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.

---

– 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;

– обеспечение целостности данных;

– балансировка нагрузки;

– обнаружение удаленных компонент.

Чтобы достигнуть цели своего существования – улучшения выполнения запросов пользователя – распределенная информационная система должна удовлетворять некоторым необходимым требованиям.

Можно сформулировать следующий набор требований, которым в наилучшем случае должна удовлетворять РИС.

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 – 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.

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.

Повышение отношения производительности к затратам. Любая задача может быть разделена между между различными компьютерами в распределенной системе. Такая конфигурация обеспечивает лучшее соотношение производительности к стоимости системы. Это особенно актуально для конфигурации «сеть рабочих станций» (NOW).

Масштабируемость. Компьютеры, как правило, подключены к глобальной компьютерной сети, поэтому установка новых компьютеров непосредственно не создает узких мест в компьютерной сети.

Модульность и дополнительная расширяемость. Гетерогенные единицы могут быть добавлены в систему без снижения производительности, так как используется промежуточный уровень взаимодействия. Аналогично, существующие единицы могут быть легко заменены новыми.

Итак, можно считать, что предметная область обозначена и выделены проблемные вопросы, которые решаются специалистами информационных технологий. Исследования в области распределенных систем достаточно сложные, поэтому за выдающуюся статью по распределенным вычислениям ежегодно вручается «Премия Дейкстры» (http://www.podc.org/dijkstra/).

На данном этапе изучения дисциплины можно запомнить определение:

РИС – это совокупность автономных компьютеров, взаимодействующих через компьютерную сеть и промежуточную среду, которая позволяет компьютерам координировать свою деятельность и предоставлять доступ к ресурсам системы так, что пользователям система представляется единой и целостной.

Распределенная система обладает следующими свойствами:

– отсутствие общей физической шины;

– отсутствие общей памяти;

– географическое распределение;

– автономность и гетерогенность.

Известных исследователей в области распределенных информационных систем и баз данных нужно знать:

Чтобы подробно разобраться со всеми проблемами, обозначенными в теории и практике РИС, ну проштудировать многотомное собрание сочинений. В данном учебном пособии обозначим рамки и направления изучения распределенных информационных систем. Объектом изучения обозначим корпоративную распределенную информационную систему организации, предприятия (рисунок 5).

Типовой пример РИС такой сети можно представить схемой компьютерного интегрированного полиграфического производства (рисунок 6).

Рисунок 5 – Корпоративная сеть с SQL – и WEB – серверами

Рисунок 6

УЧ – управляющая часть; ОУ – объект управления

Лекционный материал учебного пособия можно сгруппировать по трем разделам. Первый раздел предназначен для изучения основных составляющих автоматизированной информационной системы (АИС). Проведем маленький эксперимент. Ответьте на два простых вопроса: что такое данные? и что такое информация? Большинство отвечающих относятся к одному варианту ответа: данные – это информация; информация – это данные. Круг замыкается! Простые и обыденные понятия, но мы с ними свыклись и не вдаемся в суть определений. Поэтому в первом разделе учебного пособия уделено основное внимание разъяснению терминов, определений объектов, составляющих информационную систему (ИС), концепции построения баз данных как основы ИС.

Второй раздел раскрывает содержание распределенной обработки информации в РИС, определяет концепцию построения распределенных баз данных (хранилищ и витрин данных) в структурах OLTP и OLAP. Важно уяснить как распределяется презентационная логика, логика аналитической обработки, логика баз данных в РИС.

Третий раздел посвящен изучению технологий и методик моделирования ИС. Должен быть понятен алгоритм проектирования РИС с учетом требований CASE – и CALS – технологий, используемых за рубежом и российских аналогов. Специалист по РИС должен знать весь перечень стадий и этапов проектирования РИС. Для проектирования РИС необходимо уметь пользоваться современными инструментальными средствами разработки. Заканчивается курс лекций практическими примерами проектирования и разработки РИС в современной инструментальной среде Visual Studio 2005, 2010, при этом проектировщику достаточно знать основы событийно управляемого программирования и разработки Windows-приложения на языке C#. Разработка базы данных демонстрируется на примере СУБД SQL Server 2005, 2008. Важно и необходимо уяснить, как проектируется и создается удаленный запрос с клиентского приложения на сервер базы данных с помощью функций пользователя или хранимых процедур. Специалист по РИС должен в обязательном порядке выполнять фрагментацию и локализацию данных в распределенной базе данных.

Итак, предметная область изучения обозначена. Содержание предмета изучения изложено в семи лекциях.

1 Лекция 1. Назначение и основные компоненты информацион ной системы