Systèmes distribuésGénéraliés1 Université du Littoral - Côte dOpale Systèmes distribués Généralités L. Deruelle – N. Melab [email protected]

Systèmes distribués Généraliés 1

Université du Littoral - Côte d’Opale Université du Littoral - Côte d’Opale

Systèmes distribués

Généralités

L. Deruelle – N. [email protected]


PlanPlan

Motivations et objectifs Domaines d’utilisation Architecture Modèles et systèmes d’exploitation Modèles de communication Propriétés et problèmes Références bibliographiques


Motivations et objectifsMotivations et objectifs


DéfinitionsDéfinitions

Un système centralisé est un système dans lequel une seule UC peut travailler Exemple : Mini-ordinateurs ou mainframes

Un système distribué est un système dans lequel plusieurs UCs interconnectées travaillent ensemble NOWs (Networks of Workstations), ... Méta-systèmes : Machines parallèles, ...

Un logiciel distribué est un logiciel pouvant être exécuté dans un système distribué


Un peu d’historique ...Un peu d’historique ...

1945 - 1985 : Ordinateurs gros et chers Mini-ordinateurs : plusieurs milliers de dollars

Loi de Grosch : la puissance de calcul d’une UC est proportionnelle au carré de son prix En accord avec la technologie des systèmes centralisés

A partir de 1985 : développement rapide des microprocesseurs et des réseaux locaux (LAN)

Emergence des systèmes distribués


Motivations et objectifs (1)Motivations et objectifs (1)

Répondre aux besoins : Décentralisation imposée par la mondialisation Partage d’informations (économique) Puissance de calcul plus importante pour un

traitement plus efficace des informations Extensibilité pour suivre l’évolution des besoins des

entreprises et établissements Coopération d’applications patrimoines appartenant à

plusieurs organismes différents


Motivations et objectifs (2)Motivations et objectifs (2)

Evolution technologique du matériel informatique Croissance du ratio performance/prix des ordinateurs

Puissance de calcul comparable à celle de gros ordinateurs Prix nettement inférieur à celui des gros ordinateurs

Evolution technologique des réseaux (de plus en plus rapides et de moins en moins chers)

Réseaux haut débit : Myrinet, ATM, GigaEthernet, etc. Internet


Evolution du matérielEvolution du matériel

Evolutions – Capacité mémoire double chaque 1.5 an– La performance CPU double tous les 2 ans– La largeur du bus de données double tous les 5 ans– La vitesse de la DRAM double tous les 7 ans

Prévision : la performance des microprocesseurs respectera la loi de Moore en 2007


Domaines d’utilisationDomaines d’utilisation


Domaines d’utilisation (1)Domaines d’utilisation (1)

Gestion Décentralisation Coopération entre les différentes filiales Bases de données distribuées

Télécommunications Informatique mobile (mobile computing) Systèmes de sécurité très développés

Telemarketing & finances E-business Gestion de la bourse


Domaines d’utilisation (2)Domaines d’utilisation (2)

World Wide Web «Gros» document réparti

Metacomputing Calcul distribué sur internet Programme SETI@HOME (recherche d’extra-

terrestres : 2.400.000 ordinateurs)

Data Warehousing/Data Mining Hautes Performances Bases de données réparties larges et denses

etc.


ArchitectureArchitecture


Vue macroscopique d’un SDVue macroscopique d’un SD

Utilisateurs

Applications

OS (services+noyau)

Matériel


MatérielMatériel

SD = noeuds + réseau Noeuds

Noeud = puissance de calcul+mémoire Choix dépendant de la nature des applications Critères : coût, puissance, disponibilité, etc.

Réseau de communication Géographie Topologie Protocole de communication Critères : coût, bande passante, débit, etc.


Les noeudsLes noeuds

Mainframe Super-calculateur Machine massivement parallèle (MPP) Ordinateur personnel (PC) Ordinateur réseau (NC) ...

Loi de Moore : La vitesse de traitement double tous les 18 mois


Réseau (Géographie)Réseau (Géographie)

[Bus sur «chip»] [Bus sur carte mère] [Machines parallèles] Clusters

Même salle : 1-100m Bande passante : >= 1 Gb/s Exemples : Myrinet, GigaEthernet, etc.



Local Area Network (LAN) Même bâtiment : 1-1000m Bande passante : 10-100 Mb/s Exemples : Ethernet, étoile, anneau, etc.

Metropolitan Area Network (MAN) Même ville : 0.1-100km Bande passante : 1-100 Mb/s et plus Exemples : FDDI, ATM



Wide Area Network (WAN) Large échelle (Internet) Latence plus importante Exemple : Web


Topologie de connexionTopologie de connexion

Comment connecter les processeurs ? Comment l’échange d’informations est-il assuré ? Topologies

– Hypercube (nCube Hypercube, SGI Origin 2000)– Arbre (TMC CM-5)– Grille (Intel Paragon)– Mesh torique (Cray T3E)– Anneau (hiérarchie d’anneaux) (KSR-1)– Bus (NOW)– Topologies hybrides : réseaux complexes


Réseau (Protocole)Réseau (Protocole)

TCP/IP (Internet, réseau hétérogène) AppleTalk (Macintosh) IPX/SPX (Novell Netware) NetBios (IBM), NetBEUI (NetBios de Microsoft) DCE (Digital) ...


Modèles et systèmes d’exploitation

Modèles et systèmes d’exploitation


Modèles (1)Modèles (1)

Modèle station de travail-serveur Modèle «pool» de processeurs Modèle client/serveur Modèles hybrides ...



Station de travail - serveur Matériel : stations de travail + réseau Quelques stations fournissent des services spéciaux Chaque station fournit une puissance de calcul locale

& un accès réseau

«Pool» de processeurs Matériel : terminaux + ordinateur virtuel unique Partage : puissance de calcul + ressources



Client /serveur Serveur + ensemble de clients Serveur : fournit un ensemble de services Client : requêtes de services Echange de requêtes/réponses


Systèmes d’exploitation (3)Systèmes d’exploitation (3)

Deux classes d’OS NOS (Network Operating System) : OS classique +

couche réseau (ex : Windows NT, UNIX/NFS -

rlogin <machine>, rcp <machine1:fichier1> <machine2:fichier2>, etc.)

DOS (Distributed Operating System) : vrai système

distribué complètement transparent (ex : Amoeba)


Modèles de communicationModèles de communication


Echange de messages Partage de mémoire Appel de procédure à distance (RPC) Objets distribués

ModèlesModèles


L’échange de messages (1) L’échange de messages (1)

Modèle sans espace d’adressage partagé

Basé sur l’utilisation de messages Application distribuée = ensemble de processus

communiquant par échange de messages Echange d’un message m entre P1 (M1) et P2 (M2)

Emballage des données dans la machine M1 Transmission de m (à travers le réseau) Déballage de m dans la machine M2 et traitement de m


Modes de communication Synchrone Asynchrone Synchrone différée

La performance du modèle dépend de plusieurs facteurs : Débit du réseau : vitesse de transmission des messages Latence du réseau : nombre de messages pouvant

passer dans le réseau en même temps Puissance des machines (puissance du processeur,

taille des buffers, etc) : emballage et déballage



Les librairies de communication les plus utilisées : Parallel Virtual Machine ou PVM (Dongarra, Mancheck,

Geist et al.) Message Passing Interface ou MPI (Mancheck , Geist,

et al.)

PVM et MPI sont des standards de facto



Le partage de mémoireLe partage de mémoire

Modèle basé sur l’utilisation d’un espace mémoire partagé en mémoire centrale ou sur disque visible et accessible par plusieurs processus en même

temps pour coopérer

Problème de synchronisation et de cohérence de données

Deux types de modèles : Threads, modèle à espace de tuples (ou modèle LINDA) Glenda : implémentation sur PVM JavaSpaces : Notification + gestion des transactions


Application distribuée = Ensemble de procédures réparties

Exécution Appel de procédures à distances Procédures exécutées par un serveur Le serveur fournit : nom, numéro de version et

localisation de la procédure Liaison dynamique par le client via les pages jaunes, un

serveur de noms DNS, etc.

Remote Procedure Call (RPC)Remote Procedure Call (RPC)


Application distribuée = ensemble d’objets répartis (fournisseurs de services)

Les services sont demandés par des clients connaissant le contrat

Les objets sont implantés par un ou plusieurs serveur(s)

Exemples : CORBA, Java/RMI, DCOM, etc.

Objets distribuésObjets distribués


Propriétés et problèmesPropriétés et problèmes


Problèmes & propriétés (1)Problèmes & propriétés (1)

Efficacité Délais de communication

De quelques µs à quelques ms, voire quelques secondes

Causes Propagation des données Surcoût (Overhead) des protocoles de communication Régulation de charge

Hétérogénéité Deux niveaux : matériel & OS

Format XDR, ... Langages tels que Java



Consistance Absence d’un état global Echec de composants répartis

Robustesse Tolérance aux fautes

Checkpointing, ...

Gestion des situations d’erreur Changement de la topologie du système Délai des messages lents Impossibilité de localiser le serveur

Sécurité pour les utilisateurs et le système



Transparence des ressources : plein d’illusions ... Localisation Migration (pas de changement de noms) Réplication (nombre de copies non connu) Concurrence (illusion d’être seul) Parallélisme

Extensibilité (scalability) Réplication Distribution Caching Problème : consistance

etc.

Documents

Systèmes distribuésGénéraliés1 Université du Littoral - Côte dOpale Systèmes distribués Généralités L. Deruelle – N. Melab [email protected]