Елена Николаевна Чернопрудова, Сергей Анатольевич Щелоков - Проектирование распределенных информационных систем

Целью изучения дисциплины является овладение современными методами и средствами технологии исследования и проектирования, разработки и использования проблемно – ориентированных распределенных информационных систем (РИС). Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих основных задач: изучение распределенной обработки информации в автоматизированных информационных системах, архитектуры РИС, технологической базы РИС, распределенных информационных ресурсов и сетей, распределенных баз данных, принципов и технологий управления обменом информацией в РИС, методов и средств доступа к удаленным информационным ресурсам.

Дисциплина относится к дисциплинам вариативной части учебного профессионального цикла.

Выпускник должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):

– способен к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК- 2);

– осознает сущность и значение информации в развитии современного общества; владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации (ОК-11);

Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

– применять перспективные методы исследования и решения профессиональных задач на основе знания мировых тенденций развития вычислительной техники и информационных технологий (ПК-1);

– организовывать работу и руководить коллективами разработчиков программных средств информационных и автоматизированных систем (ПК-7).

Понятие «персональный компьютер», возникшее в уже далеком 1945 году и обозначающее индивидуальную работу пользователя в отдельно взятой комнате, изолированно от других пользователей, претерпело большие изменения и в реальной обыденной жизни и в виртуальном характере общения пользователя с информационными объектами. Начиная с середины восьмидесятых годов большие и дорогие майнфреймы уступают место компактным компьютерам с более мощными микропроцессорами. Следующий виток технологического развития обозначается появлением локальных сетей (Local-Area Networks, LAN), позволяющих объединить сотни компьютеров, находящихся в здании, таким образом, что машины в состоянии обмениваться небольшими порциями информации за несколько микросекунд. Большие массивы данных передаются с машины на машину со скоростью от 10 Мбит/c до 10 Гбит/c. Затем появляются глобальные сети (Wide-Area Networks, WAN), позволяюющие миллионам машин во всем мире обмениваться информацией со скоростями, варьирующимися от 64 кбит/с (килобит в секунду) до гигабит в секунду.

В результате развития этих технологий сегодня не просто возможно, но и достаточно легко можно собрать компьютерную систему, состоящую из множества компьютеров, соединенных высокоскоростной сетью. Ее можно назвать простейшей распределенной информационной системой (РИС), в отличие от предшествовавших ей централизованных, или однопроцессорных систем, состоявших из одного компьютера, его периферии и, возможно, нескольких удаленных терминалов. Технологический скачок революционного развития вычислительной техники потребовал концептуальных изменений в использовании средств обработки информации.

Появился новый термин – «распределенная информационная система». Возникает научная задача – термину РИС нужно дать лаконичное и научно обоснованное определение. На сегодняшний день по утверждению известного специалиста в области информатики Э.Таненбаума, не существует общепринятого и в то же время строгого определения распределенной системы. В современной литературе можно выделить следующие научные толкования нашего термина как распределенная автоматизированная система (РАС):

– РАС – это автоматизированная система управления, которая приобрела специфику территориально рассредоточенной автоматизированной системы;

– РАС – это совокупность независимых объектов, которые взаимодействуют с целью решения проблемы, которая не может быть решена одним объектом индивидуально. При таком подходе распределенной является любая вычислительная система, где обработка данных разделена между двумя и более компьютерами;

– РАС – это совокупность независимых компьютеров, представляющаяся пользователям единой объединенной системой.

Такой подход к определению распределенной системы имеет свои недостатки. Например, все используемое в такой распределенной системе программное обеспечение могло бы работать и на одном единственном компьютере, однако с точки зрения приведенного выше определения такая система уже перестанет быть распределенной;

– распределенной является такая вычислительная система, в которой неисправность компьютера, о существовании которого пользователи ранее даже не подозревали, приводит к остановке всей их работы. Значительная часть распределенных вычислительных систем, к сожалению, удовлетворяют такому определению, однако формально оно относится только к системам с уникальной точкой уязвимости.

Первый прототип РИС, имеющий структуру «клиент – сервер», следует рассматривать (рисунок 1) как некое типичное приложение, которое в соответствии с современными представлениями может быть разделено на следующие логические уровни:

– пользовательский интерфейс (ИП);

– логика приложения (ЛП);

– доступ к данным (ДД), работающий с базой данных (БД).

Пользователь системы взаимодействует с ней через интерфейс пользователя, база данных хранит данные, описывающие предметную область приложения, а уровень логики приложения реализует все алгоритмы, относящиеся к предметной области.

Рисунок 1 – Архитектура «клиент – сервер»

Поскольку на практике разных пользователей системы обычно интересует доступ к одним и тем же данным, наиболее простым разнесением функций такой системы между несколькими компьютерами будет разделение логических уровней приложения между одной серверной частью приложения, отвечающим за доступ к данным, и находящимися на нескольких компьютерах клиентскими частями, реализующими интерфейс пользователя. Логика приложения может быть отнесена к серверу, клиентам, или разделена между ними. Архитектуру построенных по такому принципу приложений называют клиент-серверной или двухзвенной. На практике подобные системы часто не относят к классу распределенных, но формально они могут считаться простейшими представителями распределенных систем.

Развитием архитектуры клиент-сервер является трехзвенная архитектура, в которой интерфейс пользователя, логика приложения и доступ к данным выделены в самостоятельные составляющие системы, которые могут работать на независимых компьютерах. Запрос пользователя в подобных системах последовательно обрабатывается клиентской частью системы, сервером логики приложения и сервером баз данных. Однако обычно под распределенной системой понимают системы с более сложной архитектурой, чем трехзвенная.