Распределенные информационные системы.
Архитектура на основе Internet/Intranet с мигрирующими программами
Распределенная система
В литературе можно найти различные определения распределенных систем, причем ни одно из них не является удовлетворительным и не согласуется с остальными.
Для наших задач хватит достаточно вольной характеристики.
Распределенная система - это набор независимых вычислительных машин, представляющийся их пользователям единой объединенной системой.
В этом определении оговариваются два момента. Первый относится к аппаратуре: все машины автономны.
Второй касается программного обеспечения: пользователи думают, что имеют дело с единой системой. Важны оба момента. Позже в этой главе мы к ним вернемся, но сначала рассмотрим некоторые базовые вопросы, касающиеся как аппаратного, так и программного обеспечения.
Характеристики распределенных систем:
1. От пользователей скрыты различия между компьютерами и способы связи между ними. То же самое относится и к внешней организации распределенных систем.
2. 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 части системы заменены или починены или, что добавлены новые для поддержки дополнительных пользователей.
Для того чтобы поддержать представление системы в едином виде, 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.
Рис. 1.1. Распределенная система организована в виде службы промежуточного уровня.
Соответственно, такая распределенная система обычно называется системой промежуточного уровня (middleware). Отметим, что промежуточный уровень распределен среди множества компьютеров.
Обычно, распределенной считают такую систему, в которой функционирует более одного сервера БД. Это применяется для уменьшения нагрузки на сервер и обеспечения работы территориально удаленных подразделений. Различная сложность создания, модификации, сопровождения, интеграции с другими системами позволяют разделить ИС на классы малых, средних и крупных распределенных систем. Малые ИС имеют небольшой жизненный цикл (ЖЦ), ориентацию на массовое использование, невысокую цену, невозможность модификации без участия разработчиков, использующие в основном настольные системы управления базами данных (СУБД) , однородное аппаратно-программное обеспечение, не имеющие средств обеспечения безопасности. Крупные корпоративные ИС, системы федерального уровня и другие имеют длительный жизненный цикл, миграцию унаследованных систем, разнообразие аппаратно-программного обеспечения, масштабность и сложность решаемых задач, пересечение множества предметных областей, аналитическую обработку данных, территориальную распределенность компонент.
Распределённые базы данных (РБД) - совокупность логически взаимосвязанных баз данных, распределённых в компьютерной сети.
РБД состоит из набора узлов, связанных коммуникационной сетью, в которой:
каждый узел - это полноценная СУБД сама по себе;
узлы взаимодействуют между собой таким образом, что пользователь любого из них может получить доступ к любым данным в сети так, как будто они находятся на его собственном узле.
Каждый узел сам по себе является системой базы данных. Любой пользователь может выполнить операции над данными на своём локальном узле точно так же, как если бы этот узел вовсе не входил в распределённую систему. Распределённую систему баз данных можно рассматривать как партнёрство между отдельными локальными СУБД на отдельных локальных узлах.
Фундаментальный принцип создания распределённых баз данных («правило 0»): Для пользователя распределённая система должна выглядеть так же, как нераспределённая система.
Фундаментальный принцип имеет следствием определённые дополнительные правила или цели. Таких целей всего двенадцать:
Локальная независимость. Узлы в распределённой системе должны быть независимы, или автономны. Локальная независимость означает, что все операции на узле контролируются этим узлом.
Отсутствие опоры на центральный узел. Локальная независимость предполагает, что все узлы в распределённой системе должны рассматриваться как равные. Поэтому не должно быть никаких обращений к «центральному» или «главному» узлу с целью получения некоторого централизованного сервиса.
Непрерывное функционирование. Распределённые системы должны предоставлять более высокую степень надёжности и доступности.
Независимость от расположения. Пользователи не должны знать, где именно данные хранятся физически и должны поступать так, как если бы все данные хранились на их собственном локальном узле.
Независимость от фрагментации. Система поддерживает независимость от фрагментации, если данная переменная-отношение может быть разделена на части или фрагменты при организации её физического хранения. В этом случае данные могут храниться в том месте, где они чаще всего используются, что позволяет достичь локализации большинства операций и уменьшения сетевого трафика.
Независимость от репликации. Система поддерживает репликацию данных, если данная хранимая переменная-отношение - или в общем случае данный фрагмент данной хранимой переменной-отношения - может быть представлена несколькими отдельными копиями или репликами, которые хранятся на нескольких отдельных узлах.
Обработка распределённых запросов. Суть в том, что для запроса может потребоваться обращение к нескольким узлам. В такой системе может быть много возможных способов пересылки данных, позволяющих выполнить рассматриваемый запрос.
Управление распределёнными транзакциями. Существует 2 главных аспекта управления транзакциями: управление восстановлением и управление параллельностью обработки. Что касается управления восстановлением, то чтобы обеспечить атомарность транзакции в распределённой среде, система должна гарантировать, что все множество относящихся к данной транзакции агентов (агент - процесс, который выполняется для данной транзакции на отдельном узле) или зафиксировало свои результаты, или выполнило откат. Что касается управления параллельностью, то оно в большинстве распределённых систем базируется на механизме блокирования, точно так, как и в нераспределённых системах.
Аппаратная независимость. Желательно иметь возможность запускать одну и ту же СУБД на различных аппаратных платформах и, более того, добиться, чтобы различные машины участвовали в работе распределённой системы как равноправные партнёры.
Независимость от операционной системы. Возможность функционирования СУБД под различными операционными системами.
Независимость от сети. Возможность поддерживать много принципиально различных узлов, отличающихся оборудованием и операционными системами, а также ряд типов различных коммуникационных сетей.
Независимость от типа СУБД. Необходимо, чтобы экземпляры СУБД на различных узлах все вместе поддерживали один и тот же интерфейс, и совсем необязательно, чтобы это были копии одной и той же версии СУБД.
ВВЕДЕНИЕ 4
1.ПОНЯТИЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИС 6
1.1. Предпосылки создания распределенных ИС 6
1.2. Понятие распределенных информационных систем 8
1.3. Средства работы с распределенными данными 11
2. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ БАЗЫ ДАННЫХ 13
2.1. Основные принципы 13
2.2 Типы распределенных БД 15
2.3. Назначение и принцип работы распределенной БД 16
3. ПРИМЕРЫ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25
ЛИТЕРАТУРА 26
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность данной темы реферата состоит в том, что в мировой экономике происходят процесса глобализации и информационной интеграции. Они затронули и нашу страну, которая в силу географического положения и размеров вынуждена применять распределенные информационные системы (ИС). Распределенные ИС обеспечивают работу с данными, расположенными на разных серверах, различных аппаратно-программных платформах и хранящимися в различных форматах. Они легко расширяются, основаны на открытых стандартах и протоколах, обеспечивают интеграцию своих ресурсов с другими ИС, предоставляют пользователям простые интерфейсы.
В мире существует громадное количество готовых к использованию информационно-вычислительных ресурсов. Они создавались в разное время, для их разработки использовались разные подходы. Почти всегда при разработке новой информационной системы можно найти подходящие по своим функциям уже работающие готовые компоненты. Проблема состоит в том, что при их создании не учитывались требования несовместимости. Эти компоненты не понимают один другого, они не могут работать совместно. Желательно иметь механизм или набор механизмов, которые позволят сделать такие независимо разработанные информационно-вычислительные ресурсы совместимыми.
В данной работе рассмотрены основные сведения о распределенной информационной системе: описаны предпосылки ее развития, средства работы с данными, введено понятие распределенной базы данных, а также ее типов и основных принципов. В третьей главе представлены примеры распределенных информационных систем, такие как: - Informix On-Line фирмы Informix Software;- Ingres Intelligent Database фирмы Ingres Corp;- Oracle (version 7) фирмы Oracle Corp;- Sybase System 10 фирмы Sybase Inc.
Целью исследования является изучение теоретических основ о распределенных информационных системах, а также формирование знаний о принципах ее работы.
Такое распределение данных позволяет, например, хранить в узле сети те данные, которые наиболее часто используются в этом узле. Такой подход облегчает и ускоряет работу с этими данными и оставляет возможность работать с остальными данными БД.
1.ПОНЯТИЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИС
1.1. Предпосылки создания распределенных ИС
C самого начала развития вычислительной техники образовались два основных направления ее использования. Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную. Становление этого направления способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач, развитию класса языков программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов, становлению обратной связи с разработчиками новых архитектур ЭВМ.
Второе направление - это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. Обычно объемы информации, с которыми приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация имеет достаточно сложную структуру. Одними из естественных требований к таким системам являются средняя быстрота выполнения операций и сохранность информации.
Но поскольку информационные системы требуют сложных структур данных, эти индивидуальные дополнительные средства управления данными являлись существенной частью информационных систем и практически повторялись от одной системы к другой. Стремление выделить и обобщить общую часть информационных систем, ответственную за управление сложно структурированными данными, и явилось, судя по всему, первой побудительной причиной создания различных систем управления.
Очень скоро стало понятно, что невозможно обойтись общей библиотекой программ, реализующей над стандартной базовой файловой системой более сложные методы хранения данных, например, хранение информации в нескольких файлах. Таким образом, все это способствовало созданию распределенных информационных систем.
Фактически, если информационная система поддерживает согласованное хранение информации в нескольких файлах, можно говорить о том, что она поддерживает базу данных. Если же некоторая вспомогательная система управления данными позволяет работать с несколькими файлами, обеспечивая их согласованность, можно назвать ее системой управления базами данных. Уже только требование поддержания согласованности данных в нескольких файлах не позволяет обойтись библиотекой функций: такая система должна иметь некоторые собственные данные (метаданные) и даже знания, определяющие целостность данных .
В мире существует громадное количество готовых к использованию информационно-вычислительных ресурсов. Они создавались в разное время, для их разработки использовались разные подходы. Почти всегда при разработке новой информационной системы можно найти подходящие по своим функциям уже работающие готовые компоненты.
1.2. Понятие распределенных информационных систем
Обычно, распределенной считают такую систему, в которой функционирует более одного сервера БД. Это применяется для уменьшения нагрузки на сервер и обеспечения работы территориально удаленных подразделений. Различная сложность создания, модификации, сопровождения, интеграции с другими системами позволяют разделить ИС на классы малых, средних и крупных распределенных систем. Малые ИС имеют небольшой жизненный цикл (ЖЦ), ориентацию на массовое использование, невысокую цену, невозможность модификации без участия разработчиков, использующие в основном настольные системы управления базами данных (СУБД) , однородное аппаратно-программное обеспечение, не имеющие средств обеспечения безопасности. Крупные корпоративные ИС, системы федерального уровня и другие имеют длительный жизненный цикл, миграцию унаследованных систем, разнообразие аппаратно-программного обеспечения, масштабность и сложность решаемых задач, пересечение множества предметных областей, аналитическую обработку данных, территориальную распределенность компонент .
К функциям таких ИС следует отнести, прежде всего, работу с распределенными данными, расположенными на разных физических серверах, различных аппаратно-программных платформах и хранящихся в различных внутренних форматах. В этом случае система должна предоставлять полную информацию о себе и всех своих ресурсах, легко расширяться, быть основана на открытых стандартах и протоколах, обеспечивать возможность интегрировать свои ресурсы с ресурсами других ИС. Для пользователей система должна обеспечивать различные уровни привилегий для пользователей и предоставлять простые интерфейсы доступа к информации.
Данные из разнородных систем обычно
объединяются в логические группы, к
которой и адресуются запросы. Абстрактная
система запросов предполагает, что
система оперирует не конкретным
синтаксисом запросов, а его логической
сутью на основе абстрактных атрибутов.
При построении распределенных ИС,
как правило, используются две базовые
архитектуры: Клиент/сервер и Internet
Intranet.
Корпоративные ИС, построенные
по архитектуре Клиент/сервер, предоставляют
клиентам широкий спектр приложений и
инструментов разработки, которые
ориентированы на максимальное
использование вычислительных возможностей
клиентских рабочих мест. Ресурсы сервера
используются в основном для хранения
и обмена документами, а также для выхода
во внешнюю среду. Данная архитектура
позволяет лучше защитить серверную
часть приложений, при этом, предоставляя
возможность приложениям либо
непосредственно адресоваться к другим
серверным приложениям, либо маршрутизировать
запросы к ним. Однако, частые обращения
клиента к серверу снижают производительность
работы сети. Приходится решать вопросы
безопасной работы в сети, так как
приложения и данные распределены между
различными клиентами. Распределенный
характер построения системы обусловливает
сложность ее настройки и сопровождения
В основе ИС на базе Internet Intranet лежит принцип "открытой архитектуры". ПО ИС реализуется в виде аплетов или сервлетов (программ на языке JAVA) или в виде cgi модулей (программ на Perl или С). ИС данной архитектуры включает Web-yinh\, реализованные при помощи технологий CORBA Enterprise JavaBeans, ActiveX 1X"ОМ, многоуровневые приложения на основе Java и XML, .Net-концепция с XML, в которой обмен между различными серверами (хранилищами данных, бизнес-приложениями, серверами для мобильных клиентов и другое) производится при помощи нейтрального к любой архитектуре XML.
Под распределенной информационной базой понимается неограниченное количество баз данных, дистанционно отдаленных друг от друга и имеющих ряд общих характеристик:
Функционирующих по единым правилам, определенным централизованно для всех баз данных, входящих в распределенную информационную базу;
Обмен данными осуществляется по правилам, также определенным централизованно.
Организация распределенной базы необходима для компаний, осуществляющих различные виды деятельности, если в их повседневной работе возникает потребность решения следующих задач:
Необходимость оперативного получения информации из баз данных дистанционно отдаленных подразделений (или филиалов);
Необходимость консолидации в единой базе данных информации из баз данных юридических лиц, входящих в структуру компании, для последующего анализа данных и получения отчетности из одной базы, как по компании в целом, так и по каждому юридическому лицу в отдельности;
Необходимость введения централизованного изменения структуры и правил работы баз данных для работы всех дистанционно отдаленных подразделений (филиалов) и юридических лиц (с невозможностью изменения определенных правил непосредственно в отдаленном подразделении);
Необходимость ограничения и осуществления контроля изменения данных в дистанционно отдаленных подразделениях компании (филиалах) .
1.3. Средства работы с распределенными данными
При выборе распределенной ИС в первую очередь следует обратить внимание на то, какие операционные системы и сетевые протоколы она поддерживает. Однако не менее важным является и то, какие методы распределения данных в ней реализованы.
1) Фрагментация и дублирование
Один из способов распределенного хранения таблиц - это фрагментация. Таблица может быть расщеплена на части, которые будут помещены в разные узлы. Другой способ распределения данных - это дублирование (репликация). Можно создать дубли всей БД или ее частей и разместить эти дубли в узлах. Оба метода позволяют хранить данные именно в том узле, где они наиболее часто используются. Это сводит к минимуму затраты на передачу данных по сети и уменьшает использование процессоров и прочих ресурсов остальных узлов. При такой архитектуре БД приложения передача данных по сети выполняется достаточно редко.
2) Словари данных и директории
После того, как данные распределены по разным узлам сети, важно найти и использовать эти данные. Для того, чтобы найти данные и преобразовать их в нужный формат, используются глобальные словари данных и директории. В словаре хранится информация о данных, их использовании, правах доступа к данным, а также о приложениях. Директории данных используются для того, чтобы определить, где хранятся данные и как их извлечь. Словари и директории могут быть глобальными и локальными
3) Двухфазная фиксация изменений
Методы распределения данных конечно очень важны, однако сердцем современных распределенных СУБД является протокол двухфазной фиксации изменений. Этот протокол управляет выполнением транзакций, изменяющих данные нескольких узлов. Основная идея двухфазной фиксации заключается в следующем: недопустима ситуация при которой транзакция, изменяющая данные в нескольких узлах, выполняется в одних узлах и не выполняется в других узлах. Транзакция должна быть либо успешно выполнена во всех узлах, либо не выполнена ни в одном узле.
СПбГУТ им. проф. -Бруевича
РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ
СИСТЕМЫ
(ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНИК)
Санкт-Петербург, 2008
Предисловие
Раздел 1. Информационные сети и системы
1.5. Локальные информационно-вычислительные сети (ЛИВС)
1.5.4. Пример формата кадра Ethernet
1.6. Технологии и архитектура современных беспроводных сетей
1.7. Магистральные сети передачи данных
1.7.1. Сети с коммутацией пакетов Х.25
1.7.2. Сети Frame Relay (Сети с ретрансляцией кадров)
1.7.3. Сети АТМ
1.7.4. Технология TCP/IP
1.7.5. Технология Ethernet в магистральных сетях передачи данных
Раздел 2. Протоколы физического и канального уровней в распределенных информационных системах
2.1. Физический уровень
2.1.1. Стандарты протоколов физического уровня между ООД и АКД
2.1.2. Сопряжение АКД с каналом связи
2.2. Протоколы канального уровня
2.2.1. Байт-ориентированные протоколы
2.2.2. Бит-ориентированные протоколы
2.2.3. Передача с установлением соединения и без установления соединения
2.2.4. Методы повышения достоверности на канальном уровне
2.2.5. Компрессия данных
Раздел 3. Модемы для распределенных информационных систем
3.1. Модемы для ТФОП
3.1.1. Общие сведения
3.1.2. Элементы модема для ТФОП
3.1.3. Методы скремблирования
3.1.4. Способы модуляции
3.1.5. Протоколы модуляции серии V
3.2. Цифровые модемы
3.2.1. Устройство цифрового модема
3.2.2. Проблемы передачи по физическим линиям
3.2.3. Модемы для физических линий
3.3. xDSL-модемы
3.4. Радиомодемы
3.4.1. Общие сведения
3.4.2. Радиомодемы ISM-диапазонов
3.4.3. Пакетные радиомодемы
3.4.4. Формат кадров АХ.25
3.4.5. Физическая реализация радиомодемов
3.5. Модемы для волоконно-оптических сетей (ВОЛС)
3.6. Принципы построения свёрточных кодов
3.6.1. Методы представления сверточных кодов
Раздел 4. Документальная электросвязь
4.1. Общие положения по сетям и службам передачи данных
4.2.1. Передача данных по сети ТФОП
4.2.2. Передача данных по некоммутируемым каналам ТЧ
4.2.3. Передача данных по цифровым каналам цифровых сетей с интеграцией служб (N-ISDN, B-ISDN)
4.2.4. Показатели качества обслуживания в службах ПД с коммутацией пакетов по протоколу Х.25
4.2.5. Показатели качества обслуживания в службах ПД с ретрансляцией кадров по протоколу Х.36
4.2.6. Показатели качества обслуживания в службах ПД с коммутацией пакетов по протоколам, относящимся к семейству IP
4.2.7. Показатели качества обслуживания в службах ПД с некоммутируемыми цифровыми каналами
4.2.8. Некоторые показатели качества ПД по неспециализированным сетям данных
4.3.1. Факсимильные службы
4.3.2. Служба обмена электронными сообщениями
4.3.3. Службы телеконференций
4.3.4. Информационные службы
Раздел 5. Интернет технологии
5.1. Общие сведения об Интернет
5.1.1. Обобщённая структура сети Интернет
5.1.2. Стек протоколов TCP/IP
5.1.3. Организации, отвечающие за развитие Интернет и стандартизацию средств Интернет
5.1.4. Сравнительная оценка и сфера применения сетевых архитектур ISO и TCP/IP
5.2. Прикладной уровень. Примеры служб и протоколов
5.2.1. Служба FTP. Протокол FTP
5.2.2. Служба WWW. Протокол HTTP
5. 3. Транспортный уровень. Протоколы TCP и UDP
5.4.1. Типы адресов стека TCP/IP
5.4.2. Классы IP-адресов
5.6. Принципы и алгоритмы маршрутизации в Интернет
5.6.1. Проблема маршрутизации в сети Интенет
Раздел 6. Информационные ресурсы распределенных
информационных систем
6.1. Базы данных
6.1.1. Общие понятия
6.1.3. Уровни представления данных
6.1.4. Модели данных
6.3. Системы распределенных вычислений
7.1. Базовая модель и метод «клиент-сервер»
7.2. Модификации модели и метода «клиент-сервер»
7.2.1. Модель и метод доступа к удаленным данным
7.2.2. Модель и метод сервера базы данных
7.2.3. Модель и метод сервера приложений
7.3. Программы-агенты и модель «клиент-агент-сервер»
7.4. Особенности управления в распределенных информационных
системах
Предисловие
Предлагаемый вниманию электронный учебник освещает широкий круг вопросов, связанных с построением, функционированием и использованием распределенных информационных систем.
Первый раздел учебника посвящена вопросам построения информационных сетей и систем. Рассмотрены вопросы организации локальных информационно-вычислительных сетей, приведены стандарты. Большое внимание уделено вопросам реализации беспроводных сетей передачи информации, рассмотрены стандарты для беспроводных сетей, которые в настоящее время оказались наиболее перспектитвными при реалиции беспроводных сетей.
Во втором разделе дается характеристика протоколов физического и канального уровня семиуровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем. Рассмотрены примеры наиболее широко используемых терминальных интерфейсов. Также рассмотрены протоколы передачи данных на канальном уровне. Особое внимание обращено на методы повышения достоверности и компрессию данных.
В третьем разделе учебника рассмотрены наиболее часто используемые в настоящее время классы модемов для распределенных информационных систем. Достаточно внимания уделено вопросам достижения современными модемами высоких скоростей передачи данных при требуемой помехоустойчивости.
В четвертом разделе раскрыты требования руководящих документов «Сети и службы передачи данных» и «Телематические службы». Рассмотрены услуги служб передачи данных и телематических служб, а также качество предоставляемых ими услуг.
В пятом разделе рассмотрены принципы построения глобальной распределенной инфокоммуникационной системы, которая реализована на базе сети Интернет. Описаны некоторые службы и протоколы прикладного уровня. Раскрыта организация функционирования протоколов транспортного и сетьвого уровней. Нашли отражение вопросы маршрутизации в сети Интернет.
В шестом разделе проанализированы способы хранения, организации и представления информации в базах данных, рассмотрены системы распределенных вычислений, раскрыта архитектура центра обработки данных.
Седьмой раздел посвящена моделям и методам управления в информационных системах.
Учебник адресован студентам, имеющим целью получить знания о том, как организованы и функционируют современные информационные сети и системы, какие информационные ресурсы составляют основу распределенных информационных систем, на каких коммуникационных средах базируются информационные системы.
Книга может быть полезна исследователям и научным работникам , специализирующимся в области инфокоммуникационных технологий, а также тем, кто только осваивает эту область.
