Что такое центр обработки данных? Каковы элементы концепции облачных вычислений? (ОПК-1)

Центры обработки данных – это сложная система, которая включает в себя целый комплекс IT решений, высокотехнологичного оборудования и инженерных конструкций. Основная задача такого центра заключается в быстрой обработке любого объема данных, хранении информации и ее выдаче в стандартизированном виде пользователю. Фактически ядром центра являются мощные серверные станции, снабженные необходимым программным обеспечением, системами охлаждения и безопасности.

Элементами концепции облачных вычислений являются: инфраструктура как сервис, платформа как сервис, программное обеспечение как сервис, а также бизнес-приложения доступные через Интернет. Иными словами, организация облачных вычислений коренным образом меняет архитектуру системы: в ней необходимо представить все возможности обработки данных, использования программ настройки и т.д. как облачные сервисы.

Различаются следующие уровни архитектуры облачных вычислений.

Уровень клиента – это клиентское ПО, используемое для доступа к облачным сервисам, например, web- браузер.

Уровень сервисов – это сами сервисы, используемые через облачную модель.

Уровень приложений – это программы, доступные через облако и не требующие инсталляции на компьютере пользователя (в последнем – одно из главных преимуществ облачной модели).

Уровень платформы – это программная платформа, объединяющая полный набор инструментов для развертывания и использования облачных вычислений на пользовательском компьютере (без дополнительных инсталляций, покупки оборудования и др.). Пример такой платформы: Microsoft.NET Azure Services Platform.

Уровень памяти – поддержка хранения данных пользователя и доступа к ним через облако.

Уровень инфраструктуры – предоставление полной виртуализованной платформы через облако, например, Amazon EC2.

Рассмотрим схему архитектуры облачных вычислений:

• Сервисы, доступные через облако
• Инфраструктура для их развертывания и использования
• Платформа – набор инструментов для использования облака
• Память – поддержка хранения пользовательских данных в ЦОД, реализующем облако
• Архитектор облака – это главный разработчик его архитектуры.
• Интегратор облака – это его системный администратор, отвечающий за добавление компонент в облако и их изменение.
• Компоненты облака – как правило, являются Web-сервисами.

Облако может быть общедоступным или частным (корпоративным).

При использовании облачных вычислений несколько изменяются и роли участвующих в них специалистов.

Поставщиком облака является центр обработки данных.

Пользователями облака могут быть любые пользователи Интернета.

Производитель оборудования или ПО – это компания, обеспечивающая разработку аппаратуры и программного обеспечения для центра обработки данных.

Модель облачных вычислений основана на соблюдении целого ряда стандартов.

Для взаимодействия приложений используются стандарты HTTP (основной Web-протокол), XMPP (Jabber) – стандарт для отправки и получения мгновенных сообщений, SSL (Secure Socket Layer)– уровень безопасных сокетных сетевых соединений.

Для работы клиентов в облаке используются Web-браузеры (с активным использованием технологии AJAX, позволяющей уменьшить число перенаправлений с одной веб-страницы на другую и, тем самым, время доступа пользователя к необходимой ему информации) и offline-клиенты, работа которых основана на HTML 5 (специальной версии HTML для облачных вычислений).

Для реализации облака используются принципы виртуализации программ и данных и стандарт OMF.

Для взаимодействия с сервисами данные передаются в формате XML.

Что такое пользовательские потоки? Что такое системные потоки и чем они отличаются от пользовательских? Какие существуют модели многопоточности? Каковы проблемы многопоточности? Что такое сигнал и как он обрабатывается в многопоточной программе? (ПК-15)

Поток пользовательского уровня (user thread) - высокоуровневый поток, операции над которым включены в интерфейс пользователя ОС.

38. Каким образом осуществляется коммуникация процессов? Что такое непосредственная и косвенная коммуникация? Какими операциями осуществляется коммуникация? Какие вопросы анализируются при анализе реализации коммуникационной линии между процессами? Как осуществляется непосредственная коммуникация процессов? Как осуществляется косвенная коммуникация процессов? (ПК-18)

В чем особенности синхронной и асинхронной передачи сообщений? Что такое очередь сообщений и какие ее разновидности используются ? Что такое рандеву процессов? Какие Вы знаете способы клиент-серверной коммуникации процессов? Что такое сокет и как осуществляется сокетная коммуникация процессов? (ПК-15)

Синхронная передача.

Метод передачи, при котором для управления потоком данных используются тактовые синхросигналы. При синхронной передаче кадры (frame) передаются через равные промежутки времени, причем синхронизм должен жестко контролироваться передающим и принимающим компьютерами. Для начальной синхронизации и контроля за синхронизмом в процессе передачи в поток данных включаются специальные символы, благодаря чему оба взаимодействующих устройства могут обнаруживать и корректировать любые временные отклонения.

Асинхронная передача.

Метод передачи данных, при которой интервалы времени между направляемыми блоками данных не являются постоянными (сигнал на линии может появиться в любой момент времени). Для выделения в потоке данных блоков в начале и конце каждого из них записываются старт/стопные биты. При асинхронной передаче передатчик и приемник данных работают не зависимо друг от друга.

Преимущества асинхронной передачи:

· несложная, отработанная технология;

 недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование;

Недостатки: · примерно треть пропускной способности теряется на передачу служебных битов; · при множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации;

· невысокая (по сравнению с синхронной) скорость передачи.

Очередь сообщений – это форма асинхронной коммуникации между сервисами, применяемая в бессерверных и микросервисных архитектурах. Сообщения хранятся в очереди, пока не будут обработаны и удалены. Каждое сообщение обрабатывается только один раз и только одним потребителем. Очереди сообщений могут использоваться для разъединения сложных процессов обработки, для буферизации или организации пакетной обработки, а также для сглаживания пиковых нагрузок.

Доступны следующие очереди сообщений системы:

· Очередь сообщений системного оператора QSYSOPR содержит сообщения системы, требующие ответа от оператора.

· Очередь необязательных сообщений QSYSMSG содержит сообщения об ошибках.

· Протокол хронологии QHST содержит сообщения о работе системы.

· Очереди сообщений принтеров содержат сообщения, связанные с каждым принтером.

· Очередь сообщений, используемая программами Электронной поддержки заказчиков для отправления сообщений при получении заказов PTF, хранит все сообщения, отправляемые Электронной поддержкой заказчиков, таким образом, чтобы количество сообщений, отправляемых QSYSOPR, могло быть увеличено.

· С каждым пользователем и рабочей станцией также связана отдельная очередь сообщений, содержащая сообщения от системного оператора, других пользователей или системы.

Используются, в частности, следующие ее разновидности, которые мы и рассмотрим:

· · Сокеты (Sockets)

· · Удаленные вызовы процедур (Remote Procedure Calls – RPC)

· · Удаленныевызовыметодов (Remote Method Invocation – RMI).

Сокеты –наиболее распространенный способ связи клиента и сервера в сети. Впервые они были реализованы вUNIX BSD 4.2. Сокет можно определить как отправную (конечную) точку для коммуникации -endpoint for communication. Сокет создается клиентом для взаимодействия с сервером. Сокет связан с определенным номером порта,через который клиент и сервер обмениваются информацией, используя числовой или символьный последовательный поток. Сервер, со своей стороны, прослушиваетпорт с заданным номером и создает для этого серверный сокет. По сути дела, сокет можно представлять как конкатенацию IP-адреса и порта. Например, сокет 161.25.19.8:1625 ссылается на порт 1625 на машине (хосте) 161.25.19.8. Коммуникация осуществляется между парой сокетов – клиентским и серверным.

Удаленные вызовы процедур (Remote Procedure Calls – RPC)впервые предложены фирмой Sun и реализованы в ОС Solaris.

Удаленный вызов процедуры (RPC) – абстракция вызова процедуры между процессами в сетевых системах. Он основан на следующей идее. В клиентской части создаются заглушка (proxy, stub)– локальная процедура, осуществляющая связь с фактической процедурой, находящейся на сервере. Заглушка в клиентской части находит сервер и выстраивает (marshals)параметры для их передачи на сервер по сети. Проблема здесь в том, что адресация на клиенте и на сервере различная, и передавать адрес в памяти каких-либо данных с одного хоста на другой не имеет смысла. Поэтому приходится использовать особую форму передачи информации в виде последовательного потока байтов. Заглушка в серверной части принимает сообщение, распаковывает параметры, преобразует их к нормальному виду и выполняет процедуру на сервере.

Удаленный вызов метода (Remote Method Invocation, RMI)– механизм в Java-технологии, аналогичный RPC, но в объектно-ориентированной форме.

40. Почему необходима синхронизация параллельных процессов ? В чем суть задачи "ограниченный буфер"? Почему необходимы атомарность и взаимное исключение операций над счетчиком числа элементов в буфере? Что такое interleaving и в чем его опасность при использовании общих переменных параллельными процессами? (ПК-18).

Синхронизация процессов (от древне-греч. σύγχρονος — одновременный) — приведение двух или нескольких процессов к такому их протеканию, когда определённые стадии разных процессов совершаются в определённом порядке, либо одновременно.

Синхронизация необходима в любых случаях, когда параллельно протекающим процессам необходимо взаимодействовать. Для её организации используются средства межпроцессного взаимодействия. Среди наиболее часто используемых средств — сигналы и сообщения, семафоры и мьютексы, каналы (англ. pipe), совместно используемая память.

Интерливинг является очень эффективным средством, позволяющим повысить надежность передачи информации в каналах с короткими и очень глубокими замираниями, а также при наличии широкополосных (кратковременных) помех. В этих ситуациях уменьшение величины принимаемого сигнала превышает все возможности приемных устройств, и некоторое количество передаваемых символов будет безвозвратно утеряно.