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

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1 Systèmes distribuésGénéraliés1 Université du Littoral - Côte dOpale Systèmes distribués Généralités L. Deruelle – N. Melab

2 Systèmes distribuésGénéraliés2 Plan n Motivations et objectifs n Domaines dutilisation n Architecture n Modèles et systèmes dexploitation n Modèles de communication n Propriétés et problèmes n Références bibliographiques

3 Systèmes distribuésGénéraliés3 Motivations et objectifs

4 Systèmes distribuésGénéraliés4 Définitions n Un système centralisé est un système dans lequel une seule UC peut travailler * Exemple : Mini-ordinateurs ou mainframes n Un système distribué est un système dans lequel plusieurs UCs interconnectées travaillent ensemble * NOWs (Networks of Workstations),... * Méta-systèmes : Machines parallèles,... n Un logiciel distribué est un logiciel pouvant être exécuté dans un système distribué

5 Systèmes distribuésGénéraliés5 Un peu dhistorique... n : Ordinateurs gros et chers * Mini-ordinateurs : plusieurs milliers de dollars n Loi de Grosch : la puissance de calcul dune UC est proportionnelle au carré de son prix * En accord avec la technologie des systèmes centralisés n A partir de 1985 : développement rapide des microprocesseurs et des réseaux locaux (LAN) n Emergence des systèmes distribués

6 Systèmes distribuésGénéraliés6 Motivations et objectifs (1) n Répondre aux besoins : * Décentralisation imposée par la mondialisation * Partage dinformations (économique) * Puissance de calcul plus importante pour un traitement plus efficace des informations * Extensibilité pour suivre lévolution des besoins des entreprises et établissements * Coopération dapplications patrimoines appartenant à plusieurs organismes différents

7 Systèmes distribuésGénéraliés7 Motivations et objectifs (2) n 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

8 Systèmes distribuésGénéraliés8 Evolution du matériel n 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 n Prévision : la performance des microprocesseurs respectera la loi de Moore en 2007

9 Systèmes distribuésGénéraliés9 Domaines dutilisation

10 Systèmes distribuésGénéraliés10 Domaines dutilisation (1) n Gestion * Décentralisation * Coopération entre les différentes filiales * Bases de données distribuées n Télécommunications * Informatique mobile (mobile computing) * Systèmes de sécurité très développés n Telemarketing & finances * E-business * Gestion de la bourse

11 Systèmes distribuésGénéraliés11 Domaines dutilisation (2) n World Wide Web * «Gros» document réparti n Metacomputing * Calcul distribué sur internet * Programme (recherche dextra- terrestres : ordinateurs) n Data Warehousing/Data Mining Hautes Performances * Bases de données réparties larges et denses n etc.

12 Systèmes distribuésGénéraliés12 Architecture

13 Systèmes distribuésGénéraliés13 Vue macroscopique dun SD Utilisateurs Applications OS ( services+noyau ) Matériel

14 Systèmes distribuésGénéraliés14 Matériel n SD = noeuds + réseau n Noeuds * Noeud = puissance de calcul+mémoire * Choix dépendant de la nature des applications * Critères : coût, puissance, disponibilité, etc. n Réseau de communication * Géographie * Topologie * Protocole de communication * Critères : coût, bande passante, débit, etc.

15 Systèmes distribuésGénéraliés15 Les noeuds n Mainframe n Super-calculateur n Machine massivement parallèle (MPP) n Ordinateur personnel (PC) n Ordinateur réseau (NC) n... Loi de Moore : La vitesse de traitement double tous les 18 mois

16 Systèmes distribuésGénéraliés16 Réseau (Géographie) n [Bus sur «chip»] n [Bus sur carte mère] n [Machines parallèles] n Clusters * Même salle : 1-100m * Bande passante : >= 1 Gb/s * Exemples : Myrinet, GigaEthernet, etc.

17 Systèmes distribuésGénéraliés17 Réseau (Géographie) n Local Area Network (LAN) * Même bâtiment : m * Bande passante : Mb/s * Exemples : Ethernet, étoile, anneau, etc. n Metropolitan Area Network (MAN) * Même ville : km * Bande passante : Mb/s et plus * Exemples : FDDI, ATM

18 Systèmes distribuésGénéraliés18 Réseau (Géographie) n Wide Area Network (WAN) * Large échelle (Internet) * Latence plus importante * Exemple : Web

19 Systèmes distribuésGénéraliés19 Topologie de connexion n Comment connecter les processeurs ? n Comment léchange dinformations est-il assuré ? n Topologies –Hypercube (nCube Hypercube, SGI Origin 2000) –Arbre (TMC CM-5) –Grille (Intel Paragon) –Mesh torique (Cray T3E) –Anneau (hiérarchie danneaux) (KSR-1) –Bus (NOW) –Topologies hybrides : réseaux complexes

20 Systèmes distribuésGénéraliés20 Réseau (Protocole) n TCP/IP (Internet, réseau hétérogène) n AppleTalk (Macintosh) n IPX/SPX (Novell Netware) n NetBios (IBM), NetBEUI (NetBios de Microsoft) n DCE (Digital) n...

21 Systèmes distribuésGénéraliés21 Modèles et systèmes dexploitation

22 Systèmes distribuésGénéraliés22 Modèles (1) n Modèle station de travail-serveur n Modèle «pool» de processeurs n Modèle client/serveur n Modèles hybrides n...

23 Systèmes distribuésGénéraliés23 Modèles (2) n 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 n «Pool» de processeurs * Matériel : terminaux + ordinateur virtuel unique * Partage : puissance de calcul + ressources

24 Systèmes distribuésGénéraliés24 Modèles (3) n Client /serveur * Serveur + ensemble de clients * Serveur : fournit un ensemble de services * Client : requêtes de services * Echange de requêtes/réponses

25 Systèmes distribuésGénéraliés25 Systèmes dexploitation (3) n Deux classes dOS * NOS (Network Operating System) : OS classique + couche réseau (ex : Windows NT, UNIX/NFS - rlogin, rcp, etc.) * DOS (Distributed Operating System) : vrai système distribué complètement transparent (ex : Amoeba)

26 Systèmes distribuésGénéraliés26 Modèles de communication

27 Systèmes distribuésGénéraliés27 n Echange de messages n Partage de mémoire n Appel de procédure à distance (RPC) n Objets distribués Modèles

28 Systèmes distribuésGénéraliés28 Léchange de messages (1) n Modèle sans espace dadressage partagé n Basé sur lutilisation de messages n Application distribuée = ensemble de processus communiquant par échange de messages n Echange dun 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

29 Systèmes distribuésGénéraliés29 n Modes de communication * Synchrone * Asynchrone * Synchrone différée n 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 Léchange de messages (2)

30 Systèmes distribuésGénéraliés30 n 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.) n PVM et MPI sont des standards de facto Léchange de messages (3)

31 Systèmes distribuésGénéraliés31 Le partage de mémoire n Modèle basé sur lutilisation dun espace mémoire partagé * en mémoire centrale ou sur disque * visible et accessible par plusieurs processus en même temps pour coopérer n Problème de synchronisation et de cohérence de données n Deux types de modèles : Threads, modèle à espace de tuples (ou modèle LINDA) * Glenda : implémentation sur PVM * JavaSpaces : Notification + gestion des transactions

32 Systèmes distribuésGénéraliés32 n Application distribuée = Ensemble de procédures réparties n 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)

33 Systèmes distribuésGénéraliés33 n Application distribuée = ensemble dobjets répartis (fournisseurs de services) n Les services sont demandés par des clients connaissant le contrat n Les objets sont implantés par un ou plusieurs serveur(s) n Exemples : CORBA, Java/RMI, DCOM, etc. Objets distribués

34 Systèmes distribuésGénéraliés34 Propriétés et problèmes

35 Systèmes distribuésGénéraliés35 Problèmes & propriétés (1) n 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 n Hétérogénéité * Deux niveaux : matériel & OS < Format XDR,... < Langages tels que Java

36 Systèmes distribuésGénéraliés36 Problèmes & propriétés (2) n Consistance * Absence dun état global * Echec de composants répartis n Robustesse * Tolérance aux fautes ( Checkpointing,... * Gestion des situations derreur < Changement de la topologie du système < Délai des messages lents < Impossibilité de localiser le serveur * Sécurité pour les utilisateurs et le système

37 Systèmes distribuésGénéraliés37 Problèmes & propriétés (3) n Transparence des ressources : plein dillusions... * Localisation * Migration (pas de changement de noms) * Réplication (nombre de copies non connu) * Concurrence (illusion dêtre seul) * Parallélisme n Extensibilité (scalability) * Réplication * Distribution * Caching * Problème : consistance n etc.


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