Ch11

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  • Pages: 44
Distributed Systems Architectures Architectural design for software  that executes on more than one  processor

©Ian Sommerville 2000 

Software Engineering, 6th edition. Chapter 11

Slide 1

Objectives ●







To explain the advantages and disadvantages of  distributed systems architectures To describe different approaches to the  development of client­server systems To explain the differences between client­server  and distributed object architectures To describe object request brokers and the  principles underlying the CORBA standards

©Ian Sommerville 2000 

Software Engineering, 6th edition. Chapter 11

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Topics covered ● ● ● ●

Multiprocessor architectures   Client­server architectures Distributed object architectures CORBA

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Software Engineering, 6th edition. Chapter 11

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Distributed systems ●





Virtually all large computer­based systems are  now distributed systems Information processing is distributed over several  computers rather than confined to a single  machine Distributed software engineering is now very  important

©Ian Sommerville 2000 

Software Engineering, 6th edition. Chapter 11

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System types ●





Personal systems that are not distributed and that  are  designed  to  run  on  a  personal  computer  or  workstation.  Embedded systems that run on a single processor  or on an integrated group of processors.  Distributed  systems  where  the  system  software  runs on a loosely integrated group of cooperating  processors linked by a network.  

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Distributed system characteristics ● ● ● ● ● ●

Resource sharing Openness Concurrency Scalability Fault tolerance Transparency

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Distributed system disadvantages ● ● ● ●

Complexity Security Manageability Unpredictability

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Design issue Resource identification

Communications

Quality of service

Software architectures

Description The resources in a distributed system are spread across different computers and a naming scheme has to be devised so that users can discover and refer to the resources that they need. An example of such a naming scheme is the URL (Uniform Resource Locator) that is used to identify WWW pages. If a meaningful and universally understood identification scheme is not used then many of these resources will be inaccessible to system users. The universal availability of the Internet and the efficient implementation of Internet TCP/IP communication protocols means that, for most distributed systems, these are the most effective way for the computers to communicate. However, where there are specific requirements for performance, reliability etc. alternative approaches to communications may be used. The quality of service offered by a system reflects its performance, availability and reliability. It is affected by a number of factors such as the allocation of processes to processes in the system, the distribution of resources across the system, the network and the system hardware and the adaptability of the system. The software architecture describes how the application functionality is distributed over a number of logical components and how these components are distributed across processors. Choosing the right architecture for an application is essential to achieve the desired quality of service.

Issues in distributed system design

Distributed systems archiectures ●

Client­server architectures •



Distributed services which are called on by clients. Servers that  provide services are treated differently from clients that use  services

Distributed object architectures •

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No distinction between clients and servers. Any object on the  system may provide and use services from other objects

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Middleware ●





Software that manages and supports the different  components of a distributed system. In essence, it  sits in the middle of the system Middleware is usually off­the­shelf rather than  specially written software Examples • • •

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Transaction processing monitors Data convertors Communication controllers

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Multiprocessor architectures ● ●





Simplest distributed system model System composed of multiple processes which  may (but need not) execute on different  processors Architectural model of many large real­time  systems Distribution of process to processor may be pre­ ordered or may be under the control of a  despatcher

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T r a f i c   f l o w T r a f i c   l g h t   c o n t r o l S e n s o r p o e s r p r o e s rcpS p o c L i g h t eorntsorl D iproscpelay c o n r o s pesl T r a f i c   l g h t s T rafnicd flo w  sreanors O perator consoles am

A multiprocessor traffic control system

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Client­server architectures ●



● ●

The application is modelled as a set of services  that are provided by servers and a set of clients  that use these services Clients know of servers but servers need not  know of clients Clients and servers are logical processes  The mapping of processors to processes is not  necessarily 1 : 1

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c 3 c 2 c 4 c 1 2 c 1 S e r v   p r o c e s c1c5s1s2s4s3c1c09C l i e n t   p r o c e s c6c7 c8

A client­server system

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c 1 c 2 c 3 ,   c 4 C 1 C 2 C 3 etw ork sS eC rm v 3,C  s14coS sS 1,C  s2 N tcom rlipeuntr p u e c5, c6, c7C c 8 ,   c 9 c 1 0 ,   c 1 ,   c 1 2 4C 5C 6

Computers in a C/S network

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Layered application architecture ●

Presentation layer •



Application processing layer •



Concerned with presenting the results of a computation to  system users and with collecting user inputs Concerned with providing application specific functionality  e.g., in a banking system, banking functions such as open  account, close account, etc.

Data management layer •

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Concerned with managing the system databases

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rA P e s n t a i o n   l a y e r pD laictat m io  llayn n ryeg p crem o esnin g t

Application layers

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Thin and fat clients ●

Thin­client model  •



In a thin­client model, all of the application processing and data  management  is  carried  out  on  the  server.  The  client  is  simply  responsible for running the presentation software.

Fat­client model  •

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In  this  model,  the  server  is  only  responsible  for  data  management.  The  software  on  the  client  implements  the  application logic and the interactions with the system user.

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P r e s n t a i o n S e r v T h im n ­ocd lien tC D a t   m a n g e m n t lientP A p l i c t i o r o e s r e s n t a i o n A p l i c   p r o c e s i n g S e r v F am t­ocd lien tC lient m tangem D a nt

Thin and fat clients

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Thin client model ●

Used when legacy systems are migrated to client  server architectures.  •



The legacy system acts as a server in its own right with a  graphical interface implemented on a client

A major disadvantage is that it places a heavy  processing load on both the server and the  network

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Fat client model ●





More processing is delegated to the client as the  application processing is locally executed Most suitable for new C/S systems where the  capabilities of the client system are known in  advance More complex than a thin client model especially  for management. New versions of the application  have to be installed on all clients

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A T M A T M A c o u n t   s e r v T e l ­ C u t o m e r p r o c s i n g a c u n t A T M m t o r d b a s A T M

A client­server ATM system

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Three­tier architectures ●





 In a three­tier architecture, each of the  application architecture layers may execute on a  separate processor Allows for better performance than a thin­client  approach and is simpler to manage than a fat­ client approach A more scalable architecture ­ as demands  increase, extra servers can be added

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P r e s n t a i o n S e r v S e r v C lient A tangem D a proliecsatiogn m nt

A 3­tier C/S architecture

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C lC ilieennttH T P  interactionA D a t b a s e   r v e r W e b   s e r v S Q L   q u e r y C u t o m c o u n t   s e r v i c e S Q L a c u n t p r v i o n d b a s e C lC ilieenntt

An internet banking system

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Use of C/S architectures Architecture Two­tier C/S architecture with thin clients

Two­tier C/S architecture with fat clients

Three­tier or multi­tier C/S architecture

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Applications Legacy system applications where separating application processing and data management is impractical Computationally­intensive applications such as compilers with little or no data management Data­intensive applications (browsing and querying) with little or no application processing. Applications where application processing is provided by COTS (e.g. Microsoft Excel) on the client Applications where computationally­intensive processing of data (e.g. data visualisation) is required. Applications with relatively stable end­user functionality used in an environment with well­established system management Large scale applications with hundreds or thousands of clients Applications where both the data and the application are volatile. Applications where data from multiple sources are integrated Software Engineering, 6th edition. Chapter 11

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Distributed object architectures ●







There is no distinction in a distributed object  architectures between clients and servers Each distributable entity is an object that provides  services to other objects and receives services  from other objects Object communication is through a middleware  system called an object request broker (software  bus) However, more complex to design than C/S  systems

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o 1 o 2 o 3 o 4 S  (o1) S  (o2)S S   ( o 3 ) S   ( o 4 ) o f t w a r e   b u s o 5 o 6  () S  (o5) S

Distributed object architecture

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Advantages of distributed object architecture ●



● ●

It allows the system designer to delay decisions  on where and how services should be provided It is a very open system architecture that allows  new resources to be added to it as required The system is flexible and scaleable It is possible to reconfigure the system  dynamically with objects migrating across the  network as required

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Uses of distributed object architecture ●



As a logical model that allows you to structure  and organise the system. In this case, you think  about how to provide application functionality  solely in terms of services and combinations of  services As a flexible approach to the implementation of  client­server systems. The logical model of the  system is a client­server model but both clients  and servers are realised as distributed objects  communicating through a software bus

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D aD tatbbaassee 1 R e p o r t   g e n . I n t e g r a t o r   1   2 V i s u a l i s e r I n t e g r a t o r   2 D atbase 3 D isplay

A data mining system

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Data mining system ●





The logical model of the system is not one of  service provision where there are distinguished  data management services It allows the number of databases that are  accessed to be increased without disrupting the  system It allows new types of relationship to be mined by  adding new integrator objects

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CORBA ●

● ●



CORBA is an international standard for an Object  Request Broker ­ middleware to manage  communications between distributed objects Several implementation of CORBA are available DCOM is an alternative approach by Microsoft to  object request brokers CORBA has been defined by the Object  Management Group

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Application structure ● ●





Application objects Standard objects, defined by the OMG, for a  specific domain e.g. insurance Fundamental CORBA services such as directories  and security management Horizontal (i.e. cutting across applications)  facilities such as user interface facilities

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A pobljiecatsionO H o r i z o n t a l D o m a i n C O R B A   f c i e s f a c l t e s bject C reO qu eR sB tA  b sro rervices k e

CORBA application structure

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CORBA standards ●

An object model for application objects •







A CORBA object is an encapsulation of state with a well­ defined, language­neutral interface defined in an IDL (interface  definition language)

An object request broker that manages requests  for object services A set of general object services of use to many  distributed applications A set of common components built on top of  these services

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CORBA objects ●







CORBA objects are comparable, in principle, to  objects in C++ and Java They MUST have a separate interface definition  that is expressed using a common language (IDL)  similar to C++ There is a mapping from this IDL to  programming languages (C++, Java, etc.) Therefore, objects written in different languages  can communicate with each other

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Object request broker (ORB) ●





 The ORB handles object communications. It  knows of all objects in the system and their  interfaces Using an ORB, the calling object binds an IDL  stub that defines the interface of the called object Calling this stub results in calls to the ORB which  then calls the required object through a published  IDL skeleton that links the interface to the service  implementation

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o 1 o 2 S  (Iso )D 1 S   ( o 2 ) L I D L tO u b s k e l t o n bject R equest B ror

ORB­based object communications

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Inter­ORB communications ●







ORBs are not usually separate programs but are a  set of objects in a library that are linked with an  application when it is developed ORBs handle communications between objects  executing on the sane machine Several ORBS may be available and each  computer in a distributed system will have its  own ORB Inter­ORB communications are used for  distributed object calls

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o 4 o 3 o 1 o 2  I(D )LS  I(D oL 4) S  I(D o1 )LS  ID (oL 2) S O b j e c t   R e q u e s t   B r o k e r O bject R equest B rokerN etw ork

Inter­ORB communications

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CORBA services ●

Naming and trading services •



Notification services •



These allow objects to discover and refer to other objects on the  network These allow objects to notify other objects that an event has  occurred

Transaction services •

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These support atomic transactions and rollback on failure

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Key points ●







Almost all new large systems are distributed  systems Distributed systems support resource sharing,  openness, concurrency, scalability, fault tolerance  and transparency Client­server architectures involve services being  delivered by servers to programs operating on  clients User interface software always runs on the client  and data management on the server

©Ian Sommerville 2000 

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Key points ●





In a distributed object architecture, there is no  distinction between clients and servers Distributed object systems require middleware to  handle object communications The CORBA standards are a set of middleware  standards that support distributed object  architectures

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