Распределенная обработка данных (стр. 6 )

В схеме иерархии независимых данных все процессоры представляют собой независимые замкнутые системы обработки данных. Структура данных на машинах нижнего уровня сильно отличается от их структуры на верхнем уровне. Наиболее распространенным примером отношений такого вида могут служить системы, в которых нижние уровни предназначены для рутинных повторяющихся (массовых) операций: приема заказов, контроля за выпуском  продукции, управления складом и т. п.

В машине верхнего уровня, расположенной, возможно, при главном управлении  предприятием, находится информационная система, которая должна снабжать необходимой  информацией руководство, планирующие подразделения, отделы прогнозирования,  разработчиков новых изделий и стратегий. Все данные могут быть извлечены из нижних уровней, но они суммируются, редактируются, реорганизуются с помощью вторичных индексов или иных методов поиска, чтобы обеспечить ответы на разнообразные, часто заранее непредвиденные вопросы.

Далее – системы с расщепленными данными.

Здесь несколько систем с идентичными структурами данных. Система в районе А хранит данные района А, система в районе В хранит данные района В и т. д. Большинству обрабатываемых транзакций требуются только те данные, которые находятся в обрабатывающей системе, но в некоторых случаях для обработки транзакции, возникшей в одном районе, могут потребоваться данные из другого  района. При этом объектом передачи из одного района в другой через сеть может стать либо транзакция, либо данные. Во многих организациях установлено большое число персональных компьютеров с одинаковыми расщепленными файлами в каждой, а сеть объединяет их в единую систему.

Отметим различия между системами с расщепленными и с разделенными данными. В системах с расщепленными данными прикладные программы и структуры данных одни и те же. Программирование для  всех машин выполняет одна общая группа разработчиков. В системах же с разделенными данными объединенные в сеть подсистемы содержат разные данные и разные программы, как правило, создаются разными группами разработчиков. Компьютеры получают возможность запрашивать данные друг у друга. Компьютер конечного пользователя может быть подключен к системе в целом.

Рассмотрим систему с реплицированными данными.

Идентичные копии данных хранятся в разных местах, потому что дублирование памяти позволяет избежать передачи больших объемов данных, и это оказывается дешевле. Такая организация имеет смысл только в тех случаях, когда объем обновлений невелик.

Она состоит из независимых вычислительных систем, установленных различными организациями для решения своих  специфических задач и объединенных через универсальную сеть. Каждый компьютер хранит только собственные данные, и никакого сходства или единства форм организации данных здесь нет. Пользователь может получить доступ к любой машине в сети, но он должен в деталях знать, как организованы данные на этой конкретной машине.

Многие конфигурации содержат комбинированные формы.

Классификация распределенных систем по типу распределения процессоров (аспект обработки).

Существует несколько типов систем распределенной обработки данных, в которых компоненты объединены с помощью средств связи.

Прежде всего определим горизонтальное и вертикальное распределение.

Под вертикальным распределением понимают иерархию процессоров. Как правило, транзакция входит в систему и покидает ее на самом нижнем уровне. Может оказаться, что на самом нижнем уровне транзакция обрабатывается полностью или же выполняются только некоторые действия, и она передается на более высокий уровень. Все транзакции либо какая-то их часть достигают верхнего уровня, который имеет доступ к файлам или базам данных. Машина верхнего уровня иерархии сама по себе может быть вычислительной системой и обрабатывать свои собственные транзакции. Однако данные, с которыми она работает, передаются ей системами нижних уровней. Так, на верхнем уровне может оказаться система высшей ступени административного руководства. К ней будут стекаться данные от заводов, отделений, складов и других систем. 

При горизонтальном распределении процессоры не различаются по рангу, все они имеют одинаковый статус. Транзакция проходит только через один процессор, хотя в наличии может быть много процессоров. В некоторых системах равноправных партнеров транзакции могут передаваться от одного партнера к другому, вызывая в каждом обновление своих файлов.

Горизонтальное распределение иллюстрируется следующим рисунком. На первой схеме несколько процессоров подсоединены к шине или к широкополосному короткому каналу, на второй - к кольцу, на третьей и четвертой (спутниковая связь) схемах представлены горизонтальные компьютерные сети, в которых пользователь может войти в одну из машин.

Распределение по функциям

В некоторых системах распределение производится по функциям, а не по способности полностью обработать транзакции. Централизованные системы телеобработки 70-x годов работали с простыми терминалами и выполняли почти все функции в центральной машине. Сначала были вынесены вспомогательные системные и управляющие функции, затем такие, как сбор данных, редактирование, диалог с оператором за терминалом и, наконец, многие функции самих прикладных программ.

При этом предполагается распределение функций по вертикали, при котором машины нижнего уровня передают транзакции вычислительной системе более высокого уровня. В качестве машин нижнего уровня могут использоваться интеллектуальные терминалы, в которых процессоры выполняют функции редактирования сообщений, форматирования экрана, организации диалога с оператором в процессе сбора данных, обеспечения секретности, уплотнения сообщений. Они не обрабатывают транзакцию полностью.  При таком распределении периферийные машины не смогут полностью автономно работать, если они окажутся отрезанными от главной машины в случае отказов в системе связи или каких-либо других отказов.

В случае распределения по функциям жизненно важно тесное взаимодействие между машинами разных уровней. Поэтому нужны единые стандарты на всю систему, регламентирующие распределяемые функции. Эти стандарты должны определять, каким образом машины нижних и верхних уровней образуют части архитектуры всей системы с соответствующими общими механизмами управления и программным обеспечением.

Распределение по системам 

В случае распределения по системам машины нижнего уровня сами по себе являются системами, обрабатывающими свои собственные транзакции и только в необходимых случаях передающими транзакции или данные вверх по иерархии другим машинам.  При такой обработке периферийные процессоры хранят свои собственные данные и могут автономно работать, хотя и подключены к системам более высокого уровня.

При распределении по системам машины нижних и верхних уровней могут быть совершенно различными и несовместимыми.

Комбинированные системы

Строгого разграничения между распределением по функциям и распределением по системам не существует. В одних ситуациях наблюдается переход от распределения по функциям к распределению по системам с требованием все больших мощностей в периферийных машинах, в других - периферийные машины начинают работать как автономные и затем подсоединяются к системе более высокого уровня.

Вертикально распределенная конфигурация может содержать более двух уровней процессоров. В некоторых системах число уровней доходит до четырех.

К нижнему уровню могут относиться терминалы для ввода данных или микропроцессоры, а также сканирующие датчики измерительных приборов.

На следующем уровне может располагаться компьютер в торговом районе, собирающий и накапливающий данные, относящиеся к этому району, или же компьютер на заводе, который собирает данные от микропроцессоров и используется для планирования производственных операций.

Третий уровень представлен большой вычислительной системой в каком-либо отделении фирмы, выполняющей разнообразные виды обработки данных и управляющей различными базами данных для повседневных рутинных операций. Этот вычислительной центр получает информацию от систем нижележащего уровня и посылает им указания.

На самом верхнем уровне располагается административная информационная система фирмы со своими структурами данных, отличающимися от структур в системах, используемых для рутинных операций. Эта система помогает при принятии различных административных решений.  В нее может быть заложена комплексная финансовая модель фирмы или сложные программы, позволяющие осуществить оптимизацию некоторых  операций. Административная система получает обобщенные данные от других систем, находящихся на более низких уровнях.

Горизонтальное  распределение

До сих пор мы рассматривали системы с вертикальным распределением. Перейдем теперь к обсуждению систем с горизонтальным распределением.

Горизонтальные конфигурации можно классифицировать по степени гомогенности (однородности) взаимодействующих систем. Степень гомогенности влияет на общую структуру, на выбор программного обеспечения, на способы передачи и на общие методы управления функционированием сети.

В одних случаях мы имеем идентичные машины с едиными прикладными программами в рамках конкретной фирмы. В других случаях мы сталкиваемся с несовместимыми машинами, работающими по совершенно разным программам в разных организациях и тем не менее объединенными сетью.

Вопрос о том, какой должна быть конфигурация: вертикальной, горизонтальной или смешанной, зависит от структуры обеспечиваемых взаимодействий и схемы использования данных.

При проектировании распределенных систем приходится сталкиваться со следующими проблемами:

Где находятся требуемые для выполнения работы устройства? Независимы ли эти устройства или работа одних из них зависит от результатов работы других? Какие хранимые данные необходимы для работы устройств? Используют ли они общие или независимые данные? Какие транзакции должны передаваться от одного устройства другому? Какова схема потока транзакций? Должны ли транзакции передаваться от устройства к устройству сразу или допустима задержка? Какова стоимость задержки?

В разных фирмах эти проблемы будут решаться по-разному, поскольку различны структуры взаимодействий. Различны и структуры информационных потоков между устройствами. Таким образом, все фирмы стремятся иметь свои собственные, естественные для них формы распределенной обработки. То, что наиболее подходит для авиакомпании, не обязательно хорошо для страхового общества.