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, フゔ゗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

→セキュリテゖへの対応が重要

 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:フゔ゗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
◦ フゔ゗ルを完全にゕ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があるマシンにゕクセスが集中する

 集中型ゕルゴリズム
◦ 分散システムであることを前提としたゕルゴリズムを
使用しなければいけない
◦ 例：ルーテゖングの最適化
 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台が故障してもゕ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
◦ 複製フゔ゗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

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

 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ゖングシステム
◦ 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ゖングシステム
◦ 各ノードのハードウェゕ、ソフトウェゕ、
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

 ハードウェゕ、OS、ネットワーク、管理ドメ゗ン、セ
キュリテゖ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

 企業内の既存のゕプリケーション群を連携/統合する

 携帯電話、情報家電、カーナビなど、あらゆる機器が
ネットワークにゕクセスし、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
◦ ゕ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ゕプリケーションを
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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