(新編)第一章緒論(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行 。 Lecture 136 Design Challenges: Transparency ? Concealment of the separation of ponents from users: – Access transparency: local and remote resources can be accessed using identical operations. – Location transparency: resources can be accessed without knowing their whereabouts. – Concurrency transparency: processes can operate concurrently using shared resources without interferences. – Failure transparency: faults can be concealed from users/applications. – Mobility transparency: resources/users can move within a system without affecting their operations. – Performance transparency: system can be reconfigured to improve the performance. – Scaling transparency: system can be expanded in scale without change to the applications. Lecture 137 ?分布式系統(tǒng)具有透明性時(shí)有以下一些優(yōu)點(diǎn)： 1) 使軟件的研制變得容易，因?yàn)樵L問資源的方法只有一種，軟件的功能與其位臵無關(guān)。 2) 系統(tǒng)的某些資源變動(dòng)時(shí)不影響或較少影響應(yīng)用軟件。 3) 系統(tǒng)的資源冗余 (硬件冗余和軟件冗余 )使操作更可靠，可用性更好。透明性使得在實(shí)現(xiàn)這種冗余的時(shí)候，各種冗余資源的互相替換變得容易。 4) 在資源操作方面，當(dāng)把一個(gè)操作從一個(gè)地方移到若干其他地方時(shí)沒有什么影響。 Lecture 138 ?影響透明性的因素 ? 系統(tǒng)的異構(gòu)性對(duì)透明性的影響 ：不同方法實(shí)現(xiàn)的異構(gòu)性系統(tǒng)具有不同的透明性 。 1) 通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)松散集成 。 對(duì)于包含有很多機(jī)種 ， 而每個(gè)機(jī)種又只有很少幾臺(tái)機(jī)器的系統(tǒng) ， 早期常使用這種方式實(shí)現(xiàn) 。 這種方法是讓系統(tǒng)不透明地使用一些基本設(shè)施 (如遠(yuǎn)程過程調(diào)用 、 命名 、 訪問權(quán)限檢查 )和服務(wù)設(shè)施 (如文件系統(tǒng) 、 郵件系統(tǒng) 、 打印機(jī)和遠(yuǎn)程計(jì)算等 )， 用簡(jiǎn)單的用戶程序和復(fù)雜的服務(wù)程序構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng) 。 這種系統(tǒng)不具有透明性 。 2) 共享不同語言的程序 。 如果一個(gè)系統(tǒng)中的每個(gè)機(jī)種有很多機(jī)器 ， 則常采用這種方法 。 這種方法提供一些設(shè)施 ， 使得用根本不同的語言編寫的程序能夠共享 。 特別是一種語言程序可以用透明的方式調(diào)用另一種語言的程序 。 3) 在已有的多個(gè)系統(tǒng)上加入前端軟件 。 例如當(dāng)使用若干個(gè)人計(jì)算機(jī)訪問一個(gè)現(xiàn)存的公用數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí) ， 可以在這些個(gè)人計(jì)算機(jī)上加入一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)協(xié)議軟件 ， 從而可以在此系統(tǒng)中的個(gè)人計(jì)算機(jī)上使用該數(shù)據(jù)庫(kù) 。 4) 使用透明的操作系統(tǒng)橋 。 這種方法就是在本地系統(tǒng)上攔截操作系統(tǒng)的調(diào)用 ， 并將相應(yīng)的調(diào)用傳遞給遠(yuǎn)程系統(tǒng)的服務(wù)進(jìn)程付諸實(shí)現(xiàn) 。 本地程序直接調(diào)用遠(yuǎn)程進(jìn)程 ， 在本地和遠(yuǎn)程進(jìn)程間進(jìn)行通信 ， 由遠(yuǎn)程進(jìn)程直接訪問所需文件 。 采用這種方法必須為每對(duì)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)橋軟件 ， 因此這種方法適用于操作系統(tǒng)種類不多的環(huán)境 。 5) 聚合 (Coherence)法 。 這種方法是定義一個(gè)軟件層 ， 使其保持一致 ， 并在各種不同硬件上實(shí)現(xiàn) 。 這個(gè)軟件層可以在邏輯上集中的文件服務(wù)層上實(shí)現(xiàn) ， 也可以在應(yīng)用程序接口上實(shí)現(xiàn) 。 這種方法適用于機(jī)種不多 ， 但是每種機(jī)器的數(shù)目很大的系統(tǒng) 。 Lecture 139 ?局部自治性對(duì)透明性的影響 ： 分布式系統(tǒng)由分散在各地點(diǎn)的一批計(jì)算機(jī)組成 ， 這些地點(diǎn)可能希望保持對(duì)處在該地點(diǎn)的機(jī)器的控制權(quán) ， 這種局部自治性限制了全局透明性 。 1) 資源控制方面 。 由分布式系統(tǒng)連接的各機(jī)器是由不同的用戶所操作 ， 或由一個(gè)機(jī)關(guān)的不同部門控制 ， 希望在資源的使用上有較大的控制權(quán) 。 因此 ， 必須有一種手段解決這個(gè)問題 ， 在透明性和局部自治性之間進(jìn)行折衷 。 2) 命名方面 。 即使同型號(hào)的機(jī)器 ， 不同的用戶也可能以不同的方式形成他們的目錄 ， 例如 FORTRAN程序庫(kù)在某個(gè)機(jī)器上使用某個(gè)名字 ， 而在另一臺(tái)機(jī)器上可能使用另一個(gè)名字 ， 造成不透明 。 Lecture 140 ?網(wǎng)絡(luò)互連對(duì)透明性的影響 ： 1) 很多網(wǎng)絡(luò)連接了不同廠商提供的不同系列的計(jì)算機(jī) ， 要實(shí)現(xiàn)透明性必須修改這些機(jī)器的軟件 ， 這是很不實(shí)際的 。 2) 現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)一般是直接從早期網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展來的 ， 其最重要的功能是通信 ， 并未考慮到分布計(jì)算 。 3) 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)一般是很昂貴的資源 ， 其特征是低帶寬或高延遲 ，或者二者兼有 ， 因此 ， 很多人認(rèn)為應(yīng)當(dāng)使這種資源的應(yīng)用成為可見的 (不透明的 )。 Lecture 141 分布式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) ?分布式系統(tǒng)的分層體系結(jié)構(gòu) ? 分布式系統(tǒng)可以分成若干邏輯層 ， 層與層之間稱為接口 ，每層有兩個(gè)接口 。 層所提供的功能還可進(jìn)一步分割成若干模塊 ， 模塊之間也有接口 。 接口由以下三部分組成： 1) 一套可以見到的抽象對(duì)象 (資源 )以及對(duì)這些對(duì)象所要求的操作和參數(shù) 。 2) 一套控制這些操作的合法順序的規(guī)則 。 3) 操作和參數(shù)所需要的編碼和格式化約定 。 Lecture 142 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類 ? 利用指令流和數(shù)據(jù)流對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分類 （ Flynn, 1966+1972 ） ? 基于馮 .諾伊曼模型：分離處理器和存儲(chǔ)器 –SISD 單指令、單數(shù)據(jù) –SIMD 單指令、多數(shù)據(jù) –MISD – 多指令、單數(shù)據(jù) –MIMD – 多指令、多數(shù)據(jù) Lecture 143 Flynn Architectures (1) 數(shù)組處理機(jī) 順序計(jì)算機(jī) CU PU I PU1 PUn D I D1 Dn CU CU – 控制單元 PU – 處理單元 I – 指令流 D – 數(shù)據(jù)流 SISD SIMD Lecture 144 Flynn Architectures (2) CU1 PU1 I1 D1 CUn PUn In Dn 多處理器或 多計(jì)算機(jī)系統(tǒng) MIMD CU1 PU1 I1 D CUn PUn In MISD 流水線結(jié)構(gòu) Lecture 145 ?分布式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) ? 緊密耦合與松散耦合分布式系統(tǒng) ?緊密耦合分布式系統(tǒng) 1) 連接方式：內(nèi)部總線或機(jī)器內(nèi)互連網(wǎng)絡(luò) ； 2) 處理資源間距離：物理上分散，相距很近； 3) 處理資源：處理機(jī)； 4) 通信方式：共享存儲(chǔ)器。 ?松散耦合分布式系統(tǒng) 1) 連接方式：通信網(wǎng)絡(luò) ； 2) 處理資源間距離：地理上分散，相距很遠(yuǎn)； 3) 處理資源：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 4) 通信方式：報(bào)文交換。 Lecture 146 ? 緊密耦合分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： P P 開 關(guān) M M M (c) 開關(guān)互連 , 既有共享存儲(chǔ)器，又有專用存儲(chǔ)器 P：處理機(jī)， M：主存儲(chǔ)器 P P 開 關(guān) M （ a） 開關(guān)互連 ,只有共享存儲(chǔ)器 P P M M 總線 （ b） 總線互連 , 只有共享存儲(chǔ)器 多處理機(jī)系統(tǒng) Lecture 147 基于總線的多機(jī)系統(tǒng) M1 M2 Mm1 Mm Pn Pn1 P2 P1 Mn Mn1 M2 M1 Pn Pn1 P2 P1 … … … … （ 1）共享存儲(chǔ)器總線結(jié)構(gòu) （ 2）局部存儲(chǔ)器總線結(jié)構(gòu) Lecture 148 基于交叉開關(guān)的多機(jī)系統(tǒng) 通過 N2 個(gè)交叉開關(guān)訪問內(nèi)存 MN MN1 M2 M1 PN PN1 P2 P1 … …. Lecture 149 多級(jí)交叉開關(guān)結(jié)構(gòu) 交叉開關(guān)具備路由器功能 Lecture 150 ? 緊密耦合分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) –多處理機(jī)共享內(nèi)存 – 處理機(jī)由共享總線或高速網(wǎng)絡(luò)相連 – 較低的網(wǎng)絡(luò)延遲 – 較高的網(wǎng)絡(luò)帶寬 – 通信由共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn) M P M P M P M P I/O Shared Memory Lecture 151 ? 松散耦合分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 基于網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)系統(tǒng) 通信網(wǎng)絡(luò) P P P P P M M M M M P：處理機(jī)， M：主存儲(chǔ)器 多計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ? 分布式存儲(chǔ)器 ? 消息傳送式通信 ? PC或工作站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò) ? 地理分布范圍較大 ? 較長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)延遲 ? 較低的網(wǎng)絡(luò)帶寬 Lecture 152 ? 面向進(jìn)程和報(bào)文傳遞的分布式系統(tǒng)模型 分布式進(jìn)程通信子層 分布式操作系統(tǒng)內(nèi)核 C1 Cm S1 S2 Sn 顧客