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Distributed Systems 第1章 Introduction

? @aomoriringo

? 雑用プログラマ@forschooner

? Pythonとか

? 分散システムの定義

? 分散システムの目標
? 拡張性の問題点
? 拡張手法

? 分散システムの種類

? A distributed system is a collection of independent
computers that appears to its users as a single
coherent system.

? ユーザに対して一貫性のあるシステムを提供する
独立したコンピュータの集合
? 各ノードが自律している(autonomous)
? ユーザは単一システムとして扱うと考える

? 分散システムを構築する際、対処すべき問題

? リソースを利用できる

? 透明性

? 開放性

? 拡張性

? リソースの例
? コンピュータ, プリンタ, データ, フ??ル, ウェブページ etc...

? ユーザが簡単にリソースを使用/共有できる

? ただし、接続性がよくなると???
? 盗聴/侵入される
? パスワード、クレジットカード番号などの保存方法
? スパムもたくさん来る

→セキュリテ?への対応が重要

? 透過的(transparent)
? 分散システムであることをユーザが意識しなくてもよい

? 透明性の種類
Access データ表現、リソースへのアクセス方法を隠蔽する
Location リソースの位置を隠蔽する
Migration リソースが他の場所に移動することを隠蔽する
Relocation リソースが使用中に他の場所に移されることを隠蔽する
Replication リソースが複製されることを隠蔽する
Concurrency リソースが複数のユーザで共有されることを隠蔽する
Failure リソースの故障、復旧を隠蔽する

? 完全に透明にしない方がよい/できない場合もある
? 時差による問題
? 物理的な距離による問題
? パフォーマンスの問題

? 例:フ??ルの複製を(物理的に離れた)複数の場所で
管理している場合
? フ??ルを完全に?ップデートするのに数秒かかる

? 標準的なルールに従って提供されている
? プロトコル
? APIを形式的に記述する

? 仕様が明確ならば、相互運用性と携帯性が高まる

? 相互運用性 (Interoperability)
? システム同士が連携できる能力
? 携帯性/移植性 (Portability)
? 環境を移行する際の容易さ

? システムの拡張性を図る3つの指標

? システムにユーザやリソースを簡単に追加できるか？

? ユーザとリソースがはるかに離れていても
地理的に拡張性があるか？

? 管理が簡単にできるか？

Concept Example
集中型サービス A single server for all users
Centralized services
集中型データ A single on-line telephone book
Centralized data
集中型アルゴリズム Doing routing based on complete
Centralized algorithm information

? 集中型サービス
? サービス中の特定の処理を1台のマシンのみで行う、など
? 処理の集中を避けられないこともある
(医療情報、口座情報など、機密性の高い情報を扱う場合)

? 集中型データ
? DBがあるマシンに?クセスが集中する

? 集中型?ルゴリズム
? 分散システムであることを前提とした?ルゴリズムを
使用しなければいけない
? 例：ルーテ?ングの最適化
? 全ての機器から情報を集める
? 1つのマシンで計算する
? すべての機器に結果を送信する

? システムの状態の完全な情報を持った機器はない。

? 機器はローカルな情報のみに基づいて判定をする。

? 機器1台が故障しても?ルゴリズムに影響しない。

? グローバルな時計が存在するという仮定を置かない。
? 正確に時刻を同期することができない

? 同期を前提とした設計ができない
? 1回の通信にLANの1000倍ぐらいかかる

? LANより接続の信頼性が低い

? 異なる管理領域にまたがる分散システムの拡張
? 別ドメ?ンからの攻撃の遮断

? 通信待ち時間の隠蔽

? 分散

? 反復

? できるだけリクエストへの反応を待たない
→非同期通信
? 入力フォームの例

? 要素を小さなパーツに分け、システム全体に広げる

? 例: Domain Name System (DNS)
? 地域ごとに名前空間が分けられている

? システム全体に構成要素を複製する
? 可用性を高める
? 負荷を分散する
? 複製フ??ルが多いと一貫性の問題が発生
(更新がすぐに反映されないと困る)

? 複製と一貫性のどちらをとるかは、リソースの使用法に
依存
? ウェブブラウザ
→複製により可用性を重視
? 電子証券取引所、オークション
→強い一貫性が求められる

? 分散システムを開発するときにしてはいけない仮定

? ネットワークが信頼出来る

? ネットワークが安全である

? ネットワークが均一である

? トポロジー(接続形態)が変化しない

? 待ち時間が0である

? 帯域幅が無限である

? 転送コストが0である

? 管理者は1人である

? 分散コンピューテ?ングシステム
? クラスタコンピューテ?ングシステム
? グリッドコンピューテ?ングシステム

? 分散情報システム
? トランザクション処理システム
? Enterprise Application Integration

? 分散浸透システム
? Home Systems
? Electronic Health Care Systems
? Sensor Networks

? 高性能計算用

? クラスタコンピューテ?ングシステム
? 同じようなPC + 高速LAN
? 各ノードが同じOS

? グリッドコンピューテ?ングシステム
? 各ノードのハードウェ?、ソフトウェ?、
ネットワークが大きく異なる

? スーパーコンピュータ
? 例: Beowulf clusters

? ハードウェ?、OS、ネットワーク、管理ドメ?ン、セ
キュリテ?ポリシーなどを仮定しない

? ネットワーク上の複数のホストが関連する1まとまりの
操作(トランザクション)を処理する

? トランザクションの基本操作

? トランザクション特有の性質 (ACID特性)

? Atomic (原子性, 不可分性)
? トランザクションは分けられない
トランザクションは「全て実行される」or「1つも実行されない」

? Consistent (一貫性)
? トランザクションの前後ではデータの整合性が保たれる

? Isolated (独立性)
? 並列のトランザクションはお互いに干渉しない

? Durable (耐久性, 持続性)
? トランザクションがコミットされると、その結果は永続する

? 公司内の既存の?プリケーション群を连携/统合する

? 携帯電話、情報家電、カーナビなど、あらゆる機器が
ネットワークに?クセスし、情報が普通の人々の生活の
あらゆる面に深く「浸透」していくような環境

? 浸透システムの要件
? 文脈の変化を受け入れる
? ?ドホックな構成を促す
? 基本的に共有を許可する

? 分散システムは複数の自律システムから成り、
一貫したシステムを提供する

? 異なるコンピュータで動く異なる?プリケーションを
1つのシステムにまとめることができる

? 分散透過性を達成する方法は分散システムのデザ?ン
固有なので、分散システムは難しい

? 計算、情報処理、浸透性を指向する分散システムが
存在する

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