Распределенные системы

Сосредоточенные и распределенные системы

Во многих случаях термин "распределенная" является альтернативой термину "сосредоточенная". Так бывает, когда существуют (или могут существовать) системы, решающие одинаковые задачи, системы, функционально эквивалентные, но конструктивно различные. Обозначим две такие системы S_d и S_sa (от английских терминов distributed и stand-alone).

Множество элементов в каждой из систем, обычно, можно разделить на два подмножества, . Множества, обозначенные буквой U, состоят из сосредоточенных элементов, занимающих относительно небольшой объем пространства и реализующих некоторую функцию преобразования. Множества, обозначенные буквой W, состоят из элементов, связывающих некоторые сосредоточенные элементы между собой. Их основная задача не преобразование, а передача чего-либо в системе от одного элемента к другому. Например, сосредоточенными элементами могут быть два компьютера, осуществляющих вычисления по некоторым алгоритмам. Связывающим элементом может быть кабель, один конец которого подсоединен к первому компьютеру, а второй конец – ко второму компьютеру.

Часто элементы из множества W имеют определенную "протяженность" в пространстве, например, кабель или витая пара имеют параметр "длина". Величина этого параметра существенным образом влияет на функционирование системы. Два других пространственных параметра (оба они для кабеля могут быть обозначены термином "диаметр") либо стандартны, либо несущественны.

Но в ряде случаев элементы связи имеют сложное строение, описываемое не только тремя пространственными характеристиками "длина", "глубина", "высота", но требующими описания как сложная геометрическая фигура или совокупность фигур.

Примером является передача сигналов посредством радиосвязи на сверхвысоких частотах. При этом эфир становится элементом системы. Поскольку радиоволны распространяются во всех направлениях, то эфир характеризуется тремя пространственными координатами x, y и z. В этих же координатах нужно рассматривать и местоположения сосредоточенных элементов системы, между которыми осуществляется связь. В пространстве могут находиться предметы, непрозрачные для радиоволн (дома, горы и проч.). В этом случае конфигурация эфира становится сложной, из него должны быть "вырезаны" непрозрачные объекты. Как следствие – не все сосредоточенные объекты могут обмениваться сигналами между собой.

Дополнительное усложнение элемента связи происходит, если возможности передачи сигналов меняются с течением времени, как, например, при мобильной связи или при использовании спутников, не находящихся на геостационарной орбите.

Таким образом, элементы из множества W_d могут быть весьма разнообразными, с большим количеством характеристик.

Напротив, в сосредоточенных системах элементы из множества Wsa описываются просто, а часто вообще исключаются из рассмотрения как несущественные для анализа свойств системы. Таким элементом, например, в компьютере является набор проводников, соединяющих процессор с микросхемами памяти. Скорость работы компьютера зависит от времени выполнения команд процессором и времени операций чтения/записи в память. При малом расстоянии между процессором и памятью время распространения электрических сигналов по проводам является относительно небольшим, и в математической модели системы им можно пренебречь. Соответственно, элемент связи можно вообще не включать в модель, а считать процессор и память связанными непосредственно, т.е. находящимися в некотором отношении.

Множества сосредоточенных элементов U_sa и U_d сосредоточенной и распределенной систем также могут отличаться. В сосредоточенной системе функционирование элементов из U_sa инвариантно их местоположению. В распределенной системе функционирование элементов из U_d в общем случае зависит от их местоположения. Эта зависимость может быть нескольких видов:

1. зависимость от источников информации, имеющих определенное местоположение;
2. зависимость от поставленных задач, которые должны решаться элементами системы;
3. зависимость от параметров среды в различных точках.

Тандемы распределенных систем

Рассмотрим две системы, S₁ и S₂. Первая система функционирует для достижения некоторой цели G₁. При этом в любой момент времени имеется некоторая степень достижения этой цели. Вторая система функционирует для того, чтобы ускорить достижение цели первой системой или увеличить степень достижения цели первой системой. Таким образом, система S₁ является основной, а система S₂ – вспомогательной.

Цель G₂ создания системы S₂ и/или цель функционирования системы S₂ является производной от цели G₁.

Например, S₁ – коммерческая организация (фирма). Ее цель G₁ – поддержание прибыли не менее определенного уровня. Величина прибыли зависит от многих факторов, в том числе от степени информированности руководителей о положении дел. Корпоративная информационная система S₂ обеспечивает руководителей актуальной и детальной информацией о фирме, тем самым, позволяя вырабатывать правильные решения, приводящие к увеличению прибыли.

Таким образом, системы S₁ и S₂ образуют своего рода "тандем", являющийся новой системой – фирмой с корпоративной информационной системой.

Если система S₁ является распределенной, имеет подразделения в разных городах и странах, то и систему S₂ целесообразно строить как распределенную. При этом выбор структуры S₂ остается достаточно свободным. От полного повторения структуры системы S₁ до почти полностью централизованной (почти полностью сосредоточенной) системы.

Как сказано ранее, систему S₁ можно описать как набор S₁ = {V₁, {P_{i, j}}}, где индекс i обозначает арность отношения (или количество мест предиката), а индекс j дает возможность различать отношения одной и той же арности. Отдельные предикаты P_{1, j} характеризуют местоположение элементов системы. Некоторые из предикатов P_{2, j} характеризуют взаимное расположение элементов.

Соответственно, система S₂ описывается как набор S₂ = {V₂, {Q_{i, j}}}. Здесь отдельные предикаты Q_{1, j} характеризуют местоположение элементов системы, отдельные предикаты Q_{2, j} характеризуют взаимное расположение элементов системы S₂.

Множество элементов V₂ "порождается" множеством элементов V₁. Множества предикатов Q_{1, j} и Q_{2, j} "зависят" от множеств предикатов P_{1, j} и P_{2, j}. В частности, сайты системы S₂ формируются, как правило, на основе сайтов системы S₁.

За словами "порождается" и "зависят" стоит на самом деле процесс проектирования системы S₂ для имеющейся системы S₁. Указанные "зависимости" являются, на самом деле, достаточно сложными, неоднозначными. Например, в системе S₁ с точки зрения ее функционирования могут иметь значение конкретные расстояния между элементами, а в информационной системе для пар элементов важно, являются они взаимно "удаленными" или принадлежат одному сайту. Т.е. это отношение двузначное: "близко", "далеко". Это важно с точки зрения технологии передачи данных. А вот насколько далеко – не имеет значения. Отношение с точки зрения технологии может быть и трехзначным: "близко", "в пределах локальной сети", "в глобальной сети".

С точки зрения работников системы S₁ – конечных пользователей информационной системы S₂ отношение расстояния может вообще отсутствовать: при разработке программного обеспечения требуют "прозрачности" реализации. При прозрачной реализации пользователь не знает, где находятся данные. Он работает так, как будто бы все необходимые ему данные находятся на его локальном сайте.