Презентация Операційні системи. Розподілені файлові системи онлайн

Содержание слайда: Операційні системи Лекція 15 Розподілені файлові системи

Содержание слайда: План лекції

Содержание слайда: Функції розподілених файлових систем Функції розподілених файлових систем такі ж, як і в централізованих системах Зберігання програм і даних Надання доступу до них

Содержание слайда: Файл-сервери Файлова система підтримується файл-серверами Файл-сервери: перехоплюють запити на зчитування або записування перевіряють їх виконують їх відповідь надсилають відправнику запиту Зазвичай файл-сервери мають ієрархічні файлові системи Клієнти (робочі станції) можуть монтувати ці файлові системи до своїх локальних файлових систем

Содержание слайда: Файловий сервіс vs файловий сервер Файловий сервіс – опис функцій, які файлова система пропонує користувачам Примітиви, що існують Їхні параметри Функції, що вони виконують Фактично файловий сервіс – це інтерфейс файлової системи з клієнтами Тобто, з точки зору користувача описано, що можна зробити, але не описано, як це реалізовано

Содержание слайда: Файловий сервіс vs файловий сервер Файловий сервер – це процес, що виконується на окремій машині і забезпечує реалізацію файлового сервісу У добре організованій розподіленій системі користувачі не знають кількості файлових серверів і їхнього місцезнаходження Сервіс прозорий Зазвичай файловий сервер – це просто процес (режиму користувача або ядра) У системі можуть бути присутніми кілька файлових серверів, що реалізують різні функції Наприклад, файлові сервіси Windows і Unix

Содержание слайда: Інтерфейс файлового сервісу Перше питання – як інтерпретувати файл (як послідовність байт або записів) У сучасних розподілених системах, як і в централізованих, - неінтерпретована послідовність байтів Атрибути файлу Ім'я, розмір, дати, ідентифікатор власника Можливість модифікації файлу У більшості систем, але не в усіх! Інший варіант – незмінні файли Реалізують лише дві операції – створити файл і прочитати файл Легше реалізувати кешування і реплікацію файлу Два типи файлового сервісу Модель завантаження-вивантаження Модель віддаленого доступу

Содержание слайда: Модель завантаження-вивантаження Реалізовані зчитування і записування файлу цілком Схема оброблення Зчитування файлу з сервера на машину клієнта Оброблення файлу на машині клієнта Записування оновленого файлу на сервер Переваги Концептуальна простота Добре працює, коли потрібна робота з цілим файлом Недоліки Високі вимоги до дисків клієнтів Неефективно, коли потрібна лише мала частина файлу

Содержание слайда: Модель віддаленого доступу Операції над файлами: Відкриття й закриття файлів Зчитування й записування частин файлу Позиціонування у файлі Перевірка і зміна атрибутів файлу Уся файлова система виконується на серверах

Содержание слайда: Сервіс каталогів Призначення сервісу – пошук файлу у розподіленій системі Найголовніший принцип – забезпечення прозорості Прозорість розміщення Імена файлів не дають можливості з'ясувати, де розміщено файл Наприклад, /server1/dir1/dir2/x – невідомо, де знаходиться сервер Якщо перенести server1 з одної машини на іншу, система збереже працездатність Незалежність від розміщення Ім’я файлу не містить у явному вигляді посилання на будь-який сервер Система може автоматично перенести файл з одного сервера на інший Якщо файлова система базується на принципі віддаленого монтування – вона не забезпечує незалежності від розміщення

Содержание слайда: Копії файлу У централізованих системах існують унікальні імена файлів У розподілених системах може бути, що унікальне ім’я відповідає кільком копіям файлу Це підвищує відмовостійкість за рахунок надлишковості

Содержание слайда: Проблема спільного користування файлами Необхідно точно визначити семантику зчитування і записування Семантика UNIX Сесійна семантика Незмінні файли Неподільні транзакції

Содержание слайда: Семантика UNIX Якщо операція зчитування здійснюється після операції записування, то зчитують вже оновлений файл Якщо було дві операції записування, то зчитується результат останньої операції У централізованій системі легко і зрозуміти, і реалізувати У розподіленій системі можна реалізувати лише якщо є лише один файл-сервер і клієнт не кешує файли Продуктивність значно знижується Іноді дозволяють клієнтам кешувати файли, але усі зміни одразу надсилають серверу Це неефективно

Содержание слайда: Сесійна семантика Зміни у файлі видимі лише тому процесу, що відкрив цей файл для модифікації Усі інші бачать зміни у файлі лише після його закриття Існує проблема одночасного використання файлу двома і більше клієнтами Варіант 1 – остаточним є файл, який був закритий останнім Варіант 2 – будь-який з відкритих файлів (простіше реалізувати)

Содержание слайда: Структура файлової системи Розподіл серверної і клієнтської частин між машинами Структуризація сервісів файлів і каталогів Зберігання на серверах інформації про клієнтів

Содержание слайда: Розподіл серверної і клієнтської частин між машинами: варіанти Немає жодної різниці між клієнтом і сервером На усіх машинах – одне й те саме базове програмне забезпечення Приклад – NFS Файл-сервер – програма режиму користувача Система може бути сконфігурована як клієнт, як сервер, як клієнт і сервер одночасно Клієнт і сервер – принципово різні машини як у термінах апаратури, так і у термінах програмного забезпечення

Содержание слайда: Структуризація сервісів файлів і каталогів: варіанти 2 сервіси на одному сервері Різні машини Цей варіант більш гнучкий Крім того, таким чином можна досягти спрощення ПЗ Недолік – збільшення інтенсивності мережного обміну

Содержание слайда: Зберігання на серверах інформації про клієнтів Не зберігати (stateless) Зберігати (statefull) Statefull сервер пам’ятає, які файли відкрив кожний користувач, положення покажчиків, тощо У разі відмови сервера таблиці втрачаються

Содержание слайда: Переваги statefull і stateless серверів Stateless Відмовостійкість Не потрібні виклики OPEN/CLOSE Менше пам’яті сервера витрачається Немає обмежень на число відкритих файлів Відмова клієнта не створює проблем для сервера

Содержание слайда: Кешування Диск сервера  пам’ять сервера  пам’ять клієнта  диск клієнта Кешування на сервері Якими одиницями оперує кеш Цілі файли – ефективніше зберігання на диску (менше число обмінів) Дискові блоки – ефективніше використання пам’яті кешу і дискового простору Правило заміни даних у кеші Наприклад, алгоритм LRU (Last Recently Used) Кешування на сервері легко реалізується і прозоро для клієнта Кешування на боці клієнта Позбавляє від зайвого трафіку Породжує безліч проблем!

Содержание слайда: Рішення проблеми узгодження Алгоритм наскрізного записування Під час модифікації даних у кеші нове значення негайно надсилається серверу Недолік – інтенсивність мережного обміну зменшується лише при зчитуванні Відкладене записування Клієнт помічає, що файл вже змінений Приблизно один раз за 30 секунд усі зміни збираються разом і надсилаються Записування-по-закриттю Сесійна семантика Алгоритм централізованого керування Семантика UNIX Передбачає statefull – підхід Якщо файл вже кимось відкритий, його не можна відкрити для записування

Содержание слайда: Реплікація Система оперує кількома копіями файлів, причому кожна копія знаходиться на окремому сервері Переваги: Підвищення надійності Розподіл навантаження між кількома серверами

Содержание слайда: Способи досягнення прозорості реплікації Програміст, що створює прикладну програму, сам керує реплікацією Під час створення файлу автоматично створюються його копії Наприклад, /machine1/usr/ast/xyz – основний файл /machine2/usr/ast/xyz і /machine3/usr/ast/xyz – його копії (записують одночасно) Для розподілених систем такий підхід не рекомендують! “Ледаща” реплікація Спочатку записують файл, а потім роблять його копії Групові зв’язки Визначені групи Файл записують у групу, а система автоматично (одночасно) створює його копії

Содержание слайда: Контроль змін реплікованих файлів Реплікація першої копії Виділяють первинний сервер Зміни надсилають на первинний сервер, а він – на вторинні Голосування Відстежують версії файлів Нехай є N серверів з копіями Під час записування зміни вносять щонайменше у W копій Під час зчитування переглядають щонайменше R копій Якщо R+W>N, то буде знайдена хоча б одна з копій останньої версії Оскільки зчитування здійснюють частіше, ніж записування, то обирають R<W