분산처리 시스템

호기성세균·2023년 6월 10일

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분선처리 시스템이란?

데이터 처리장치 및 데이터 베이스가 지역적으로 분산되어 있으면서 정보 교환을 위해 네트워크로 상호 결합된 시스템->느슨한 결합 시스템과 유사
분산된 노드에서는 모든 기능을 노드 별로 분담하여 수행
노드들이 서로 네트워크로 연결되어 중앙에 대형 컴퓨터를 설치한 것보다 더 많은 양의 일을 효율적으로 처리
다중처리 시스템과 유사하지만 다중처리 시스템은 병렬성을 보장하면서 작업의 효율을 올림(분산해서 네트워크로 처리) 분산 처리 시스템은 시스템 안의 한정적인 것부터 시작해서 좀 더 커서 네트워크로 넘어가는 부분까지 포함

분산처리 시스템의 특징

일반적 용도의 자원은 각 노드에 분산되거나 또한 중복
분산된 노드들은 통신 네트워크를 이용하여 메시지를 주고 받음으로써 정보 교환
시스템을 구성하는 노드들은 각기 어느 정도의 자율성을 가짐
사용자는 특정 자원의 물리적 위치를 몰라도 그 자원을 사용 가능
각 노드의 자율성을 어느 정도 보장하면서 시스템 전체의 정책을 결정하는 통합적인 제어 기능 있음

분산처리 시스템의 장점

시스템이 설치되는 조직 구조에 자연스럽게 적용될 수 있고, 많은 업무가 자체 처리 기능을 가지는 미니 컴퓨터나 마이크로 컴퓨터 수준에서 단독으로 처리되므로 중앙 집중 방식의 대형 컴퓨터에서 처리되는 것보다 경제적
중앙 집중식 시스템에서 하나의 고장이 전체 시스템에 확산되는 반면, 분산 시스템에서는 그 고장이 발생 노드에만 국한될 수 있기 때문에 중요한 데이터 중복을 통하여 높은 신뢰성, 가용성 얻을 수 있음
각종 자원 및 데이터가 지역적으로 분산되어 대부분의 작업이 지역적으로 처리->통신 경비, 부하 감소
기존의 시스템에 영향X 쉽게 시스템의 확장, 재구성 가능
여러 개의 노드에서 별도의 자료 처리 가능, 고도의 응답성으로 시스템 성능향상

분산처리 시스템의 개발 동기(특징)

자원 공유

서로 다른 기능 및 자원이 가지는 여러 개의 노드가 연결되어 있다면 한 노드에 있는 사용자가 다른 노드의 이용가능한 자원을 사용
다른 연산을 위한 특수 목적의 하드웨어 사용, 원거리 노드의 파일 공유, 분산 데이터베이스 내에서의 정보처리, 원거리 노드의 파일 인쇄 등에 대한 기능 제공

연산 속도 향상

특정 노드가 너무 많은 작업으로 인하여 과부하상태라면 일부를 부하가 적은 노드로 이동시킴으로써 부하 균등화 가능

신뢰성

어느 한 노드에서 고장 발생해도 나머지 노드에 영향X
전체 시스템 내에서 같은 종류의 하드웨어와 데이터가 여러 개 존재한다면 일부 노드 고장에도 불구하고 시스템은 계속 작동

통신

여러 사이트들이 통신 네트워크를 통해 서로 연결되어 있을 때, 다른 사이트에 있는 사용자들 간에 정보 교환 가능(일반적인 통신 가능)
하위 수준에서는 메시지들이 시스템들 간에 전송 가능
메시지 패싱이 제공된다면, 단일 시스템의 모든 상위 수준의 기능은 분산시스템 전체로의 확장이 가능
지역적으로 떨어진 사이트에 있는 두 사람 간의 임의의 작업이 가능
메인프레임(중앙집중형 컴퓨터->핵심기능을 하는 서버)을 워크스테이션 또는 개인용 컴퓨터로 구성된 네트워크로 대체

분산 시스템의 장점들은 다운사이징(작게만드는 것)이라는 산업화 경향을 탄생시킴

[분산 처리 시스템의 범위]

하드웨어 구성의 분산

입출력 장치를 공유하는 복수 개의 컴퓨터로 구성된 시스템 형태
통신회선으로 연결된 북수 개의 독립된 컴퓨터로 구성된 시스템 형태

제어 구성의 분산

분할된 태스크의 실행에 있어 상호 협동하는 제어 기능을 가지는 곳이 다수의 개인시스템 형태
상호 협동을 하는 동일한 제어 기능을 가지는 곳이 중첩되어 있는 시스템 형태
상호 협동을 하는 이질적인 제어 기능을 가지는 곳이 다수의 개인 시스템 형태

데이터 구성의 분산

분산 데이터와 분산 파일은 분할 형태와 사본 형태로 구현

형태

각 노드마다 사본 데이터와 디렉터리를 가지는 시스템
중복된 데이터와 디렉터리의 마스터 복사본을 가지면서 분할된 데이터와 디렉터리를 가지는 시스템
마스터 디렉터리를 가지면서 분할된 데이터와 디렉터리를 가지는 시스템
마스터 데이터 및 디렉터리 없이 분할된 데이터와 디렉터리를 가지는 시스템

[프로세서 모델에 따른 구분]

(클라이언트/서버 모델)

대부분의 분산 시스템 이 모델을 활용
다중 사용자 시스템으로 사용자들 간에 CPU를 공유하기 위해 시분할 된 단일 컴퓨터로 구성
각 사용자는 프로그램을 수행시키기 위해 강력한 서버 지님
서버는 공유된 다양한 시스템 기능과 자원의 접근을 제공
프로그램 모듈성과 융통성 높일 수 있음
클라이언트-서버 모델을 기반으로 구축 된 웹 기술 및 프로토콜 : 하이퍼텍스트 전송 프로토콜(http),도메인 이름 시스템(DNS), SMTP 등

(프로세서 풀 모델)

응용 프로그램들이 프로세서 서비스로서 관리되는 컴퓨터에서 수행
하나 이상의 프로세서 풀이 통합된 워크스테이션-서버 모델로 구성
프로세서 풀은 낮은 비용의 컴퓨터로 구성, 각 풀 프로세서는 워크 스테이션과 서버가 연결되듯이 독립적으로 네트워크와 연결
-풀에 있는 프로세서들은 단일 회로보드로 구성
사용자 워크스테이션이나 터미널은 단순히 시스템의 자원을 접근하는 수단을 제공
사용자의 작업은 부분 혹은 전체적으로 풀 프로세서 상에서 수행
사용자가 하나 이상의 태스크나 서브 태스크를 갖는 메인 태스크를 초기화 하면, 풀 프로세서가 각 태스크에 할당되고 병렬로 수행

프로세서 풀 모델 특징

자원의 이용률 : 자원의 수는 동시에 로그인하는 사용자의 최대 수에 종속적
융통성 : 시스템 서비스는 더 이상의 컴퓨터를 설치하지 않고도 확장 가능
호환성 : 기존 응용들은 간단한 수정으로 사용가능
다양한 프로세서들이 프로세서의 풀로서 사용됨

(혼합모델)

앞의 두 모델을 혼합한 시스템

장점

사용자의 요구와 자원 처리가 매칭 됨
병렬수행 : 여러 개의 풀 프로세서가 과부하가 걸린 처리를 실행하기 위해 할당됨
사용자는 워크스테이션이나 터미널을 통하여 시스템에 접근함

[위상에 따른 구분]

네트워크 관점에서 그 연결 상태에 따라 여러가지 형태로 분류

분산처리 시스템 내의 노드들은 여러 가지의 물리적 방법으로 연결될 수 있는데, 이러한 물리적인 연결 형태

위상의 형태의 비교 기준

기본비용 : 시스템 내의 노드들을 연결하는 데 드는 비용
통신비용 : 한 노드로부터 다른 노드에게로 메시지를 전달하는 데 걸리는 시간 및 비용
신뢰성 : 시스템 내의 통신 회선이나 노드 중 하나가 고장이 발생하더라도 나머지 노드들이 계속 통신할 수 있는지 여부

(완전연결구조)

각 노드가 시스템 내의 모든 다른 노드와 직접 연결
기본비용은 노드 숫자의 제곱에 비례
어떤 두 노드만을 연결하는 하나의 회선을 사용하므로 메시지 전송 속도가 매우 빠름
신뢰성 또한 매우 높음

(부분연결구조)

부분연결 네트워크는 모든 노드 쌍에 대해서 직접 연결이 존재하는 형태가 아니므로 기본비용은 완전 연결 네트워크보다 적음
한 노드로부터 다른 노드로 가는 메시지는 여러 중간 노드를 거쳐서 전송될 수 있으므로 통신 속도가 늦음
한 회선의 고장으로 네트워크가 분할될 수도 있기 때문에 완전 연결보다 신뢰성 떨어짐

(계층구조)

각 사이트들은 트리형태로 구성
회사 네트워크의 일반적인 구조
형제 중 하나가 다른 형제에게 메시지 전달하려면 부모까지 올라감
만일 하나의 부모 사이트에 고장이 발생하면 그 사이트의 자식들은 더 이상 다른 프로세서들과 통신X
기본 비용은 일반적으로 부분연결보다 낮음
잎노드를 제외한 모든 노드의 고장은 네트워크를 여러 개의 서브트리로 분할
```
 
```

(성형구조)

임의의 노드가 다른 모든 노드와 완전연결되어 있는 반면, 이 중심 노드를 제외한 노드들은 모두 서로 연결되어 있지 않음
노드 수에 비례하나 일반적으로 통신비용 낮음
중심 노드에서 병목 현상
필요한 메시지의 이동은 적다하더라도 메시지를 전달하는데 필요한 시간 길어짐
많은 성형 구조 시스템에서 중심 노드는 메시지 교호나 작업만을 담당

(환형구조)

단 방향이나 양 방향으로 통신하는 두 가지 방법 존재
단 방향 구조에서 모든 노드는 같은 방향으로만 정보 전달
양 방향 구조에서의 한 노드는 양쪽 이웃 모두에게 정보 전달
기본비용은 노드 수에 비례하지만 통신비용 상당히 높음
양방향 구조에서 네트워크가 분할되려면 두 개의 회선이 고장이 나야 함
단방향 구조에서는 한 노드의 고장 또는 한 회선의 고장

(다중 접근 버스 구조)

공유되는 하나의 버스가 존재
기본비용은 노드 수 비례
통신 회선이 병목 현상을 일으키지 않는 한 통신비용 낮음
한 노드의 고장이 나머지 노드 간의 통신에 영향을 주지 않으나 버스회선이 고장 나면 네트워크 완전 분할됨

(혼성네트워크)

서로 다른 유형의 네트워크들이 상호 연결되어 있는 형태
통신은 상호 간에 다중 프로토콜을 번역해야 하고 데이터에 대한 경로 배정 복잡

[분산 범위에 따른 구분]

지역적으로 분산된 범위에 따라 광역 네트워크(WAN)와 근거리 네트워크(LAN)로 분류

[광역 네트워크]

통신 회선들은 특정 통신 프로세서들에 의해 조정

프로세서는 여러 노드간의 정보전송뿐만 아니라 노드들이 통신하는데 필요한 인터페이스를 정의

인터넷 광역 네트워크는 지역적으로 분리된 사이트들에 있는 호스트들 간에 서로 통신할 수 있는 기능 제공

호스트들은 일반적으로 근거리 네트워크로 구성되며, 지역 네트워크를 통하여 인터넷과 연결
지역 네트워크로는 전 세계 네트워크와 접속하기 위해 라우터로 상호 연결
라우터들은 네트워크 상에 전송되는 각 메시지의 통신 경로 제어

[근거리 네트워크]

한 빌딩 또는 몇 개의 인접된 빌딩과 같은 비교적 가까운 지역에 적용
주로 사무실 형태의 환경에서 이용
모든 사이트는 서로 근접해 있기 떄문에 통신 링크는 일반적인 컴퓨터 네트워크보다 속도 빠르고, 오류 발생률 낮음
-보다 빠른 속도와 신뢰성을 얻을 수 있고 양질의 값비싼 케이블을 필요로 함
근거리 네트워크를 구성하는 데 일반적으로 다중 접근 버스를 사용하는 이더넷 네트워크 이용
가장 일반적인 링크 : 트웨스트 페어, 기저대 동축 케이블, 광섬유 등
일반적인 네트워크 구성 형태 : 다중 접근 버스, 링 및 성형 네트워크 등

[분산 시스템의 운영체제 특징]

- 네트워크 운영체제(NOS)
기종의 차이가 심하고 지역적으로 널리 분산되어 있는 대규모 네트워크 시스템에서 주로 사용
- 분산 운영체제(DOS)
미니 혹은 마이크로 컴퓨터들의 근거리 네트워크(LAN)에서 많이 사용

[네트워크 운영체제]

각 노드는 다른 노드완느 무관한 독자적인 운영체제 지님
필요한 경우만 네트워크 통해 다른 노드와 통신
각 노드의 운영체제는 네트워크와는 관계 없으며 각 노드의 자율성은 최대로 보장/ 자원의 공유가 제한되며 자원의 분산을 사용자로부터 감추려는 투명성기능 제공 어려움
사용자에게 원격 자원에 접근할 수 있는 환경을 제공 : 원격 로그인, 원격 파일 전송

[분산 운영체제]

네트워크로 연결된 각 노드들의 독자적인 운영체제가 배제되고, 분산된 시스템 내에 하나의 운영체제 존재
네트워크 운영체제보다 훨씬 많은 노력 요구
전체 시스템에 대한 일관성 있는 설계가 가능 네트워크의 이해, 유지, 수정 용이
분산 운영체제와 네트워크 운영체제의 차이점은 설계 및 구현 시 통신 기능이 존재하는 위치
네트워크 운영체제가 기존의 운영체제 위에 통신 기능 추가
분산 운영체제는 통신 기능 미리 염두하고 운영체제 설계
통신 기능도 운영체제 내에 존재하므로 시스템 내의 자원들을 광역적으로 본다
사용자들이 지역 자원에서와 동일한 방법으로 원격 자원에 접근 가능
한 사이트에서 다른 사이트로의 자료와 프로세스의 이주는 분산 운영체제의 제어 하에 수행

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