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[Cloud]1.분산시스템(Distributed System)

[분산 시스템의 이해]

분산시스템의 정의

• 각 독립된 컴퓨터를 모아서 하나의 시스템으로 사용하는 것
• 초창기에는 no shared memory, no shared clock
• 각 컴퓨터는 각자의 operating system을 가지고 있음

분산시스템의 장점

• 커뮤니케이션과 자원(resource)을 sharing하기 위함
• 경제성(price와 performance의 적절한 조화가 필요함)
• 신뢰성(Reliability)과 확장성(Scalability)
• IT기술을 요구하는 비즈니스가 얼마나 성장할지 모르기 때문에 초기 리소스 셋팅이 어렵지만 분산시스템은 확장성이 뛰어나므로 리소스 셋팅이 용이

분산시스템의 단점

• 서로다른 os, 하드웨어의 통신을 위한 어플리케이션 등을 추가로 만들어야 하는 부담감
• 네트워크 연결이 필수
• security & privacy 문제

분산시스템 구축 시 개발자 고려사항 & 유저 투명성(Transparency)

• Access : 리소스에 어떻게 접근해야 하는지. 데이터가 어떻게 표현되어야 하는지
• Location : 사용하는 리소스의 위치를 알 필요 없음
• migration : 리소스가 한곳에서 다른곳으로 옮겨진 것을 알 필요 없음
• Relocation : 컴퓨팅을 쓰고 있는 중간에 자원에 문제가 생길 경우 수행하는 프로그램을 다른 컴퓨터에서 수행
• Replication : 리소스가 여러 유저에 의해서 공유되어져야 함(복제)
• Concurrency : 성능을 높이기 위해 한 프로그램이 cpu 여러개를 돌려야하는 상황이 오는데 유저는 몰라도 된다
• Failure : 자원이 잘못되었을 때, 오류가 났을 때 recovery를 해야하는데 그 과정을 유저에게 보일 필요가 없음
• Persistence : 소프트웨어가 메모리에 있거나 디스크에 있거나 상관없어야 함. 그렇지만 언제나 내가 접근할 수 있어야 함

분산시스템 하드웨어 컨셉

• 각 cpu별 개인 메모리 사용 or 공유 메모리 사용
• 버스(bus) 기반 or 스위치(switch) 기반 메모리 공유
• crossbar switch -> omega switching network(2x2 switch)
• Grid : 모든 버스가 연결되어 있음
• Hypercube : 여덟개의 시스템을 하나의 그룹을 구성

분산컴퓨터 모델

• minicomputer model : 각자 가진 로컬머신 사용. 가장 기본적인 네트워크 사용
• workstation model : 프로세싱이 마이그레이션 될수 있음
• Client-Server model : World Wide Web. 유저는 pc를 가지고 server에 접근
• processor pool model : 터미널 이용. 보이지 않는 여러개의 프로세스 pool을 이용해서 task를 수행

Uniprocessor Operating System

• 하나의 os가 리소스 매니저 역할을 함
• Uniprocessor os 구조
  • monolithic : 한개의 커널에 모든 기능을 넣음(ms-dos)
  • layered design : 기능을 여러개의 layer로 나눠서 각 layer가 여러 서비스를 사용할 수 있도록 함. 필요한 layer까지만 접근 가능
  • microkernel : 작은 커널을 만들어서 부팅 시간을 줄이고 user-level의 서버를 만들자

Distributed Operating System은 과연 무엇인가?

• 분산되어있는 자원을 access해야 하기 때문에, 유저에게 seamlessly and transparently 필요
• 그렇지만 유저에게는 한개의 시스템을 사용하는 것처럼 보여야 함
• transparency를 제공해야 함(Location, Migration, concurrency, replication…)
• 유저에게는 보이지 않는 하나의 싱글 프로세스가 일을 하는 것처럼 제공되어야 함.

Distributed Operating System 유형

• DOS(Distribued operating system) - Tightly-coupled operating system. 동일한 os를 가진 각각의 독립적인 컴퓨터를 공유하기 위해 os 레이어에 같은 기능을 둠
• NOS(Network operating system) - Lossely-Coupled operating system. 서로 다른 컴퓨터들을 그대로 활용(LAN이나 WAN활용)
• Middleware - NOS위에 공통된 하나의 기능을 수행하는 layer를

Multiprocessor Operating Systems

• Like a uniiprocessor operating system
• Managese multiple CPUs transparently to the user
• Each processor has its own hardware cache -> Maintain consistency of cached data

MultiComputer Operating Systems

• 각각의 커널 위에 동일한 DOS를 올림

Network Operating Systems

• 각각에 있는 OS를 그대로 유지해 주면서 network 기능만 넣어서 그 network기능을 통해서 통신
• clinet-server 모델

Middleware-based Systems

• NOS 위에 Distributed applications만 두면 복잡하므로 Middleware services를 둠

Distributed System 구성

• Microcomputer model : 여러 multiuser systems
• Workstations/PCs model : 각각의 user가 자신의 WS/PC로 일을 함. 유저는 file과 다른 리소스를 공유함
• Processor pool model : processor 그룹화, cluster
• LANs, MANs, WANs, WWW : network 기반

Six Computing Paradigm

• Mainframe computing
• PC computing
• Network computing
• Internet computing
• Grid computing
• Cloud computing

issues in diistributed system

• 분산된 자원의 상태를 알지 못하면 결정을 하지 못함. 때문에 상태를 모니터링 할 수 있는 global knowledge가 필요함. 하지만 global memory도 없고, common clock도 없고 예측할 수 없는 메시지 딜레이도 있다.
• 분산된 자원의 컨트롤이 필요함
• 이벤트를 주문하기 위한 방법이 필요함
• 각 오브젝트가 이름이 있어야 하고 유니크해야함. 각 오브젝트의 location이 있어야 하고 디렉토리도 있어야 함
• scalability : 시스템을 더 붙인다고 해서 성능이 늘지는 않음. 최소한의 over-head로 성능을 늘리는 방법을 찾아야 함. 기능이 집중되는 요소는 피해야 함
• Process synchronization : 공유된 리소스를 여러 컴퓨터가 접근할 때 효율적으로 관리하지 않으면 여러 문제가 발생할 수 있다.
• 호환성 문제가 고려되어야 함.
• 자원관리 : Data migration, Computation migration, Distributed scheduling
• 보안 : 분산된 자원으로의 인증, 권한부여
• 분산시스템 구성 : monolithic kernel(각 노드가 전체의 커널구축은 불필요), collective kernel, object-oriented 기법

*출처 :

• 클라우드 컴퓨팅 핵심기술 요소의 이해 사내교육 참고