Елена Чернопрудова - Проектирование распределенных информационных систем

• Название: Проектирование распределенных информационных систем
• Автор: Елена Чернопрудова
• Жанр: Воспитание детей, педагогика
• Год: 2012

В курсе лекций изложены общие теоретические основы баз данных и информационных систем, концептуальные основы распределенной обработки информации, методические основы и примеры практического проектирования распределенных информационных систем с использованием современных программных инструментальных средств.

---

– прозрачность реализации;

– открытость;

– легкая масштабируемость и расширяемость;

– устойчивость к авариям;

– наличие промежуточного уровня.

Первая из характеристик состоит в том, что от пользователей скрыты различия между компьютерами и способы связи между ними. То же самое относится и к внешней организации распределенных систем.

Другой важной характеристикой распределенных систем является способ, при помощи которого пользователи и приложения единообразно работают в распределенных системах, независимо от того, где и когда происходит их взаимодействие.

Распределенные системы должны также относительно легко поддаваться расширению, или масштабированию. Эта характеристика является прямым следствием наличия независимых компьютеров, но в то же время не указывает, каким образом эти компьютеры на самом деле объединяются в единую систему.

Распределенные системы обычно существуют постоянно, однако некоторые их части могут временно выходить из строя. Пользователи и приложения не должны уведомляться о том, что эти части заменены или починены или что добавлены новые части для поддержки дополнительных пользователей или приложений.

Для того чтобы поддержать представление различных компьютеров и сетей в виде единой системы, организация распределенных систем часто включает в себя дополнительный уровень программного обеспечения, находящийся между верхним уровнем, на котором находятся пользователи и приложения, и нижним уровнем, состоящим из операционных систем.

Соответственно, такая распределенная система обычно называется системой промежуточного уровня (middleware).

Использование протокола TCP/IP посредством сокетов предоставляет стандартный, межплатформенный, но низкоуровневый сервис для обмена данными между компонентами. Для выполнения сформулированных выше требований к распределенным системам функции сеансового и представительского уровня должна взять на себя некоторая промежуточная среда (middleware), называемая так же промежуточным программным обеспечением. Такая среда (рисунок 4) должна помогать разработчикам создавать открытые, масштабируемые и устойчивые распределенные системы.

Рисунок 4

Для достижения этой цели промежуточная среда должна обеспечить сервисы для взаимодействия компонент распределенной системы. К таким сервисам относятся:

– обеспечение единого и независимого от операционной системы механизма использования одними программными компонентами сервисов других компонент;

– обеспечение безопасности распределенной системы: аутентификация и авторизация всех пользователей сервисов компоненты и защита передаваемой между компонентами информации от искажения и чтения третьими сторонами;

– обеспечение целостности данных: управление транзакциями, распределенными между удаленными компонентами системами;

– балансировка нагрузки на серверы с программными компонентами;

– обнаружение удаленных компонент.

Чтобы сделать разработку и интеграцию распределенных приложений как можно более простой, основная часть программного обеспечения промежуточного уровня базируется на некоторой модели, или парадигме, определяющей распределение и связь. Относительно простой моделью является представление всех наблюдаемых объектов в виде файлов, построенной по принципу распределенной файловой системы (distributed file system). Во многих случаях это программное обеспечение всего на один шаг ушло от сетевых операционных систем в том смысле, что прозрачность распределения поддерживается только для стандартных файлов (то есть файлов, предназначенных только для хранения данных). Процессы, например, часто должны запускаться исключительно на определенных машинах. Программное обеспечение промежуточного уровня, основанное на модели распределенной файловой системы, оказалось достаточно легко масштабируемым, что способствовало его популярности.

Другая важная ранняя модель программного обеспечения промежуточного уровня основана на удаленных вызовах процедур (Remote Procedure Calls, RPC). В этой модели акцент делается на сокрытии сетевого обмена за счет того, что процессу разрешается вызывать процедуры, реализация которых находится на удаленной машине. При вызове такой процедуры параметры прозрачно передаются на удаленную машину, где, собственно, и выполняется процедура, после чего результат выполнения возвращается в точку вызова процедуры. За исключением, вероятно, некоторой потери производительности, все это выглядит как локальное исполнение вызванной процедуры: вызывающий процесс не уведомляется об имевшем место факте сетевого обмена.

По мере того как все более входит в моду ориентированность на объекты, становится ясно, что если вызов процедуры проходит через границы отдельных машин, он может быть представлен в виде прозрачного обращения к объекту, находящемуся на удаленной машине. Это привело к появлению разнообразных систем промежуточного уровня, реализующих представление о распределенных объектах (distributed objects). Идея распределенных объектов состоит в том, что каждый объект реализует интерфейс, который скрывает все внутренние детали объекта от его пользователя. Интерфейс содержит методы, реализуемые объектом, не больше и не меньше. Все, что видит процесс, – это интерфейс. Когда процесс вызывает метод, реализация интерфейса на машине с процессом просто преобразует вызов метода в сообщение, пересылаемое объекту. Объект выполняет запрашиваемый метод и отправляет назад результаты. Затем реализация интерфейса преобразует ответное сообщение в возвращаемое значение, которое передается вызвавшему процессу. Microsoft DCOM (Distributed COM – распределённая COM) основана на технологии DCE/RPC (разновидности RPC). DCOM позволяет COMкомпонентам взаимодействовать друг с другом по сети. Технология DCOM обеспечивает базовые установки безопасности позволяя задавать, кто и из каких машин может создавать экземпляры объекта и вызывать его методы; OMG CORBA (Common Object Request Broker Architecture – общая архитектура брокера объектных запросов) – это технологический стандарт, продвигаемый консорциумом OMG, задачей которого является осуществить интеграцию изолированных систем, дать возможность программам, написанным на разных языках, работающим на разных узлах сети, взаимодействовать друг с другом так же просто, как если бы они находились в адресном пространстве одного процесса; Java RMI (Remote Method Invocation) – программный интерфейс вызова удаленных методов в языке Java.

Как модели могут упростить использование сетевых систем, вероятно, наилучшим образом видно на примере World Wide Web. Успех среды Web в основном определяется тем, что она построена на базе потрясающе простой, но высокоэффективной модели распределенных документов (distributed documents). В модели, принятой в Web, информация организована в виде документов, каждый из которых размещен на машине, расположение которой абсолютно прозрачно. Документы содержат ссылки, связывающие текущий документ с другими. Если следовать по ссылке, то документ, с которым связана эта ссылка, будет извлечен из места его хранения и выведен на экран пользователя. Концепция документа не ограничивается исключительно текстовой информацией. Например, в Web поддерживаются аудио- и видеодокументы, а также различные виды документов на основе интерактивной графики.

Итак, еще раз перечислим и кратко охарактеризуем модели ПУ:

1 Распределенная файловая система обозначение – «Distributed File System»; достоинство – Относительно простая модель; цель: обеспечить прозрачный доступ удаленных пользователей к файловой системе; пример: NFS.

2 Удаленный вызов процедур обозначение – «Remote Procedure Call (RPC)»; цель: обеспечение прозрачности удаленного исполнения кода; особенности функционирования:

– реализация процедуры находится на сервере;

– клиент передает параметры процедуры;

– сервер исполняет процедуру и возвращает результат – некоторая потеря производительности;

– весь сетевой обмен скрыт от процесса. 3 Распределенные объекты обозначение – «Distributed Objects:»;

особенности функционирования:

– каждый объект реализует интерфейс;

– интерфейс содержит методы, реализуемые объектом;

– процесс видит только интерфейс;

– наиболее популярные технологии распределенных объектов в настоящее время:

– Microsoft DCOM;

– OMG CORBA;

– Java RMI.

4 Распределенные документы обозначение «Distributed Documents»;

– реализация: World Wide Web – цель: Прозрачность размещения документов; особенности функционирования:

– ссылки связывают документы;

– содержимое не ограничено текстовой информацией.

Кратко сформулируем задачи промежуточного уровня:

– обеспечение интероперабельности;

– обеспечение безопасности;