Hệ phân tán (phần 1)

PHẦN I. TỔNG QUAN HỆ PHÂN TÁN

 

Định nghĩa: Hệ phân tán là một tập hợp của những máy tính tự trị được liên kết với nhau bởi một mạng máy tính, và được cài đặt phần mềm hệ phân tán.

Hệ phân tán được thực hiện trên nền phần cứng, mà sự thay đổi kích thước từ một vài trạm làm việc được kết nối với nhau bởi mạng cục bộ tới mạng internet – một tập hợp liên kết khắp nơi của mạng cục bộ và mạng diện rộng liên kết hàng nghìn hoặc thậm chí hàng triệu máy tính với nhau.

            Phạm vi ứng dụng của hệ phân tán từ việc cung cấp những thuận lợi cho việc tính toán đa mục đích, đến những nhóm người dùng để tự động hóa công việc ngân hàng và hệ thống truyền thông đa phương tiện, và chúng bao quát toàn bộ những ứng dụng  thương mại và kỹ thuật.

            Những đặc trưng riêng biệt chính của hệ phân tán là hỗ trợ cho việc chia sẻ nguồn tài nguyên, tính mở, điều khiển tương tranh, mức độ tin cậy, khả năng chịu lỗi và mức trong suốt.

            Một hệ phân tán bao gồm tập hợp các máy tính tự trị được liên kết với nhau bằng một mạng máy tính và được trang bị một phần mềm hệ phân tán. Phần mềm hệ phân tán cho phép máy tính có thể phối hợp các hoạt động của nó và chia sẻ nguồn tài nguyên của hệ thống, phần cứng, phần mềm và dữ liệu. Người sử dụng của một hệ phân tán được thiết kế tốt có thể nhận thức được những thuận lợi của việc tính toán, mức độ tính toán tích hợp đơn thậm chí nó có thể được thực hiện bởi nhiều máy tính ở nhiều vị trí khác nhau.

            Sự phát triển của hệ phân tán tạo sự nổi bật của mạng lưới máy tính cục bộ tốc độ cao vào đầu những năm 1970. Gần đây , tính có lợi của việc thi hành cao của máy tính cá nhân, những trạm làm việc và các máy tính phục vụ đã mang lại kết quả trong việc thay đổi hướng của hệ thống phân tán, cách xa những máy tính trung tâm và máy tính đa người sử dụng. Xu hướng này đã được tăng nhanh hơn bởi sự phát triển của phần mềm hệ phân tán,  được thiết kế để hỗ trợ cho sự phát triển của những ứng dụng phân tán.

            Hệ phân tán đã trở thành tiêu chuẩn cho việc tổ chức những thuận lợi  về mặt tính toán. Nó có thể được sử dụng cho việc thực hiện tương tác hệ thống tính toán đa mục đích trong kiểu UNIX, và được hổ trợ trong phạm vi rộng rải của thương mại và ứng dụng công nghiệp của máy tính. Hiện nay, hệ phân tán đang được gia tăng mức độ sử dụng như là cơ sở cho những ứng dụng mới trong vùng làm việc, như là dịch vụ thông tin mạng máy tính và ứng dụng đa phương tiện khi việc truyền thông là một yêu cầu cơ bản

            Trong tất cả những vai trò này, hệ phân tán có khả năng cung cấp những thuận lợi quan trọng đối với người sử dụng nó. Những thuận lợi mà nó mang đến không phải thực hiện một cách tự động, nó phụ thuộc vào sự thiết kế cẩn thận của những thành phần hệ thống.

 

 

 

 

 

 

 

PHẦN II. TÀI NGUYÊN TRONG HỆ PHÂN TÁN

 

  1. Các nguồn tài nguyên và chia sẻ tài nguyên

Tài nguyên là một thành phần quan trọng trong bất kỳ một hệ thống nào. Trong hệ phân tán tài nguyên càng chiếm một vị trí quan trọng. Đặc biệt việc chia sẻ tài nguyên là một đặc tính cơ bản của các hệ thống phân tán.

Các nguồn tài nguyên có thể là các thiết bị phần cứng như: các ổ đĩa, máy in, máy fax.., các thực thể phần mềm như: Các tập tin, windows, cơ sở dữ liệu và các đối tượng dữ liệu khác.

Người sử dụng hệ thống máy tính tập trung và phân tán đều đã quen thuộc với lợi ích của việc chia sẻ tài nguyên mà họ có thể dễ dàng bỏ qua, không thấy được tầm quan trọng của việc chia sẻ tài nguyên. Lợi ích của việc truy cập được chia sẻ vào hệ thống lưu trữ đơn giản bao gồm cơ sở dữ liệu, chương trình, tư liệu và những thông tin khác đã được thừa nhận đầu tiên trong hệ thống đa người dùng, hoặc hệ thống chia sẻ thời gian ở đầu thập kỷ 60, và hệ thống UNIX đa người dùng vào những năm 1970.

Thiết bị phần cứng như: máy in, các ổ đĩa và thiết bị ngoại vi khác được chia sẻ để thuận tiện trong việc sử dụng và giảm giá thành.

Chia sẻ dữ liệu là một nhu cầu cần thiết trong rất nhiều ứng dụng của máy tính.

Người phát triển phần mềm làm việc theo nhóm, có thể cần truy nhập đến mỗi trạm làm việc khác và có thể chia sẻ những công cụ phát triển, yêu cầu duy nhất một phiên bản đơn của bộ biên dịch, trình soạn thảo, thư viện thủ tục và trình gỡ rối. Bất cứ khi nào một công cụ phát triển mới hoặc một phiên bản mới của trình biên dịch được cài đặt, tất cả mọi người sử dụng ngay lập tức truy cập được.

Rất nhiều những ứng dụng thương mại cho phép người sử dụng truy cập vào những đối tượng dữ liệu dùng chung trong cơ sở dữ liệu đơn hiện hành.

Một miền mở rộng với tốc độ cao của các ứng dụng cho các mạng, và các hệ phân tán được sử dụng cho các máy tính hỗ trợ người dùng làm việc theo nhóm trong các dự án hợp tác, ban quản trị, hướng dẫn từ xa và rất nhiều những tác vụ khác. Máy tính được hỗ trợ làm việc hợp tác (CSCW, luôn được biết đến như một phần mềm nhóm) phụ thuộc rất nhiều vào sự chia sẻ của các đối tượng dữ liệu giữa các chương trình chạy trên những trạm làm việc khác nhau.

Nguồn tài nguyên của những máy tính đa người dùng thông thường chia sẻ cho tất cả người sử dụng, nhưng người sử dụng của những trạm làm việc đơn, người sử dụng trong mạng và những máy tính cá nhân thì không thu được lợi ích gì trong việc chia sẻ tài nguyên này.

Những nguồn tài nguyên trong một hệ phân tán là phần vật lý thì được gói gọn trong phạm vi của một máy tính và chỉ có thể được truy cập từ những máy tính khác bằng truyền thông. Để việc chia sẻ tài nguyên hiệu quả, mỗi tài nguyên phải được quản lý bằng một chương trình, mỗi chương trình đó cung cấp một giao diện truyền thông cho phép tài nguyên được truy cập, sử dụng và cập nhật một cách thuận tiện và nhất quán.

  1. Quản trị tài nguyên

Quản trị tài nguyên cũng có lúc được hiểu như là một mô đun phần mềm quản lý một tập những tài nguyên đặc biệt. Mỗi loại tài nguyên này yêu cầu một vài chính sách và phương pháp quản trị riêng biệt, nhưng vẫn luôn luôn có nhưng yêu cầu chung. Điều này bao gồm cả sự phân chia bản đồ tên cho mỗi lớp của nguồn tài nguyên, cho phép được truy cập những nguồn tài nguyên riêng biệt từ bất kỳ vị trí nào bằng cách ánh xạ tên nguồn tài nguyên thành địa chỉ truyền thông, và điều phối những truy cập hiện hành có thay đổi trạng thái của những nguồn tài nguyên dùng chung đúng thứ tự và nhất quán.

III. Hai mô hình chia sẻ tài nguyên

Một hệ phân tán được tạo nên từ một tập tài nguyên của những nhà quản trị và một tập những chương trình tài nguyên người sử dụng. Tài nguyên của những người sử dụng giao tiếp với tài nguyên của những nhà quản trị để truy cập vào những nguồn tài nguyên dùng chung của hệ thống. Chúng ta có thể phát triển hệ phân tán theo hai mô hình: Mô hình Client/Server và mô hình hướng đối tượng.

Mô hình Client/Server.

 Được sử dụng nhiều nhất và được chấp nhận rộng rãi nhất cho các hệ phân tán. Mô hình này gồm một tập các tiến trình của server, mỗi hành động như một nguồn tài nguyên, người quản trị đưa ra các kiểu tập hợp của các nguồn tài nguyên, và một tập các tiến trình client, mỗi hành động là một tác vụ yêu cầu truy nhập vào những nguồn tài nguyên dùng chung như phần cứng hoặc phần mềm. Tài nguyên người quản trị có thể cần truy cập tới chính các nguồn tài nguyên dùng chung được quản trị bởi một tiến trình khác của người quản trị đó, vì vậy một số tiến trình là tiến trình của cả client và server. Trong mô hình client/server, mọi nguồn tài nguyên dùng chung được quản trị bởi những tiến trình của server. Những tiến trình client yêu cầu server bất cứ khi nào client cần truy cập tới những nguồn tài nguyên của server. Nếu yêu cầu hợp lệ thì server sẽ thực hiện yêu cầu và gửi hồi âm cho tiến trình client.

Mô hình client/server mang lại hiệu quả cho việc chia sẻ thông tin, và những tài nguyên trong hệ phân tán. Mô hình này có thể được thi hành trong rất nhiều môi trường phần cứng và phần mềm khác nhau. Một mạng  máy tính chạy các tiến trình client/server có thể có nhiều loại, và không có sự phân biệt giữa chúng, cả tiến trình client và server có thể chạy trên cùng một máy tính. Thật vậy, một tiến trình server sử dụng dịch vụ của server khác, xuất hiện như một máy client sau đó.

Trong mô hình client/server này mỗi tiến trình cung cấp những nguồn tài nguyên mà nó quản trị.

Mô hình client/server rất có hiệu quả trong hệ thống hiện hành với những dịch vụ, nó quản lý rất nhiều kiểu nguồn tài nguyên dùng chung như: Thư điện tử, tin nhắn, file, đồng hồ đồng bộ trong mạng diện rộng, đĩa lưu trữ, máy in, truyền thông trên diện rộng và thậm chí hiển thị trong những không gian cửa sổ trên màn hình của từng máy mạng. Nhưng nó không thể hữu dụng cho tất cả những nguồn tài nguyên còn lại của máy tính như: RAM, bộ vi xử lý trung tâm và giao diện mạng cục bộ thường có hiệu quả sử dụng tài nguyên rất thấp. Những nguồn tài nguyên cơ bản này được quản trị riêng biệt bởi một hệ điều hành trên mỗi máy tính, chúng có thể chia sẻ chỉ giữa các tiến trình định vị trên cùng một máy tính.

Mô hình hướng đối tượng.

 Trong mô hình này mỗi tài nguyên cần chia sẻ được xem như một đối tượng. Đối tượng đó được định danh duy nhất, có thể di chuyển trong hệ thống mà không cần thay đổi định danh. Bất cứ khi nào, một chương trình sử dụng tài nguyên yêu cầu truy cập nguồn tài nguyên thì nó gửi một message chứa yêu cầu đến đối tượng tương ứng. Một message là một tin nhắn gửi đi gần như là một thủ tục hoặc một tiến trình thực hiện những yêu cầu mà hồi đáp là những tiến trình yêu cầu nếu được chấp nhận.

Không như mô hình client/server, mô hình hướng đối tượng thực thi cả việc truy cập tài nguyên người sử dụng và tài nguyên người quản trị. Trong mô hình client/server bản đồ tên được sử dụng cho những nguồn tài nguyên phụ thuộc vào dịch vụ quản trị chúng. Nhưng trong mô hình hướng đối tượng những nguồn tài nguyên người sử dụng có thể được xem như là tất cả những nguồn tài nguyên cùng loại.

Chúng ta có thể sử dụng thuật ngữ quản trị đối tượng như là một tập hợp của những thủ tục và những giá trị dữ liệu đặc trưng cho một lớp đối tượng.

Trong quá trình hoạt động, mô hình hướng đối tượng phát sinh một vài vấn đề khó khăn. Yêu cầu một đối tượng quản trị của một kiểu liên quan phải được định vị bất cứ khi nào một đối tượng trong đó được định vị, vì những đối tượng nằm trong một trạng thái biểu diễn của chúng và người quản trị phải được định vị liên hợp với một đối tượng được sắp xếp truy cập trong trạng thái của chúng. Điều này dễ hiểu khi những đối tượng không thể di chuyển và vài hệ phân tán được thiết kế để hỗ trợ những đối tượng địa chỉ đồng nhất được tạo ra.

(Hết phần 1)

Leave a Reply