Fondements des Systèmes Répartis - Cours Master 1 PDF

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Plan du cours Fondements des Systèmes Répartis Chapitre I Naissance des systèmes distribués Avantages et inconvénients des systèmes distribués Architecture matérielle Applications Cours Master 1 Chapitre II Pr M. BOURENANE Transparence Université ORAN 1 FSEA Chapitre III Modélisation d’un SD Chapitre IV Horloges logiques Chapitre V Etat global Chapitre VI Tolérance aux fautes 2 Naissance des systèmes distribués Chapitre 1 1945 – début de l’ère moderne des ordinateurs Jusqu’en 1985 Introduction – époque des grands calculateurs centralisés très coûteux 4  Naissance des systèmes distribués Naissance des systèmes distribués Système centralisé Système centralisé  Tout est localisé sur la même machine  Serveur coûteux  1 processeur : une horloge commune  1 mémoire centrale : un espace d’adressage  Si le serveur tombe en panne  tout s’arrête commun  1 système d’exploitation  Problème d’engorgement  Gestion centralisée des ressources  Etat global du système facilement reconstituable  Accès local aux ressources 5 6 Naissance des systèmes distribués Naissance des systèmes distribués Début des années 80 – Avènement des micro-ordinateurs Micro-processeurs puissants produits en quantité de plus en plus performants avec un faible coût – Equipement réseaux de plus en plus rapide Interconnexion d’un grand nombre de machines Il devient facile d’interconnecter des ordinateurs Et donc de coopérer pour effectuer des tâches coordonnées. 7 8  Naissance des systèmes distribués Naissance des systèmes distribués Définitions d’un système distribué Définitions d’un système distribué (suite)  Un ensemble de machines connectées par un réseau, et équipées d’un logiciel dédié à la coordination des activités du  Les machines sont autonomes système ainsi qu’au partage de ses ressources  Les utilisateurs ont l’impression d’utiliser « Coulouris et al. » un seul système.  Un système réparti est système qui s’exécute sur un ensemble de machines sans mémoire partagée mais que pourtant l’utilisateur voit comme une seule et unique machine « Tanenbum » 9 10 Naissance des systèmes distribués Objectifs des systèmes distribués Définition * : Un Système Distribué:  Ensemble fini de sites (machines) interconnectés;  Coût : plusieurs processeurs à bas prix  Pas de mémoire commune entre les sites (faible couplage);  Puissance de calcul et de stockage  Pas d’horloge physique commune (horloge logique);  Performance : Calcul parallèle  Réseau de communication connexe (ils peuvent tous communiquer);  Adaptation : à des classes d'applications réelles  La communication se fait par messages; naturellement distribuées  Aucune machine n’a l’information d’un état global;  Fiabilité : Résistance aux pannes logicielles ou  Les machines prennent des décisions qu’à partir des matérielles informations localement disponibles  Extensibilité : Croissance progressive selon le besoin Remarque  Flexibilité : Distribution de la charge  Un système à plusieurs processeurs n’est pas forcement un  Partage des ressources coûteuses système réparti. 11 12  Inconvénients des systèmes Avantages des systèmes distribués distribués Par rapport aux systèmes centralisés Logiciel – économique – relativement peu d’expérience de conception, mise en excellent rapport performance/prix des microprocesseurs œuvre et utilisation de logiciels distribués – puissance de calcul Réseau de communication un système pluri-processeur offre une puissance de calcul – saturation supérieure à celle d ’un seul processeur – distribution naturelle de certaines applications – perte de messages (congestion) – Latence système de contrôle d’une chaîne de production  La communication prend du temps distribution géographique d ’agences bancaires  Le temps est non déterministe – haute disponibilité la défaillance d’une machine n’affecte pas les autres Sécurité – évolution progressive – facilité de partage de données rend nécessaire la protection des données confidentielles 13 14 Inconvénients des systèmes Inconvénients des systèmes distribués distribués Nombre d’entités impliquées Horloge physique globale Il est difficile de synchroniser deux horloges  Probabilité de panne proportionnelle au nombre d’entité impliquées Administration Etat global  On dira qu'il y a contrôle distribué lorsqu'il n'y a pas de relation hiérarchique statique entre les processus : il  Comment faire pour savoir dans quel état doit n'y a pas de maître qui assure en permanence le reprendre le processus après une panne ? contrôle global.  Un processus ne connaît que les événements qu’il a provoqués sur son site. Un processus ne connaît que les messages qu’il a envoyés ou reçus. 15 16  Concepts matériels Concepts matériels Taxonomie de Flynn (1972)  MISD : Pipeline On différencie les systèmes sur la base du flux d’instructions et de Une machine MISD (Multiple Instruction Single Data) peut données : exécuter plusieurs instructions en même temps sur la même  SISD : PC monoprocesseur donnée. Une machine SISD (Single Instruction Single Data) : machine séquentielle, ou machine de Von Neumann. Une seule  MIMD : Machines multiprocesseurs faiblement et fortement instruction est exécutée à un moment donné et une seule couplées donnée (simple, non-structurée) est traitée à un moment donné. Deux composants sont dits couplés s'ils échangent de l’information.  SIMD : Machines vectorielles Une machine SIMD (Single Instruction Multiple Data) est une  Couplage fort : si les composants échangent beaucoup machine qui exécute à tout instant une seule instruction, mais d'information. qui agit en parallèle sur plusieurs données, on parle en général de ``parallélisme de données''.  Couplage faible : si les composants échangent peu 17 d'information et/ou de manière désynchronisée. 18 Concepts matériels Concepts matériels 1°) MIMD à mémoire partagée : MIMD :  Chaque processeur peut exécuter un programme différent sur des données différentes. On a plusieurs types d'architecture possibles :  Mémoire partagée  Mémoire locale + réseau de communication (Transputer, Connection Machine) - Système réparti Une machine MIMD à mémoire partagée est principalement constituée de processeurs avec des horloges indépendantes et communicant en écrivant et lisant des valeurs dans une seule et même mémoire (la mémoire partagée). 19 20  Concepts matériels Applications 2°) MIMD à mémoire distribuée : Applications scientifiques – Calcul parallèle  Processeurs physiquement très éloignés Applications coopératives  Liaison des processeurs à travers un réseau (Internet) – Système de réservation de places d’avion  Les processeurs travaillent de façon asynchrone – Système de gestion d’agences bancaires  Les informations transitent par passage de message. – Applications multimédias - commerce électronique, presse électronique… 21 22