Hệ phân tán mở cung cấp các dịch vụ theo các đặc tả về cú pháp và ngữ nghĩa của các dịch vụ, gọi là giao diện ¨  Thường được mô tả bằng IDL ¨  Tính đầy đủ của đặc tả ¨ ... dụng/tiến trình ¨  2 chế độ hoạt động: kernel mode & user mode ¨  @ Trần Hải Anh 2 014 9 /1/ 16 User mode & Kernel mode 29 VXL có 2 chế độ khác nhau: user mode và kernel mode ¨  User mode: ¨  ¤  Không gian nhớ ảo riêng ¤  Giới hạn truy cập ¨  Kernel mode: ¤  Không gian nhớ ảo đơn ¤  Không giới hạn truy cập @ Trần Hải Anh 2 014 9 /1/ 16 Monolithic kernel vs Microkernels 30 Monolithic kernel ¨  ¨  ¨  ¨  Một tiến ... cục Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 19 Các thành phần hệ phân tán 3 .1 Phần cứng hệ phân tán 3.2 Phần mềm hệ phân tán 3.3 Phần mềm trung gian Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 3 .1 Phần cứng Hệ Phân. .. Hệ Phân Tán 20 (c) (a) (b) Hệ đa vi xử lý 21 Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 Hệ đa vi xử lý(2) 22 Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 Hệ đa vi xử lý (3) 23 Hệ phân tán @ Trần Hải Anh 2 014 Hệ thống... dung 1.   2.  3.  4.  5.  Định nghĩa Đặc điểm hệ phân tán Thành phần hệ phân tán Các loại hệ phân tán Các vấn đề cần nghiên cứu hệ phân tán Định nghĩa 1. 1 Lịch sử phát triển 1. 2 Các định nghĩa 1. 3