1、分布式操作系統(tǒng)概念及模型,姜海燕 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科技學(xué)院計算機系,主要內(nèi)容,1分布式系統(tǒng)概念與內(nèi)涵 2分布式系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境 3分布式系統(tǒng)常用模型,1分布式系統(tǒng)概念與內(nèi)涵,1.1分布式系統(tǒng)定義,A distributed system is: A collection of independent computers that appears to its users as a single coherent system. (Tanenbaum et al. 2004),分布式系統(tǒng)定義,A distributed system organized as middleware.Note th

2、at the middleware layer extends over multiple machines.,分布式系統(tǒng)定義,一個分布式系統(tǒng)是一組位于網(wǎng)絡(luò)計算機上的并發(fā)構(gòu)件，這些構(gòu)件之間的通信以及任務(wù)協(xié)調(diào)都只能通過信件傳遞進行，其目的是實現(xiàn)資源共享。 (Coulouris et al. 2005),1.2分布式系統(tǒng)特征,一組由網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的、自治的計算機和資源 資源為用戶所共享 可以集中控制，也可以分布控制 計算機可以同構(gòu)，也可以異構(gòu) 分散的地理位置 分布式故障點 沒有全局時鐘 大多數(shù)情況下沒有共享內(nèi)存,1.3應(yīng)用領(lǐng)域,分布式計算： 數(shù)學(xué)計算，環(huán)境模擬，生物和仿生，經(jīng)濟和財政模型，氣象預(yù)報 分布

3、式數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)挖掘, 信息檢索，保險分析，圖像處理 分布式應(yīng)用 事務(wù)處理，電子商務(wù)，遠(yuǎn)程文件交換，電子信件,經(jīng)典分布式應(yīng)用,遠(yuǎn)程訪問 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) ATM （銀行自動取款機） 分布式數(shù)據(jù)庫 WWW （萬維網(wǎng)） 全球定位系統(tǒng) 自動售貨終端機 航空管制系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)拍賣系統(tǒng),SETI : 搜索外星人,IBM倡導(dǎo)組織，名為“網(wǎng)格社區(qū)” 項目 SETI(search for extra-Terrestrial Intelli-gence),SETI: 搜索外星人,探索外星文明 射電天文望遠(yuǎn)鏡: Arecibo (305m) 地理位置: Puerto Rico（波多黎各） 接收 4,000,000 無線電波段

4、 下載屏保程序作數(shù)據(jù)分析 中央控制系統(tǒng)分布數(shù)據(jù) SETIhome 項目基于UC Berkeley（伯克利開放式網(wǎng)絡(luò)計算平臺），開源項目,RC5：密碼破解計劃,破譯 RSA 實驗室給出的密碼，找出密鑰 獎金: $10,000 美元 RC_56: 250 天破譯 (1997) RC_64: 1,757 天破譯 (2002) RC_72: ?,1.4透明性（ Transparency ）,1.5可擴展性（ Scaling ）,規(guī)模上可擴展 地域上可擴展 管理上可擴展,Scalability Problems,Scaling Techniques,隱藏通行等待時間（解決：地域擴展） 異步通信方式 啟動

5、新控制線程執(zhí)行請求 將部分工作分散給客戶（交互程序中）,Scaling Techniques,分布（Distribution）技術(shù) 將某組件分割為多個部分，分散到系統(tǒng)中,An example of dividing the DNS name space into zones,Scaling Techniques,復(fù)制技術(shù)（解決性能下降問題） 新問題：一致性問題 解決：全局同步機制,2分布式系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境,2.1Hardware Concepts,Different basic organizations and memories in distributed computer systems

6、,2.1.1Multiprocessors,A bus-based multiprocessor,基于總線的多處理器系統(tǒng),增加緩存，提高命中率 問題： 存儲器非相關(guān)性（nocoherent） 擴展性有限,2.1.2Homogeneous Multicomputer Systems,Grid Hypercube,基于總線：基于廣播的通訊，擴展受節(jié)點數(shù)目限制 基于交換：基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通訊的多種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),2.2 Software Concepts,2.2.1分布式操作系統(tǒng),通常用來管理多處理器或者同構(gòu)多處理機， 其主要目的是隱藏硬件細(xì)節(jié)，管理硬件資源， 提供系統(tǒng)接口，使得并發(fā)進程能夠共享系統(tǒng)資源

7、,Uniprocessor Operating Systems,Separating applications from operating system code through a microkernel.,Multiprocessor Operating Systems,monitor Counter private: int count = 0; public: int value() return count; void incr () count = count + 1; void decr() count = count 1; ,A monitor to protect an i

8、nteger against concurrent access.,DOS特征,將多處理器或多計算機構(gòu)造成一個虛擬環(huán)境 提供同構(gòu)性、透明性 最有效地管理網(wǎng)絡(luò) 提供全局編址和命名服務(wù) 管理資源分配及共享 提供同步、互斥、及死鎖檢測機制 提供進程通信機制(IPC) 提供適當(dāng)?shù)陌踩珯C制 典型科研分布式操作系統(tǒng)：Amoeba, Chorus,2.2.2網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的擴充，為用戶提供各種交換信息和資源共享的服務(wù),NOS特征,單機操作系統(tǒng)的擴充 為遠(yuǎn)程用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 每臺計算機都有自己的操作系統(tǒng)（同構(gòu)或異構(gòu)） 提供各種通信協(xié)議 提供應(yīng)用程序設(shè)計接口 （API） 系統(tǒng)容錯能力較差 簡單靈活，

9、可擴展性好，但透明性較差 典型例子：UNIX, Windows NT, 2000,2.2.3中間件系統(tǒng),中間件定義,比較公認(rèn)的IDC的定義是： 中間件是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，中間件位于客戶機服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計算資源和網(wǎng)絡(luò)通信,Middleware and Openness,In an open middleware-based distributed system, the protocols used by each middleware layer should be the same, as well as the i

10、nterfaces they offer to applications.,中間件系統(tǒng)實例,Sun RPC, CORBA, DCOM, Java RMI 實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之上 隱蔽網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)以及程序設(shè)計語言的異構(gòu)性 提供標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)界面,類型,消息中間件(MOM：Message-Oriented Middleware) 數(shù)據(jù)庫中間件(Database Middleware） 遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件(RPC:Remote Process Call) 對象請求代理中間件(ORB：Object Request Broker) 事務(wù)處理中間件(TP Monitor：Transaction Process Monitor) 反射中間件 移動中間件 自適應(yīng)中間件,2.2.4不同操作系統(tǒng)的比較,3客戶-服務(wù)器模型,3.1Clients and Servers,General interaction between a client and a server.,3.2應(yīng)用程序分層（Processing Level ）,The general organization of an Internet search engine into three different layers,3.3分層體系結(jié)構(gòu),Alternative client-server organizat