1

Rozproszone
systemy plików

Wykład 11

2

Rozproszony system plików stanowi rozproszoną

implementację klasycznego modelu systemu plików
z podziałem czasu, w którym wielu użytkowników
dzieli pliki i zasoby pamięciowe. Zadaniem
rozproszonego systemu plików jest umożliwienie
korzystania z tego samego rodzaju dzielenia
zasobów, z tym, że pliki są fizycznie rozmieszczone
na różnych stanowiskach systemu rozproszonego.

W rozproszonym systemie plików mówimy o:



usłudze,



systemie obsługi,



kliencie

(procesie).

3



W rozproszonym systemie plików klienci, systemy obsługi i

urządzenia pamięciowe są rozmieszczone na różnych

maszynach systemu rozproszonego.



Usługa

jest jednostką oprogramowania działającą na jednej lub

wielu maszynach, pozwalającą korzystać ze szczególnego

rodzaju funkcji nieznanemu uprzednio klientowi. System

obsługi (inaczej serwer) jest to oprogramowanie usługowe

wykonywane na jednej maszynie.



Klient

to proces, który wywołuje usługę za pomocą zbioru

operacji tworzących interfejs klienta.



Idealny rozproszony system plików powinien wydawać się

swoim klientom zwykłym scentralizowanym systemem plików.

Liczba i rozproszenie jego serwerów i urządzeń pamięciowych

powinny być przezroczyste. Interfejs klienta nie powinien

rozróżniać plików lokalnych i zdalnych.



Najważniejszą miarą zachowania rozproszonego systemu

plików jest czas potrzebny do spełnienia różnych zamówień na

usługi.

4

Nazewnictwo i
przezroczystość



Nazewnictwo jest odwzorowaniem między obiektami

logicznymi a fizycznymi. W przezroczystym

rozproszonym systemie plików pojawia się problem

ukrywania fizycznego miejsca przechowywania pliku.

W zwykłym systemie plików zakres odwzorowywania

nazw stanowią adresy na dysku. W rozproszonym

systemie zakres ten jest rozszerzony o specyfikację

maszyny, na której dysku plik jest przechowywany.



Pojęcia dotyczące odwzorowywania nazw w

rozproszonym systemie plików:



- przezroczystość lokalizacji, gdy nazwa pliku nie

daje wskazówki odnośnie fizycznego miejsca

przechowywania pliku.



- niezależność lokalizacji, gdy nazwy pliku nie trzeba

zmieniać wtedy, gdy plik zmienia swoje fizyczne

umiejscowienie.

5

Obsługa zdalna



Aby zrealizować zdalny dostęp do danych

trzeba spowodować rzeczywiste przesłanie

danych. Jednym ze sposobów jest metoda

obsługi zdalnej. Zamówienia na dostępy do

danych są tłumaczone na komunikaty do

systemów obsługi, a ich odpowiedzi są jako

komunikaty przesyłane do użytkowników.

Każdy dostęp jest obsługiwany przez system

obsługi, powodując ruch w sieci.



Jedną z najpopularniejszych metod obsługi

zdalnej stanowi schemat wywołania

procedury zdalnej.

6

Obsługa zdalna cd.



Wywołanie procedur zdalnych - RPC (remote

procedure call) oparto na spostrzeżeniu, że

wywołanie procedury lub funkcji w systemie

jednoprocesorowym działa zupełnie tak, jak

system komunikatów, w którym nadawca ulega

zablokowaniu do czasu otrzymania odpowiedzi.



Komunikat przybiera zatem postać wywołania

podprogramu, a odpowiedź zawiera wynik

obliczenia wykonanego przez podprogram.



Komunikaty wymieniane w systemie wywołań

procedury zdalnej mają wyraźną strukturę, nie

są zwykłymi pakietami danych.

7



1) zawodność łącz komunikacyjnych-

powoduje, że łatwiej jest zapewnić, by komunikat

wystąpił przynajmniej raz, aniżeli

zagwarantować, że komunikat wystąpi dokładnie

jeden raz.



(Każdemu komunikatowi przypisuje się znacznik

czasowy. Przechowywana jest historia wszystkich

znaczników czasowych, które zostały przetworzone

- te, które już wystąpiły są pomijane).



2) komunikacja między systemem obsługi a

klientem- implikuje konieczność stałego wiązania

z daną procedurą ustalonego adresu (portu -

którego nie może zmienić serwer) jak w

standardowych wywołaniach procedur.

Problemy związane z działaniem
mechanizmu wywoływania procedur
zdalnych

8

Pamięć podręczna



Pamięć podręczna ma zapewnić zadowalające
działanie schematu obsługi zdalnej. Dostępy
do pliku wykonuje się na jego kopii
przechowywanej w pamięci podręcznej. Pliki są
identyfikowane za pomocą jednej głównej
kopii rezydującej w serwerze, kopie całości lub
części pliku są rozrzucone w różnych
pamięciach podręcznych. Dla zapewnienia
spójności - zmiany dokonywane w kopiach
muszą znaleźć odzwierciedlenie w kopii
głównej.

9

Przykłady polityki aktualizowania
danych z wykorzystaniem pamięci
podręcznej



1) ustawiczne przepisywanie danych na

dysk wkrótce po tym, gdy tylko znajdą się w

pamięci podręcznej,



zaleta: niezawodność (w przypadku awarii

system klienta zapamiętuje stan)



wada: oczekiwanie na przesłanie danych do

systemu obsługi (serwera) przy każdym zapisie

powoduje małą wydajność operacji pisania.

10

Przykłady polityki aktualizowania
danych z wykorzystaniem pamięci
podręcznej cd.



2) opóźnione pisanie



zalety: operacje pisania odnoszą się wyłącznie do

pamięci podręcznej - krótszy dostęp. Jeśli dane

zostaną ponownie zmieniane przed przepisaniem to

jest zysk- nie będą przepisywane poprzednie wersje.



wada: pogorszenie niezawodności (awaria klienta

powoduje stratę danych).



Przy opóźnionym pisaniu stosuje się różne czasy

opóźnień:



a) zapis, gdy będzie usuwany blok z pamięci,



b) przeglądanie pamięci podręcznej w regularnych

odstępach czasu i wysłanie z niej bloków

zmodyfikowanych po ostatnim przeglądzie,



c) zapis w chwili zamykania pliku.

11

Zachowanie spójności



Maszyna klienta musi sprawdzać czy

kopia danych przechowywana w lokalnej

pamięci podręcznej jest zgodna z kopią

główną (zatem czy można ją używać)

czy nie. Jeśli nie, to maszyna klienta

przestanie udzielać do nich dostępu, a

do pamięci podręcznej trzeba będzie

sprowadzić aktualną kopię danych.

12

Dwie metody weryfikowania
aktualności danych w pamięci
podręcznej

1. Inicjatywa klienta



Klient inicjuje sprawdzenie poprawności

danych- kontaktuje się z systemem obsługi i

sprawdza, czy dane są zgodne z kopią główną.

Sprawdzać można najczęściej - przy każdym

dostępie, a najrzadziej tylko przy pierwszym

dostępie do pliku (np. przy otwieraniu).

2. Inicjatywa systemu obsługi



System obsługi zapisuje dla każdego klienta z

osobno pliki (lub ich części) które wysyła do

pamięci podręcznej. Gdy wykryje możliwość

niespójności - reaguje.

13

Porównanie pamięci
podręcznej i obsługi zdalnej



Pamięć podręczna pozwala zwiększyć

wydajność dużej liczby dostępów zdalnych.



Ogólny nakład w sieci na przesyłanie dużych

porcji danych przy zastosowaniu pamięci

podręcznej jest mniejszy niż przy seriach

odpowiedzi na poszczególne zamówienia w

metodzie obsługi zdalnej.



Używanie pamięci podręcznej ma przewagę

wówczas, gdy rzadko zdarzają się dostępu do

pisania.

14

Porównanie pamięci
podręcznej i obsługi zdalnej
cd.



Aby warto było korzystać z pamięci podręcznej

należałoby korzystać z maszyn wyposażonych

we własne dyski lub duże pamięci operacyjne.

Dostęp zdalny na bezdyskowych maszynach o

małej pojemności pamięci operacyjnej

powinien być realizowany za pomocą metody

obsługi zdalnej.



Przy użyciu pamięci podręcznej dane są

przesyłane hurtem między systemem obsługi a

klientem, a nie w odpowiedzi na specyficzne

zapotrzebowanie.

15

Obsługa doglądana i
niedoglądana

Są dwa podejścia odnośnie informacji

przekazywanej systemowi obsługi
(serwerowi):

A) system obsługi odnotowuje każdy

dostęp klienta do pliku,

B) system obsługi dostarcza bloki na

zamówienia klienta, nie troszcząc się o
informacje o ich użyciu.

16

Scenariusz obsługi
doglądanej



Przed dostępem do pliku klient musi go

otworzyć. System obsługi pobiera informację o

pliku z dysku, zapamiętuje ją w swojej pamięci i

daje klientowi identyfikator połączenia,

jednoznaczny w zbiorze klientów i otwartych

plików. Identyfikator jest używany w następnych

dostępach aż do końca sesji.



Obsługę doglądaną charakteryzuje związek

między klientem a systemem obsługi podczas

sesji.



Zaletą obsługi doglądanej jest lepsze działanie

systemu. Informacja o pliku jest schowana w

pamięci głównej i można ją łatwo uzyskać

poprzez identyfikator łączący, unikając dostępów

do dysku.

17

Obsługa niedoglądana



Obsługa niedoglądana traktuje każde
zamówienie jako samowystarczalne. Tzn.
każde zamówienie w pełni identyfikuje plik i
miejsca w pliku (do czytania lub pisania).



Zalety: system obsługi nie musi utrzymywać
tablicy otwartych plików w pamięci głównej,
nie trzeba ustanawiać i kończyć połączenia za
pomocą operacji otwierania i zamykania pliku.

18

Różnice między o

bsługą

doglądaną i niedoglądaną

Różnica między dwoma rodzajami obsług jest

ewidentna w przypadku awarii.

W przypadku

obsługi doglądanej

- tracony jest

stan przechowywany w pamięci ulotnej. Po
awarii trzeba go odtworzyć np. za pomocą
dialogu z klientem. Jednocześnie system musi
wiedzieć o błędach klienta, aby zwolnić obszar
przydzielony na zapamiętanie stanu
załamanych procesów klientów.



W przypadku

obsługi

nie

doglądanej

- po awarii

system obsługi może odpowiadać na
zamówienia klientów bez trudności.

19

Różnice między

o

bsługą

doglądaną i niedoglądaną

cd.

Obsługa niedoglądana jest odporna na awarie,

ale za to wymaga:



- dłuższych komunikatów z zamówieniami,



- jednolitego schematu nazewniczego na
niskim poziomie systemu (bo zamówienia
określają plik docelowy),

ponadto powoduje:



- wolniejsze przetwarzanie zamówień,



- opóźnienia związane z niewiedzą systemu
obsługi o sposobie wykorzystania pliku przez
klienta.

20

Powielanie plików



Powielanie plików jest metodą polepszania

dostępności. Zwielokrotnienie informacji w wielu

maszynach może wpłynąć na zachowania systemu.

Wybór najbliższej repliki skraca czas obsługi

zamówienia.



Stosując schemat powielania - wymaga się przede

wszystkim, aby różne repliki, czyli kopie tego

samego pliku pozostawały w maszynach, które są

od siebie niezależne w przypadku awarii. Czyli

dostępność jednej kopii nie ma wpływu na

dostępność pozostałych kopii. Zatem zarządzanie

powielaniem ukrywa lokalizację. Jest wskazane, aby

szczegóły powielania były ukryte przed

użytkownikiem. Jednakże repliki powinny być

odróżnialne za pomocą różnych nazw na niższym

poziomie.

21

Powielanie plików cd.



Podstawowym problemem dotyczącym

replik

jest ich

uaktualnianie

. Uaktualnianie

dowolnej repliki musi znaleźć odzwierciedlenie
we wszystkich pozostałych replikach.



Do rozwiązania jest dylemat - czy utrzymywać
spójność za wszelką cenę (może wystąpić
nieskończone blokowanie) czy poświecić ją na
rzecz dostępności i wydajności działania.