Опубликован: 11.05.2007 | Доступ: свободный | Студентов: 1600 / 158 | Оценка: 4.36 / 4.25 | Длительность: 16:06:00
Лекция 1:

Введение в распределенные системы

1.3. Требования к распределенным системам

Чтобы достигнуть цели своего существования – улучшения выполнения запросов пользователя – распределенная система должна удовлетворять некоторым необходимым требованиям. Можно сформулировать следующий набор требований, которым в наилучшем случае должна удовлетворять распределенная вычислительная система.

Открытость. Все протоколы взаимодействия компонент внутри распределенной системы в идеальном случае должны быть основаны на общедоступных стандартах. Это позволяет использовать для создания компонент различные средства разработки и операционные системы. Каждая компонента должна иметь точную и полную спецификацию своих сервисов. В этом случае компоненты распределенной системы могут быть созданы независимыми разработчиками. При нарушении этого требования может исчезнуть возможность создания распределенной системы, охватывающей несколько независимых организаций.

Масштабируемость. Масштабируемость вычислительных систем имеет несколько аспектов. Наиболее важный из них для данного курса – возможность добавления в распределенную систему новых компьютеров для увеличения производительности системы, что связано с понятием балансировки нагрузки ( load balancing ) на серверы системы. К масштабированию относятся так же вопросы эффективного распределения ресурсов сервера, обслуживающего запросы клиентов.

Поддержание логической целостности данных. Запрос пользователя в распределенной системе должен либо корректно выполняться целиком, либо не выполняться вообще. Ситуация, когда часть компонент системы корректно обработали поступивший запрос, а часть – нет, является наихудшей.

Устойчивость. Под устойчивостью понимается возможность дублирования несколькими компьютерами одних и тех же функций или же возможность автоматического распределения функций внутри системы в случае выхода из строя одного из компьютеров. В идеальном случае это означает полное отсутствие уникальной точки сбоя, то есть выход из строя одного любого компьютера не приводит к невозможности обслужить запрос пользователя.

Безопасность. Каждый компонент, образующий распределенную систему, должен быть уверен, что его функции используются авторизированными на это компонентами или пользователями. Данные, передаваемые между компонентами, должны быть защищены как от искажения, так и от просмотра третьими сторонами.

Эффективность. В узком смысле применительно к распределенным системам под эффективностью будет пониматься минимизация накладных расходов, связанных с распределенным характером системы. Поскольку эффективность в данном узком смысле может противоречить безопасности, открытости и надежности системы, следует отметить, что требование эффективности в данном контексте является наименее приоритетным. Например, на поддержку логической целостности данных в распределенной системе могут тратиться значительные ресурсы времени и памяти, однако система с недостоверными данными вряд ли нужна пользователям. Желательным свойством промежуточной среды является возможность организации эффективного обмена данными, если взаимодействующие программные компоненты находятся на одном компьютере. Эффективная промежуточная среда должна иметь возможность организации их взаимодействия без затрагивания стека TCP/IP. Для этого могут использоваться системные сокеты ( unix sockets ) в POSIX системах или именованные каналы ( named pipes ).

Устойчивость распределенной системы связана с понятием масштабируемости, но не эквивалентна ему. Допустим, система использует набор обрабатывающих запросы серверов и один диспетчер запросов, который распределяет запросы пользователей между серверами. Такая система может считаться достаточно хорошо масштабируемой, однако диспетчер является уязвимой точкой такой системы. С другой стороны, система с единственным сервером может быть устойчива, если существует механизм его автоматической замены в случае выхода его из строя, однако она вряд ли относится к классу хорошо масштабируемых систем. На практике достаточно часто встречаются распределенные системы, не удовлетворяющие данным требованиям: например, любая система с уникальным сервером БД, реализованным в виде единственного компьютера, имеет уникальную точку сбоя. Выполнение требований устойчивости и масштабируемости обычно связано с некоторыми дополнительным расходами, что на практике может быть не всегда целесообразно. Однако используемые при построении распределенных систем технологии должны допускать принципиальную возможность создания устойчивых и высоко масштабируемых систем.

Классическим примером системы, в значительной мере отвечающей всем представленным выше требованиям, является система преобразования символьных имен в сетевые IP-адреса (DNS). Система имен – организованная иерархически распределенная система, с дублированием всех функций между двумя и более серверами (рис. 1.8).

 Система DNS

Рис. 1.8. Система DNS

Запрос пользователя на преобразование имени (например, w3c.org ) в сетевой адрес передается серверу распознавания имен поставщика услуг интернета. Сервер распознавания имен по очереди опрашивает серверы из иерархии службы имен. Опрос начинается с корневых серверов, который возвращает адреса серверов, ответственных за зону домена. Затем опрашивается сервер, ответственный за зону (в данном случае – .org ), возвращающий адреса серверов, ответственных за домен второго уровня, и так далее. Серверы имен кешируют информацию о соответствии имен и адресов для уменьшения нагрузки на систему. Программное обеспечение на компьютере пользователя обычно имеет возможность соединиться с как минимум двумя различными серверами распознавания имен.

Тем не менее, и в системе распознавания имен не все требования к распределенным системам выполнены. В частности, она не содержит каких-либо явных механизмов обеспечения безопасности. Это приводит к регулярным атакам на серверы имен в надежде вывести их из строя, например, большим количеством запросов.