Chương 1 Giới thiệu tổng quan về hệ phân tán ppt

Nội dung

Lý do ra đời hệ phân tán

Các tổ chức cơ bản của máy tính

Định nghĩa hệ phân tán

Phân loại các mô hinh phân tán

Các mô hình dịch vụ

Các tiêu chuẩn và ứng dụng cho hệ phân tán

Các ví dụ về hệ phân tán
•
Yêu cầu càng trở khắt khe đối với các hệ thống máy tính
trong tương lai
+ Tốc độ
+ Sự tin cậy của hệ thống
+ Hiệu quả chi phí
 Cần phải thay thế cấu trúc truyền thống theo tổ chức
máy tính của Von Neumann
•
. Theo LeLann, có hai tác nhân chính ảnh hưởng đến hệ
thống phân tán : công nghệ thay đổi và nhu cầu của người
sử dụng.
Động lực thúc đẩy
Lý do ra đời hệ thống phân tán
•

Bộ xử lý (Processors)
•
Mạng (Networking)
•
Giao thức (Protocols)
•
Bộ nhớ (Memory)
•
Thiết bị lưu trữ (Storage)
Sự phát triển của công nghệ
•
June 1976 : Robert Metcalfe trình bày khái niệm
về Ethernet tại Hội nghị quốc gia máy tính.Ý
tưởng về thời gian chia sẻ (time-sharing) lần đầu
tiên được đề cập, là bước đầu tiên hướng đến hệ
thống phân tán
•
1980 : Ethernet được giới thiệu như một mô hình
chuẩn (DEC, Intel, Xerox) và sau đó là thập kỹ
của máy tính cá nhân ra đời.
Công nghệ mạng – Ethernet – 1973, 1976
•
Tốc độ LAN : Tăng hơn 35.000 lần
+ Original Ethernet: 2.94 Mbps
+ 1985: thick Ethernet: 10 Mbps, 1 Mbps với cắp xoắn
đôi
+ 1991: 10BaseT - twisted pair: 10 Mbps Switched
networking: scalable bandwidth
+ 1995: 100 Mbps Ethernet
+ 1998: 1 Gbps (Gigabit) Ethernet

+ 1999: 802.11b (wireless Ethernet) standardized
+ 2001: 10 Gbps được giới thiệu
+ 2005: 100 Gbps ( đối với cáp quang)
+ 1980 : Ethernet được giới thiệu như một mô hình chuẩn
(DEC, Intel, Xerox) và sau đó là thập kỹ của máy tính cá
nhân ra đời.
Kiến trúc mạng
•
Sau năm 1980 : chỉ một vài công ty lớn hoặc trường đại học
được kết nối Internet.
+ Sử dụng gateways giao tiếp giữa các mạng khác nhau
+ Hình thức kết nối là dial – up
+ 1985: 1,961 hosts trên Internet
•
Hiện nay
+ hầu hết các hoạt động của con người được diễn ra trên
Internet
+ 2006: 439,286,364 hosts trên Internet
+ Kết nối với băng thông lớn (High-speed WAN
connectivity: 1– >50 Mbps)
+ Nhiều kiến trúc mạng ra đời (Switched LANs,wireless
v.v…)
Kết nối mạng
•
Máy tình ngày càng trở nên
+ Nhỏ hơn
+ Rẻ hơn
+ Hiệu quả hơn
+ Nhanh hơn
 Microprocessors became technology leaders

Năng lực tính toán
Bộ nhớ
DUYTAN
UNIVERSITY
•
Tăng hơn 60.000.000 lần trong hơn 50 năm qua,
cụ thể :
+ 1977 : 310KB đĩa mềm – $1480
+ 1987 : 40 MB đĩa cứng – $679
+ 2008 : 750 GB đĩa cứng – $99, trung bình
$0.13 / GB
Thiết bị lưu trữ
•
Ví dụ : Năm 1987, Website nổi tiếng về giới thiệu âm
nhạc của Billboard
+ 4,207 bài nhạc
+ 18 GB
+ Kích thước mỗi bài : 4.4 MB
+ download một bài hát với modem V90 @ 44Kbps
mất 15 phút, tốn 76,560 đôla để download toàn bộ bộ sư
tập đó.
•
Ngày nay :
+ Để download 1 bài hát với kích thước 12,9 Mbps mất
không quá 3,5 giây
+ Tốn khoảng: $5.00
Thiết bị lưu trữ
•
Tốc độ nhanh hơn của CPU  Xử lý nhiều giao thức
trong một thời gian

+ECC (Error-correcting code memory), checksums,
parsing (Ví dụ giao thức XML)
+ Nén ảnh, âm thanh trở nên khả thi
•
Mạng nhanh hơn  Các giao thức có kích thước lớn
hơn
+ SOAP/XML, H.323 v.v
Giao thức
•
Tăng hiệu suất đường truyền
Với sự thực hiện multiprocessors làm tăng đáng kể hiệu suất
mạng
•
Thực hiện được các ứng dụng phân tán
+Thanh toán tự động(Automated Banking Systems)
+Giám sát giao thông (Air-Traffic Control Systems)
+Bán lẻ (Retail Point-of-Sale Terminals)
+Định vị toàn cầu (Global Positioning Systems)
+Tìm kiếm (Search Engine)
+Giám sát từ xa (Remote Monitor System) v.v
•
Có khả năng giao tiếp tương tác và giải trí
+ Vừa làm vệc và tiêu khiển đồng thời: email,chơi game,
điện thoại, nhắn tin v.v…
Tại sao chúng ta cần đến mạng?
•
Chuyển tải nội dung từ xa (Remote content)
+ Trình duyệt Web, download nhạc và video, IPTV, file
servers v.v
•

Triển khai các ứng dụng di động
•
Làm tăng sự tin cậy của hệ thống
•
Thích ứng đối với các hệ thống đòi hỏi phát triển
nhanh
Tại sao chúng ta cần đến mạng?
•
Khi xây dựng các phần mềm phân tán, các khó
khăn gặp phải :
+ Sử dụng hệ điều hành để xử lý phân tán?
+ Lựa chọn ngôn ngữ lập trình? ( khả năng song
song, chịu lỗi )
+ Tính hiệu quả?
+ Tính tin cậy?
+ Quản trị hệ thống đối với các ứng dụng phân tán ra
sao?
•
Đối với ứng dụng trên mạng thì
+ dễ bị ngắt kết nối, thất thoát dữ liệu, độ trễ lớn
•
Bảo mật
+ Có thể bị tấn công hoặc truy cập bất hợp pháp
Các thách thức
Mô hình Von Neumann
•
Theo Von Neumann thì : “Tất
cả các máy tính đều có chung
một cơ sở kiến trúc giống nhau
bất kể nó là một máy tính

mainframe hàng triệu đô la hay
là một máy tính bỏ túi Palm
Pilot. Chúng đều có bộ nhớ, hệ
thống vào/ra, đơn vị tính
toán/logic, và đơn vị điều
khiển”.
(Neumann János 1903
–1957)
Các tổ chức cơ bản của máy tính
Mô hình Von Neumann
Mô hình Von Neumann
•
Bộ nhớ
+ Hệ thống con dùng lưu trữ tạm thời các chỉ thị của
chương trình và dữ liệu sẽ được thực hiện bởi máy tính.
•
Hệ thống vào/ra (I/O)
+ Hệ thống con cho phép máy tính tương tác với các
thiết bị
Đơn vị tính toán/logic (ALU)
+ Hệ thống con thực hiện tất cả các phép toán số và phép
so sánh.
+ Trong thiết kế Von Neumann, đơn vị này và đơn vị
điều khiển là 2 thành phần khác nhau, tuy nhiên trong các
hệ máy tính hiện đại ngày nay chúng được tích hợp thành
một trong processor.
Mô hình Von Neumann
•
Đơn vị tính toán/logic (ALU)
+ ALU có 3 phần bao gồm : thanh ghi, mạch ALU,

và kết nối giữa chúng.
•
Đơn vị điều khiển
Đơn vị điều khiển chịu trách nhiệm:
+ Tìm trong bộ nhớ chỉ thị chương trình kế tiếp sẽ
chạy
+ Giải mã chỉ thị đó thành cái máy tính có thể
hiểu
+ Đưa mệnh lệnh thích hợp tới ALU, bộ nhớ, và
hệ thống vào/ra
Mô hình Von Neumann
•
Đặc điểm
+ Có một bộ nhớ chia sẻ không gian địa chỉ của
tất cả các CPU  hệ thống kép chặt (tightly
coupled system)
+ Giao tiếp giữa các CPU diễn ra thông qua việc
chia sẻ bằng cách sử dụng hoạt động nhớ đọc và
ghi
Cấu trúc bộ nhớ chia sẻ vật lý
Local Memory
Local Memory
CPU
CPU
. . .
Shared Memory
Shared Memory
Connection Network
Connection Network
Local Memory

Local Memory
CPU
CPU
Local Memory
Local Memory
CPU
CPU
PE PE
Cấu trúc bộ nhớ chia sẻ vật lý
•
Đặc điểm
+ Có một bộ nhớ chia sẻ không gian địa chỉ của
tất cả các CPU  hệ thống kép chặt (tightly
coupled system)
+ Giao tiếp giữa các CPU diễn ra thông qua việc
chia sẻ bằng cách sử dụng hoạt động nhớ đọc và
ghi
Cấu trúc bộ nhớ chia sẻ vật lý
Local Memory
Local Memory
CPU
CPU
Connection Network
Connection Network
Local Memory
Local Memory
CPU
CPU
Local Memory
Local Memory

CPU
CPU
. . .
PE PE
Cấu trúc bộ nhớ chia sẻ vật lý phân tán
•
Đặc điểm
+ Không có bộ nhớ dùng chung và mỗi CPU đều
có những bộ nhớ cục bộ kèm theo
+ Cặp các CPU và bộ nhớ cục bộ được gọi là xử
lý cơ sở (PE - processing elements)
+ Giao tiếp giữa các bộ xử lý được thực hiện bằng
cách gởi các thông điệp trên mạng thông qua
một interconnection gửi lệnh tại xử lý việc gửi
và nhận được một lệnh ở nhận được xử lý
Cấu trúc bộ nhớ chia sẻ vật lý phân tán
- Là một hệ có chức năng và dữ liệu phân tán trên các máy
trạm được kết nối với nhau qua mạng máy tính

Định nghĩa 1

Định nghĩa 2
- Là một tập các máy tính tự trị được kết nối với nhau bởi
mạng máy tính và được cài đặt phần mềm phân tán

Định nghĩa 3
- Là một tập các máy tính dộc lập giao tiếp với nhau như
một hệ thống thống nhất và toàn vẹn
Định nghĩa phân tán