Paskirstytų sistemų architektūros

©Ian Sommerville 2000 Software Engineering, 6th edition. Chapter 11 Slide 1

Paskirstytų sistemų architektūros

Architektūrinis programinės įrangos, kuri vykdoma daugiau nei viename procesoriuje, projektavimas


Tikslai Paaiškinti architektūrinį projektavimą Paaiškinti paskirstytų sistemų architektūros

privalumus bei trūkumus Išnagrinėti skirtingus požiūrius į kliento-serverio

sistemų kūrimą Paaiškinti skirtumus tarp kliento-serverio ir

paskirstyto objekto architektūros Išnagrinėti objekto užklausos tarpininkus ir

pagrindinių CORBA standartų principus


Nagrinėjamos temos Architektūrinis projektavimas Paskirstytos sistemos Daugiaprocesorinės architektūros Kliento-serverio architektūra Paskirstytų objektų architektūra CORBA


Architektūrinis projektavimas

Ankstyva sistemos projektavimo proceso stadija

Atspindi ryšį tarp specifikacijos ir projektavimo proceso

Dažnai vykdoma lygiagrečiai su kai kuriais specifikacijos veiksmais

Apima didesnės sistemos dalies komponentų identifikavimą ir jų bendravimą.


Aiškios architektūros privalumai

Suinteresuotų asmenų bendravimas• architektūra gali būti panaudota kaip sistema

suinteresuotų asmenų (stakeholders) komunikavimo centras

Sistemos analizė• reiškia, kad galima atlikti sistemos nefunkcinių

reikalavimų analizę

Didelės apimties pakartotinis panaudojimas• architektūra gali būti panaudota daugeliui sitemų


Architektūrinio projektavimo procesas

Sistemos struktūrizavimas• sistema yra suskaidoma į keletą pagrindinių

posistemių ir yra nustatomas komunikavimas tarp šių posistemių

Valdymo modeliavimas• nustatomas ryšių valdymo modelis tarp skirtingų

sistemos dalių

Modulinė dekompozicija• nustatytos posistemės yra skaidomos į modelius.


Sistemos architektūra Programinės įrangos architektas yra atsakingas už

sistemos architektūrinį modelį, valdymo modelį ir posistemės dekomponavimo modelį.

Retai didelės sistemos paklūsta vienam architektūriniam modeliui.

Sistemos dekompozicijos modeliai turi saugyklų modelius, kliento-serverių modelius ir abstrakčius mašinų modelius.

Valdymo modeliai būna centralizuoto valdymo ir įvykiais paremto valdymo.


Paskirstytos sistemos Iš esmės, dabar visos didelės kompiuterinės

sistemos yra paskirstytos sistemos Informacijos apdorojimas yra paskirstytas keletui

kompiuterių, o ne vienai mašinai Paskirstytos programinės įrangos inžinerija dabar

yra labai svarbi


Sistemos tipai Personalinės sistemos, kurios nėra paskirstytos ir

yra suprojektuotos veikti personaliniame kompiuteryje ar darbo stotyje

Įterptinės sistemos, kurios veikia viename procesoriuje ar integruotoje procesorių grupėje

Paskirstytos sistemos, kur sistemos programinė įranga veikia laisvai integruotoje grupėje bendradarbiaujančių procesorių, sujungtų tinklu


Paskirstytos sistemos charakteristikos

Resursų dalijimasis Atvirumas Lygiagretiškumas Išplečiamumas Klaidos toleravimas Skaidrumas


Paskirstytų sistemų trūkumai Sudėtingumas Saugumas Valdymo problemos Nenuspėjamumas


Resurso identifikacija Resursai paskirstytoje sistemoje yra paskirstyti tarp skirtingų kompiuterių ir įvardinimo schema turi būti sukurta tokia, kad vartotojai galėtų surasti ir

kreiptis į jiems reikalingus resursus. Tokios įvardinimo schemos pavyzdys yra URL (uniform resource locator-pastovus resurso lokatorius), kuris naudojamas identifikuoti www puslapius. Jei nebus naudojama prasminga ir visapusiškai suprantama identifikacijos schema, tai daugelis šitų resursų bus neprieinami sistemos vartotojams.

Bendravimai Universalus Interneto prieinamumas ir Interneto TCP/IP bendravimo protokolų efektyvus realizavimas reiškia, kad daugeliui paskirstytų sistemų tai yra efekty-

viausias būdas kompiuteriams bendrauti. Nežiūrint to, kur yra specifiniai reikala- vimai našumui patikimumui ir kt. gali būti panaudoti alternatyvūs požiūriai į bendravimą.

Serviso kokybė Sistemos pasiūlyta serviso kokybė atspindi jo našumą, parengtumą ir patikimumą. Tai yra veikiama daugelio faktorių, tokių kaip procesorių paskirstymas procesams, resursų paskirstymas sistemoje, tinklo ir sistemos techninės įrangos ir sistemos prisitaikymo.

Programinės įrangos Programinės įrangos architektūra nagrinėja kaip programos funkcionališkumas yraarchitektūra paskirstytas keletui loginių komponenčių ir kaip šitos komponentės yra paskirstytos tarp procesorių. Teisingos programos architektūros pasirinkimas yra esminis dalykas norint pasiekti trokštamą serviso kokybę.

Paskirstytos sistemos


Paskirstytų sistemų architektūra Kliento-serverio architektūra

• Paskirstyti servisai yra iškviečiami klientų. Serveriai, kurie tiekia servisus yra traktuojami skirtingai nei klientai, kurie naudojasi servisais.

Paskirstytų objektų architektūra• Nėra skirtumo tarp klientų ir serverių. Bet kuris objektas

sistemoje gali tiekti ir naudotis servisus iš kitų objektų.


Tarpinė programinė įranga Programinė įranga kuri valdo ir palaiko skirtingus

paskirstytos sistemos elementus. Iš esmės, ji “sėdi” sistemos viduryje ir tarpininkauja.

Tarpinės programinės priemonės yra paprastai standartizuotos (off-the-shelf ), o ne specialiai sudaryta programinė įranga.

Pavyzdžiai:• tranzakcijas vykdantys monitoriai

• duomenų konvertoriai

• komunikavimo kontroleriai


Daugiaprocesorinės architektūros

Paprasčiausios paskirstytos sistemos modelis Sistema sudaryta iš daugelio procesų, kurie gali

būti ( bet nebūtinai ) vykdomi skirtinguose procesoriuose

Tai daugelio didelių realaus laiko sistemų architektūrinis modelis

Proceso paskirstymas procesoriui gali būti iš anksto sutvarkytas arba gali būti kontroliuojamas dispečerio


Daugiaprocesorinė eismo kontrolės sistema

Daviklio procesorius

Eismo davikliai ir kameros

Operatoriaus konsolės

Šviesoforai

Šviesoforų kontrolės procesorius

Šviesos kontrolės procesas

Vaizdavimo procesas

Daviklių kontrolės procesas

Eismo procesorius


Kliento-serverio architektūra Taikomoji programa yra sumodeliuota kaip

serverių teikiamų paslaugų aibė ir jas naudojančių klientų aibė.

Klientai žino apie serverius, bet serveriai nebūtinai žino apie klientus

Klientai ir serveriai yra loginiai procesai Procesų paskirstymas procesoriams nebūtinai yra

1:1


Kliento-serverio sistema

s1

s2 s3

s4c1

c2 c3 c4

c5

c6c7 c8

c9

c10

c11

c12

Serverio procesas

Kliento procesas


Kompiuteriai kliento/serverio tinkle

SC1SC2

CC1 CC2 CC3

CC5 CC6CC4

s1, s2 s3, s4

c5, c6, c7

c1 c2 c3, c4

c8, c9 c10, c11, c12

Tinklas Serverio kompiuteris

Kliento kompiuteris


Taikomųjų programų sluoksniuota architektūra

Atvaizdavimo sluoksnis» skirtas sistemos vartotojų skaičiavimo rezultatų atvaizdavimui ir

vartotojo duomenų įvedimui

Taikomosios programos vykdymo sluoksnis» Skirtas programos specifiniam funkcionalumui, pvz., banko

sistemoje, tokios banko funkcijos kaip sąskaitos atidarymas, sąskaitos uždarymas ir t.t.

Duomenų valdymo sluoksnis• Skirtas sistemos duomenų bazių valdymui


Taikymų sluoksniai


Lengvi (thin) ir sunkūs ( fat) klientai

Lengvo kliento modelis» Lengvo kliento modelyje visų programų vykdymas ir duomenų

valdymas yra vykdomas serveryje. Klientas yra atsakingas tik už atvaizdavimo programinės įrangos veikimą.

Sunkaus kliento modelis» Šitame modelyje serveris yra atsakingas tik už duomenų valdymą.

Kliento programinė įranga įgyvendina taikymus ir sąveiką su sistemos vartotoju.


Lengvi ir sunkūs klientai

K lien ta s

K lien ta s

S erv e ris

S e rv e ris

L en g v o k lien tom o d elis

S u n k a u s k lien tom o d elis

A tv a izd av im as

Taik o m o sio s p ro g ram o s v y k d y m as

D u o m en ųv a ld y m as

Ta ik o m o sio s p ro g ram o s v y k d y m as

A tv a izd av im as

D u o m en ųv a ld y m as


Lengvo kliento modelis Naudojamas, kai liktinės sistemos yra

perkeliamos į kliento serverio architektūrą» Liktinė sistema veikia kaip serveris su grafine sąsaja, kuri yra

realizuota kliente

Pagrindinis trūkumas yra tas, kad labai apkraunamas serveris ir tinklas


Sunkaus kliento modelis Daugiau skaičiavimų yra pavesta klientui, kai

programos vykdymas atliekamas lokaliai Tinkamiausias naujoms kliento/serverio

sistemoms, kur kliento sistemos galimybės yra žinomos iš anksto

Sudėtingesnis nei lengvo kliento modelis, ypač valdyme. Naujos programos versijos turi būti įdiegtos visuose klientuose


Kliento-serverio architektūra banko automatų sistemoje

ATM

ATM

ATM

ATM

S ąsk a ito s se rv e ris

D u o m en ųap d o ro jim om o n ito riu s

K lien tosąsk a ito s

d u o m en y s


Trijų lygių architektūra Trijų lygių architektūroje, kiekvienas iš programos

architektūros sluoksnių gali būti vykdomas atskirame procesoriuje.

Leidžia pasiekti didesnį našumą, nei lengvo kliento metodas ir yra lengviau valdomas nei sunkaus kliento metodas.

Labiau plečiama architektūra – padidėjus poreikiui, gali būti prijungiami papildomi serveriai


Trijų lygių kliento/serverio architektūros schema

A tv a iz d av im a s

K lien ta s

S erv e ris S e rv e ris

Ta ik o m o sio s p ro g ra m o s v y k d y m a s

D u o m en ųv a ld y m a s


Internetinė bankinė sistema

SQ L

K lien tas

K lien tas

K lien tas

K lien tas

H T T P s sa jaą

S Q L u žk lau saT in k lo se rv e ris D u o m en ų b azė

S ąsk a itų p as lau g ųte ik im as

K lien to są sk a ito s

d u o m en y s


Kliento/serverio architektūrų naudojimas

Architektūra Taikymas Dviejų lygių K/S architektūra su lengvais klientais

Liktinės sistemos, kuriose atskirti taikomuosius skaičiavimus ir duomenų valdymą yra nepraktiška. Tai intensyvių skaičiavimų taikymai, tokių kaip kompiliatoriai be arba su labai mažu duomenų valdymu (duomenys atmintyje). Taip pat užklausų ir paieškų taikymai beveik be taikomųjų skaičiavimų.

Dviejų lygių K/S architektūra su sunkiais klientais

Taikymai, kur taikomieji skaičiavimai atliekami kliente, užbaigtų sistemų pagalba (COTS), kaip Microsoft Exel. Taip pat taikymai, kur reikia intensyvių skaičiavimų duomenų apdorojimui, kaip duomenų avaizdavimui arba kur yra stabilios, gerai apibrėžtos galinio vartotojo funkcijos.

Trijų lygių arba daugelio lygių K/S architektūra

Didelės apimties taikymai su šimtais ar tūkstančiais klientų , kai nepastovūs duomenų bei taikymų skaičiavimai, kai integruojami duomenys iš daugelio šaltinių.


Paskirstytų objektų architektūra Paskirstytų objektų architektūroje tarp klientų ir serverių

nėra skirtumų Kiekviena paskirstoma esybė yra objektas, kuris tiekia

servisus kitiems objektams ir priima servisus iš kitų objektų

Objektai bendrauja per tarpines programines priemones, vadinamas objekto užklausos tarpininku (programinės įrangos magistralė)

Tačiau tai sudėtingiau projektuoti nei K/S sistemas


Paskirstytų objektų architektūra o 1 o 2 o 3 o 4

o 5 o 6

S (o 1 ) S (o 2 ) S (o 3 ) S (o 4 )

S (o 5 ) S (o 6 )

P ro g ram in ės įran g o s m ag is tra lė


Paskirstytų objektų architektūros privalumai

Leidžia sistemos projektuotojui atidėti sprendimą kur ir kaip servisai turėtų būti teikiami

Tai labai atvira sistemos architektūra, kuri leidžia prijungti naujus resursus pagal reikalavimus

Sistema yra lanksti ir išplečiama Įmanoma dinamiškai perkonfigūruoti sistemą su

objektais migruojančiais per tinklą pagal reikalavimus


Paskirstytų objektų architektūros naudojimas

Kaip loginio modelio, kuris leidžia konstruoti ir organizuoti sistemą. Šiuo atveju, jūs galvojate kaip pateikti programos funkcijas tiktai išreiškiant servisais ir servisų kombinacijomis

Kaip lankstų metodą kliento-serverio sistemos įdiegimui. Loginis sistemos modelis yra kliento-serverio modelis, bet ir klientai ir serveriai yra realizuojami kaip paskirstyti objektai, bendraujantys per programinės įrangos magistralę.


Duomenų išgavimo sistemaD u o m en ų b a zė 1

D u o m en ų b a zė 2

D u o m en ų b a zė 3

P ran e š im ų g en .In teg ra to riu s 1

In teg ra to riu s 2

Va iz d o k ū rim as

A tv a izd a v im a s


Duomenų išgavimo sistema

Loginis sistemos modelis nėra tik vienas servisų teikimo būdų, kur būdingi įvairūs duomenų valdymo servisai

Ji leidžia didinti nagrinėjamų duomenų bazių kiekį nesugriaunant sistemos

Ji leidžia naujų tipų ryšius išgauti papildant naujais integruojančiais objektais


CORBA CORBA yra tarptautinio standarto objekto

užklausų tarpininkas – tarpinė programa, skirta bendravimo tarp paskirstytų objektų valdymui

Galimi keli CORBA realizavimai Alternatyvi Microsoft priemonė skirta objekto

prašymų tarpininkavimui yra DCOM CORBA apibrėžė Objektų Valdymo Grupė

(OMG)


Taikymo struktūra Taikomieji objektai Standartiniai objektai, apibrėžti OMG,

specifinėms sritims, pvz. draudimas Fundamentalūs CORBA servisai, tokie kaip

katalogų ir apsaugos valdymas Horizontalios (t.y. tinkančios visiems taikymams)

galimybės, tokios kaip vartotojo sąsajos priemonės


CORBA taikomosios programos struktūra

Srities galimybės Horizontalios CORBA galimybės

Objektų užklausos tarpininkas (ORB)

CORBA servisai

Taikomosios programos


CORBA standartai Objektinis modelis, skirtas taikomųjų programų

objektams• CORBA objektas yra būsenų apjungimas (encapsulation) su gerai

apibrėžta, neutralia kalboms sąsaja, nusakyta IDL kalba (sąsajos apibrėžimo kalba)

Objekto užklausų tarpininkas (Object Request Broker – ORB) valdo prašymus skirtus objektų servisams

Aibė bendrų objektų servisų, naudojamų daugelyje paskirstytų programų

Aibė bendrų komponentų esančių virš šių servisų


CORBA objektai Iš principo, CORBA objektai yra palyginami su C++ ir

Java objektais Jie privalo turėti skirtingus sąsajos apibrėžimus,

išreiškiamus naudojant bendrą kalbą (IDL) panašią į C++ Yra IDL atvaizdavimas kitomis programavimo kalbomis

(C++, Java ir t.t.) Todėl objektai, aprašyti skirtingomis programavimo

kalbomis, gali tarpusavyje bendrauti


Objektų užklausų tarpininkas (ORB)

ORB valdo objektų bendravimą. Jis žino visus sistemos objektus ir jų sąsajas

Naudojant ORB, kviečiantis objektas pririša IDL „kelmą” (“stub”), nustatantį kviečiamo objekto sąsają

Rezultatas gaunamas kreipiantis į ORB, kuris kviečia reikalaujamą objektą per paskelbtą IDL šabloną (skeleton) ir susieja sąsaja su serviso realizavimu


ORB pagrįstas objektų bendravimas

o1 o2

S (o1) S (o2)

IDL IDL


„kelmas”stub

šablonas skeleton


Išorinis-ORB bendravimas ORB dažniausiai nėra atskiros programos, o yra

objektų rinkinys bibliotekoje, kuris susiejamas su kuriama programa

ORB valdo bendravimą tarp objektų naudojamų tame pačiame mechanizme

Gali būti prieinami keletas ORB ir kiekvienas kompiuteris paskirstytoje sistemoje turės savo ORB

Išorinio ORB bendravimai yra naudojami paskirstytų objektų kvietimams


Išorinis-ORB bendravimas

o1 o2

S (o1) S (o2)

IDL IDL

o3 o4

S (o3) S (o4)

IDL IDL



Tinklas


CORBA servisai Įvardinimo ir apsikeitimo servisai

• Jie leidžia atrasti objektus ir pranešti kitiems objektams tinkle

Pranešimų servisai• Leidžia objektams pranešti kitiems

objektams, kad įvyko įvykis Tranzakcijų servisai

• Remia atskiras tranzakcijas ir grįžimą atgal, esant klaidai


Beveik visos naujos didelės sistemos – paskirstytos sistemos

Paskirstytos sistemos remia resursų dalinimą, atvirumą, lygiagretiškumą, išplečiamumą, klaidų toleranciją ir permatomumą

Kliento-serverio architektūra apima serverių teikiamus servisus programoms, veikiančioms pas klientus

Vartotojo sąsajos programinė įranga visada veikia pas klientą ir duomenys valdomi serveryje

Esminiai aspektai


Esminiai aspektai Paskirstytų objektų architektūroje nėra

skirtumo tarp klientų ir serverių Paskirstytų objektų sistemos reikalauja

tarpinių programinių priemonių objektų bendravimui

CORBA standartai yra tarpinių programinių priemonių aibė, kuri remia paskirstytų objektų architektūras

Paskirstytų sistemų architektūros

Documents

Transcript of Paskirstytų sistemų architektūros