【正文】 。 ? 正在建造一臺大型強子碰撞機 : Large Hadron Collider (2022) ? 可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù) : 10,000,000GB ? 需要 20,000,000 張 CD來存儲 ? 解決方法：網(wǎng)格計算， IBM分布式虛擬存儲和文件管理技術(shù) Lecture 129 分布式系統(tǒng)的相關(guān)概念 ?同構(gòu)型與異構(gòu)型分布式系統(tǒng) ? 對于同構(gòu)型分布式系統(tǒng)而言 ， 組成該系統(tǒng)的計算機的硬件和軟件是相同的或非常相似的 ， 同時組成該系統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件也是相同的或非常相似的 。 3) 把不同的硬件和軟件系統(tǒng)結(jié)合在一起，整個系統(tǒng)可以得到較高的性能價格比。 ? 可靠性。分布式的狀態(tài)信息和不可預(yù)知的報文延遲使得系統(tǒng)的控制和同步問題變得很復(fù)雜，要想及時地、完整地搜集到系統(tǒng)各方面的信息是很困難的，從而使處理機進行最佳調(diào)度相當(dāng)困難。 名字透明指的是對象的命名在全局是唯一的 ，不管在什么地方訪問該對象使用的名字都是一樣的 。 遷移透明指的是用戶不知道一個資源或者他的作業(yè)是否遷移到另外一個位臵 。 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)具有透明性時有以下一些優(yōu)點： 1) 使軟件的研制變得容易，因為訪問資源的方法只有一種，軟件的功能與其位臵無關(guān)。 這種方法是讓系統(tǒng)不透明地使用一些基本設(shè)施 (如遠程過程調(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) 、 打印機和遠程計算等 )， 用簡單的用戶程序和復(fù)雜的服務(wù)程序構(gòu)成整個系統(tǒng) 。 4) 使用透明的操作系統(tǒng)橋 。 Lecture 139 ?局部自治性對透明性的影響 ： 分布式系統(tǒng)由分散在各地點的一批計算機組成 ， 這些地點可能希望保持對處在該地點的機器的控制權(quán) ， 這種局部自治性限制了全局透明性 。 3) 遠程網(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 ， 很多人認為應(yīng)當(dāng)使這種資源的應(yīng)用成為可見的 (不透明的 )。 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 , 既有共享存儲器，又有專用存儲器 P：處理機， M：主存儲器 P P 開 關(guān) M （ a） 開關(guān)互連 ,只有共享存儲器 P P M M 總線 （ b） 總線互連 , 只有共享存儲器 多處理機系統(tǒng) Lecture 147 基于總線的多機系統(tǒng) M1 M2 Mm1 Mm Pn Pn1 P2 P1 Mn Mn1 M2 M1 Pn Pn1 P2 P1 … … … … （ 1）共享存儲器總線結(jié)構(gòu) （ 2）局部存儲器總線結(jié)構(gòu) Lecture 148 基于交叉開關(guān)的多機系統(tǒng) 通過 N2 個交叉開關(guān)訪問內(nèi)存 MN MN1 M2 M1 PN PN1 P2 P1 … …. Lecture 149 多級交叉開關(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 –多處理機共享內(nèi)存 – 處理機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)的多機系統(tǒng) 通信網(wǎng)絡(luò) P P P P P M M M M M P：處理機， M：主存儲器 多計算機系統(tǒng) ? 分布式存儲器 ? 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 ? 較長的網(wǎng)絡(luò)延遲 ? 較低的網(wǎng)絡(luò)帶寬 Lecture 152 ? 面向進程和報文傳遞的分布式系統(tǒng)模型 分布式進程通信子層 分布式操作系統(tǒng)內(nèi)核 C1 Cm S1 S2 Sn 顧客 服務(wù)員 C2 請求 回答 請求 回答 Lecture 153 ? 分布式系統(tǒng)的組成 分布式系統(tǒng)由四層組成： 第一層是由硬件或固件組成的硬核 第二層是分布式操作系統(tǒng)的內(nèi)核 第三層是分布式操作系統(tǒng)的服務(wù)層 第四層是和用戶有關(guān)的應(yīng)用層 。 Lecture 155 ? ? Basic Concepts [Asynchrony,Consensus,…] ? Routing [IP,BGP] ? Largescale Systems [The Grid,Gnutella,Kazaa] ? Distributed File Systems [NFS,AFS] ? Protocols, ., multicast [IP multicast, SRM, RMTP] ? Coordination[SETIHome,Multiplayer online games] ? Storage and Databases ? Security ? ?分布式系統(tǒng)的設(shè)計問題 Lecture 156 分布式系統(tǒng)應(yīng)達到的目標(biāo)： 1) 程序 (進程 )、 終端用戶或程序員對全部分布資源應(yīng)該有一個唯一的連貫的觀點 ， 不必明確地知道所需資源是在本地 、 遠程或是分散的 ， 主機之間的邊界應(yīng)盡可能隱匿 。 名字常在局部意義上使用 ， 也有的名字在整個系統(tǒng)中是唯一的 ，這叫全局命名 。 資源的分配和調(diào)度通常在本地完成 ， 因為需要本地自治管理 ， 此外還需要全局調(diào)度和分配 。 比起單機系統(tǒng)來說 ， 保護問題在分布式系統(tǒng)中更為突出 ， 因為系統(tǒng)在物理上是分散的 ， 成份是異構(gòu)的 ，控制是多重的 。 Lecture 159 ?Watson模型 各層共同的問題 (X) 命名 差錯控制 資源管理 保護 同步 編碼 測試 分層 (Y) 硬件 /固件 分布式操作系統(tǒng)內(nèi)核 分布式操作系統(tǒng)服務(wù)層 應(yīng)用層 由應(yīng)用指定的服務(wù) 模糊邊界 服務(wù) (進程、文件、命名、同步、記帳、鑒別等 ) 服務(wù)支持子層 (資源、服務(wù)員、格式化、編碼約定等 ) 通信協(xié)議各層 處理機、存儲器、 I/O部件 設(shè)備驅(qū)動程序、多路復(fù)用 接口 最佳資源定位 全局狀態(tài)一致性 全局調(diào)度 系統(tǒng)測試 全局實現(xiàn)與最佳化問題 (Z) Lecture 160 分布式系統(tǒng)的軟件 系統(tǒng) 主要特征 主要目標(biāo) DOS 分布式操作系統(tǒng) 多處理器或同構(gòu)多計算機 緊密耦合操作系統(tǒng) 隱蔽并且管理所有分布式資源 NOS 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 異構(gòu)多計算機 (LAN and WAN) 松散耦合操作系統(tǒng) 為遠程客戶提供分布式服務(wù) Middleware 中間件系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之上覆蓋的分布式服務(wù)系統(tǒng) 提供分布式透明性 Lecture 161 傳統(tǒng)的單機操作系統(tǒng) 在一個操作系統(tǒng)管理下 ， 可能有多個并發(fā)的應(yīng)用 。 Lecture 167 ?從文件系統(tǒng)的訪問方法上區(qū)分 ： 1) 沒有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的訪問方法 。 這種辦法要求所有要訪問機器 X上的文件的用戶先使用屬于機器 X的用戶名在機器 X上登錄 。 3) 在分布式系統(tǒng)中 ， 用戶執(zhí)行一個程序時 ， 只需簡單的給出要執(zhí)行的程序的程序名和相關(guān)的參數(shù) ， 并不指出在何處執(zhí)行這個程序 ， 何處執(zhí)行由操作系統(tǒng)決定 。 2) 以分布式文件系統(tǒng) (DFS—Distributed File Systems)為中心的中間件模型 。 當(dāng)一個進程引用一個方法時 ， 進程所在機器上的接口將此引用轉(zhuǎn)換成一個報文傳送給對應(yīng)的