Прозрачность в распределенных системах

Прозрачность

Важная задача распределенных систем состоит в том, чтобы скрыть тот факт, что процессы и ресурсы физически распределены по множеству компьютеров. Распределенные системы, которые представляются пользователям и приложениям в виде единой компьютерной системы, называются прозрачными (transparent). Рассмотрим сначала, как прозрачность реализуется в распределенных системах, а затем зададимся вопросом, зачем вообще она нужна.

Концепция прозрачности, как видно из табл. 1.1, применима к различным аспектам распределенных систем.

Таблица 1.1. Различные формы прозрачности в распределенных системах

Прозрачность	Описание
Доступ	Скрывается разница в представлении данных и доступе к ресурсам
Местоположение	Скрывается местоположение ресурса
Перенос	Скрывается факт перемещения ресурса в другое место
Смена местоположения	Скрывается факт перемещения ресурса в процессе обработки в другое место
Репликация	Скрывается факт репликации ресурса
Параллельный доступ	Скрывается факт возможного совместного использования ресурса несколькими конкурирующими пользователями
Отказ	Скрывается отказ и восстановление ресурса
Сохранность	Скрывается, хранится ресурс (программный) на диске или находится в оперативной памяти

Прозрачность доступа (access transparency) призвана скрыть разницу в представлении данных и в способах доступа пользователя к ресурсам. Так, при пересылке целого числа с рабочей станции на базе процессора Intel на Sun SPARC необходимо принять во внимание, что процессоры Intel оперируют с числами формата «младший — последним» (то есть первым передается старший байт), а процессор SPARC использует формат «старший — последним» (то есть первым передается младший байт). Также в данных могут присутствовать и другие несоответствия. Например, распределенная система может содержать компьютеры с различными операционными системами, каждая из которых имеет собственные ограничения на способ представления имен файлов. Разница в ограничениях на способ представления имен файлов, так же как и собственно работа с ними, должны быть скрыты от пользователей и приложений.

Важная группа типов прозрачности связана с местоположением ресурсов. Прозрачность местоположения (location transparency) призвана скрыть от пользователя, где именно физически расположен в системе нужный ему ресурс. Важную роль в реализации прозрачности местоположения играет именование. Так, прозрачность местоположения может быть достигнута путем присвоения ресурсам только логических имен, то есть таких имен, в которых не содержится закодированных сведений о местоположении ресурса. Примером такого имени может быть URL: http://~wiv.prenhall.com/index.html, в котором не содержится никакой информации о реальном местоположении главного web-сервера издательства Prentice Hall. URL также не дает никакой информации о том, находился ли файл index.html в указанном месте постоянно или оказался там недавно. О распределенных системах, в которых смена местоположения ресурсов не влияет на доступ к ним, говорят как об обеспечивающих прозрачность переноса (mig-ration transparency). Более серьезна ситуация, когда местоположение ресурсов может измениться в процессе их использования, причем пользователь или приложение ничего не заметят. В этом случае говорят, что система поддерживает прозрачность смены местоположения (relocation transparency). Примером могут служить мобильные пользователи, работающие с беспроводным переносным компьютером и не отключающиеся (даже временно) от сети при перемещении с места на место.

Как мы увидим, репликация имеет важное значение в распределенных системах. Так, ресурсы могут быть реплицированы для их лучшей доступности или повышения их производительности путем помещения копии неподалеку от того места, из которого к ней осуществляется доступ. Прозрачность репликации (replication transparency) позволяет скрыть тот факт, что существует несколько копий ресурса. Для скрытия факта репликации от пользователей необходимо, чтобы все реплики имели одно и то же имя. Соответственно, система, которая поддерживает прозрачность репликации, должна поддерживать и прозрачность местоположения, поскольку иначе невозможно будет обращаться к репликам без указания их истинного местоположения.

Мы часто упоминаем, что главная цель распределенных систем — обеспечить совместное использование ресурсов. Во многих случаях совместное использование ресурсов достигается посредством кооперации, например в случае коммуникаций. Однако существует множество примеров настоящего совместного использования ресурсов. Например, два независимых пользователя могут сохранять свои файлы на одном файловом сервере или работать с одной и той же таблицей в совместно используемой базе данных. Следует отметить, что в таких случаях ни один из пользователей не имеет никакого понятия о том, что тот же ресурс задействован другим пользователем. Это явление называется прозрачностью параллельного доступа (concurrency transparency). Отметим, что подобный параллельный доступ к совместно используемому ресурсу сохраняет этот ресурс в непротиворечивом состоянии. Непротиворечивость может быть обеспечена механизмом блокировок, когда пользователи, каждый по очереди, получают исключительные права на запрашиваемый ресурс. Более изощренный вариант — использование транзакций, однако, механизм транзакций в распределенных системах труднореализуем.

Популярное альтернативное определение распределенных систем, принадлежащее Лесли Лампорт (Leslie Lamport), выглядит так: «Вы понимаете, что у вас есть эта штука, поскольку при поломке компьютера вам никогда не предлагают приостановить работу». Это определение указывает еще на одну важную сторону распределенных систем: прозрачность отказов. Прозрачность отказов (failure transparency) означает, что пользователя никогда не уведомляют о том, что ресурс (о котором он мог никогда и не слышать) не в состоянии правильно работать и что система далее восстановилась после этого повреждения. Маскировка сбоев — это одна из сложнейших проблем в распределенных системах и столь же необходимая их часть. Основная трудность состоит в маскировке проблем, возникающих в связи с невозможностью отличить неработоспособные ресурсы от ресурсов с очень медленным доступом. Так, контактируя с перегруженным web-сервером, браузер выжидает положенное время, а затем сообщает о недоступности страницы. При этом пользователь не должен думать, что сервер и правда не работает.

Последний тип прозрачности, который обычно ассоциируется с распределенными системами, — это прозрачность сохранности (persistence transparency), маскирующая реальную (диск) или виртуальную (оперативная память) сохранность ресурсов. Так, например, многие объектно-ориентированные базы данных предоставляют возможность непосредственного вызова методов для сохраненных объектов. За сценой в этот момент происходит следующее: сервер баз данных сначала копирует состояние объекта с диска в оперативную память, затем выполняет операцию и, наконец, записывает состояние на устройство длительного хранения. Пользователь, однако, остается в неведении о том, что сервер перемещает данные между оперативной памятью и диском. Сохранность играет важную роль в распределенных системах, однако не менее важна она и для обычных (не распределенных) систем.

Дата добавления: 2013-12-14