1

Przetwarzanie

rozproszone, technologia

Klient/Server, klastry

Wg. W.Stallings

2

Przetwarzanie

rozproszone bo:

•

Rozwój architektury komunikacji
(TCP/IP)

•

Sieciowe systemy operacyjne jako
dodatki do zbioru usług systemów
lokalnych

•

Rozproszone systemy operacyjne –
wspólny dla wielu maszyn w sieci
system, udostępniający zasoby w
sposób transparentny

3

Model Klient/Server

•

Maszyny klientów to zazwyczaj PC,
lub stacje robocze zapewniające
wygodny interfejs dla końcowego
użytkownika.

•

Każdy serwer udostępnia (w sieci)
zestaw usług

•

Najczęściej serwer udostępnia pracę
z bazami danych wymagającymi
silnego komputera.

•

Sieć

4

Terminologia

•

Applications Programming Interface (API)

–

Zestaw funkcji i programów umożliwiających wzajemną

komunikację pomiędzy klientami i serwerami.

•

Klient

–

Pracujący w sieci komputer zdolny do wysyłania żądań i zapytań

do serwerów.

•

Middleware (oprogramowanie pośredniczące)

–

Zestaw sterowników, API i innego oprogramowania

usprawniające komunikację pomiędzy aplikacjami klientów i

serwerami.

•

Relacyjna baza danych

–

Baza danych w której dostęp do informacji ograniczony jest do

rekordów spełniających kryteria wyszukiwania.

•

Serwer

–

Komputer na którym przechowywane są informacje i programy

udostępniane klientom

•

Structured Query Language (SQL) Strukturalny Język

zapytań

–

Opracowany przez IBM, slużący do adresowania, wyszukiwania i

pobierania informacji z baz danych.

5

6

Przetwarzanie

rozproszone

•

Dystrybucja danych

•

Dystrybucja obliczeń

•

Dystrybucja procesów

•

Heterogeniczność

7

Aplikacje Klient/Server

•

Środowiskiem – podstawą -jest

system operacyjny

•

Systemy klienta i serwera mogą

być różne

•

Różnice nie mają znaczenia

jeżeli klient i serwer obsługują

te same protokoły

komunikacyjne.

8

9

Aplikacje Klient/Server

•

Aplikacja wykonywana jest na
serwerze

•

Logika aplikacji jest zazwyczaj
po stronie klienta

•

Warstwa prezentacja jest po
stronie klienta

10

Np. Aplikacja

bazodanowa

•

Serwer bazy danych

•

Interakcja pomiędzy klientem i
serwerem ma formę transakcji

–

Klient wysyła zapytanie i
otrzymuje odpowiedź (np. SQL)

•

Serwer jest odpowiedzialny za
zarządzanie bazą danych

11

12

Client/Server Database

Usage

13

Client/Server Database

Usage

14

Rodzaj aplikacji

Klient/Server

•

Host-based processing
przetwarzanie zcentralizowane

–

Nie jest to model klient/server –
po stronie klienta nie ma aplikacji
(terminal)

–

Klasyczna wczesna praca z
mainframe

15

Rodzaj aplikacji

Klient/Server

•

Przetwarzanie na serwerze

–

Przetwarzanie wykonywane jest
na serwerze

–

Klient zapewnia tylko graficzny
interfejs – lekki klient

16

Rodzaj aplikacji

Klient/Server

•

Przetwarzanie na kliencie
(ciężki klient)

–

Operacje przetwarzania
wykonywane są po stronie klienta

–

Tylko operacje bazodanowe i
sprawdzanie poprawności danych
po stronie serwera

17

Rodzaj aplikacji

Klient/Server

•

Przetwarzanie zespołowe

–

Aplikacja wykonywana w sposób
zoptymalizowany na kliencie i
serwerze

–

Trudna w realizacji i zarządzaniu
lecz pozwala np. minimalizować
ruch w sieci

18

Trójwarstwowa

architektura

Klient/Server

•

Aplikacja podzielona jest

pomiędzy trzy typy maszyn

–

Użytkownika

•

Cienki klient

–

Serwer warstwy pośredniej

•

Łączniki pomiędzy aplikacjami klientów

i serwerów (gateways)

•

Przekształcanie protokołów

•

Odwzorowanie zapytań z różnych baz

danych

–

Serwery wewnętrzne

19

20

Spójność buforów

•

Bufory przechowują ostatnio
używane fragmenty plików

•

Bufory są spójne gdy zawierają
identyczne kopie danych

•

Zapewnienie spójności poprzez
blokowanie jednoczesnego
dostępu do pliku przez kilku
klientów – mniejsza wydajność

21

22

Middleware

•

Zestaw narzędzi pozwalający na
standardowy dostęp do zasobów i aplikacji
na różnych platformach i systemach
operacyjnych

•

Programiści budują aplikacje wyglądające i
pracujące identycznie w różnych
środowiskach

•

Używany jest ten sam sposób dostępu do
danych

•

Wykorzystywane jest przekazywanie
komunikatów lub zdalne wywołanie
procedur

23

24

25

Middleware

Mechanisms

26

Middleware

Mechanisms

27

Middleware

Mechanisms

28

Distributed Message

Passing

•

Message passed used to
communicate among processes

•

Send and receive messages as
used in a single system OR

•

Remote procedure calls

29

Basic Message-Passing

Primitives

30

ReliabilityVersusUnreliability
Zawodność kontra niezwodność

•

Reliable message-passing
guarantees delivery if possible

–

Not necessary to let the sending
process know that the message
was delivered

•

Send the message out into the
communication network without
reporting success or failure

–

Reduces complexity and overhead

31

Remote Procedure Calls

Zdalne wywołanie

procedur

•

Pozwala współpracować programom
na różnych maszynach w opraciu o
prostą procedurę wywołania/zwrotu.

•

Jest powszechnie akceptowana -
standard

•

Standaryzacja interfejsu

–

Moduły klienta i serwera mogą być
przenoszone łatwo pomiędzy systemami
operacyjnymi i komputerami

32

33

Synchronous versus

Asynchronous

•

Synchronous RPC

–

Behaves much like a subroutine
call

•

Asynchronous RPC

–

Does not block the caller

–

Enable a client execution to
proceed locally in parallel with
server invocation

34

Object-Oriented

Mechanisms

•

Clients and servers ship messages back
and forth between objects

•

A client sends a request to an object
broker

•

The broker calls the appropriate object
and passes along any relevant data

•

Microsoft’s Component Object Model
(COM)

•

Common Object Request Broker
Architecture (CORBA) (IBM, Sun, Apple)

35

Clusters - Klastry

•

Alternatywa do symmetric
multiprocessing (SMP)

•

Grupa połączonych, niezależnych
komputerów pracujących
wspólnie jako jednolite
środowisko przetwarzania danych

–

Iluzja jednej maszyny

–

Każdy komputer może pracować
samodzielnie

36

Clustering Method

Description

Benefits

Limitations

Passive Standby
Bierny zapasowy

Serwer zapasowy
rozpoczyna pracę
po awarii
głównego.

Łatwa
implementacja.

Duży koszt

Active Secondary
Aktywny zapasowy

Serwer zapasowy
pracuje i wykonuje
inne zadania

Mniejszy koszt –
serwer zapasowy
pracuje

Trudniejsza implementacja

Separate Servers
Oddzielne serwery
Shared nothing

Każdy serwer ma
własny dysk. Dane
są nieustannie
kopiowane
pomiędzy
serwerami
głównymi i
zapasowymi

Wysoka
dyspozycyjność

Duże obciążenie sieci

Servers Connected
to Disks
Serwery podłączone
do dysków

Serwery są
podłączone do
zestawu dysków
ale każdy ma
własny obszar. Po
awarii inny serwer
przejmuje dysk
uszkodzonego

Mniejsze
obciążenie sieci i
serwerów – brak
kopiowania

Zwykle wymaga RAID i disk
mirroring

Servers Share Disks
Serwery ze
wspólnymi dyskami

Wiele serwerów
korzysta z tych
samych dysków

Jw. i ograniczenie
ryzyka przestoju
po awarii dysku

Wymaga RAID i mechanizmu
blokowania dostępu do dysków

37

Clusters

•

Separate server

–

Each computer is a separate
server

–

No shared disks

–

Need management or scheduling
software

–

Data must be constantly copied
among systems so each is current

38

Cluster Configurations

39

Clusters

•

Shared nothing

–

Reduces communication overhead

–

Disks partitioned into volumes

–

Each volume owned by a
computer

–

If computer fails another
computer gets ownership of the
volume

40

Cluster Configurations

41

Clusters

•

Shared disk

–

Multiple computers share the
same disks at the same time

–

Each computer has access to all of
the volumes on all of the disks

42

Operating System

Design Issues

•

Failure management

–

Highly available cluster offers a
high probability that al resources
will be in service

•

No guarantee about the state of
partially executed transactions if
failure occurs

–

Fault-tolerant cluster ensures that
all resources are always available

43

Operating System

Design Issues

•

Load balancing

–

When new computer added to the
cluster, the load-balancing facility
should automatically include this
computer in scheduling applications

•

Parallelizing Computation

–

Parallelizing compiler

–

Parallelized application

–

Parametric computing

44

Cluster Computer

Architecture

•

Cluster middleware services
and functions

–

Single entry point

–

Single file hierarchy

–

Single control point

–

Single virtual networking

–

Single memory space

–

Single job-management system

45

Cluster Computer

Architecture

•

Cluster middleware services
and functions

–

Single user interface

–

Single I/O space

–

Single process space

–

Checkpointing

–

Process migration

46

Cluster Computer

Architecture

47

Clusters Compared to

SMP

•

SMP is easier to manage and

configure

•

SMP takes up less space and draws

less power

•

SMP products are well established

and stable

•

Clusters are better for incremental

and absolute scalability

•

Clusters are superior in terms of

availability

48

Windows Cluster

Service

•

Cluster Service

–

Collection of software on each node that
manages all cluster-specific activity

•

Resource

–

Item managed by the cluster service

•

Online

–

Online at node when it is providing service
on that specific node

•

Group

–

Collection of resources managed as a single
unit

49

50

Sun Cluster

•

Major components

–

Object and communication
support

–

Process management

–

Networking

–

Global distributed file system

51

52

53

Beowulf and Linux

Clusters

•

Key features

–

Mass market commodity components

–

Dedicated processors (rather than
scavenging cycles from idle
workstations)

–

A dedicated, private network (LAN or
WAN or internetted combination)

–

No custom components

–

Easy replication from multiple vendors

54

Beowulf and Linux

Clusters

•

Key features

–

Scalable I/O

–

A freely available software base

–

Use freely available distribution
computing tools with minimal
changes

–

Return the design and
improvements to the community

55