【正文】 。 ? 正在建造一臺(tái)大型強(qiáng)子碰撞機(jī) : 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(lái)存儲(chǔ) ? 解決方法：網(wǎng)格計(jì)算， IBM分布式虛擬存儲(chǔ)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(duì)于同構(gòu)型分布式系統(tǒng)而言 ， 組成該系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的硬件和軟件是相同的或非常相似的 ， 同時(shí)組成該系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)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(gè)系統(tǒng)可以得到較高的性能價(jià)格比。 ? 可靠性。分布式的狀態(tài)信息和不可預(yù)知的報(bào)文延遲使得系統(tǒng)的控制和同步問(wèn)題變得很復(fù)雜，要想及時(shí)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(jī)進(jìn)行最佳調(diào)度相當(dāng)困難。 名字透明指的是對(duì)象的命名在全局是唯一的 ，不管在什么地方訪問(wèn)該對(duì)象使用的名字都是一樣的 。 遷移透明指的是用戶(hù)不知道一個(gè)資源或者他的作業(yè)是否遷移到另外一個(gè)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(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(wèn)資源的方法只有一種，軟件的功能與其位臵無(wú)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(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用 、 命名 、 訪問(wèn)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(hù)程序和復(fù)雜的服務(wù)程序構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng) 。 4) 使用透明的操作系統(tǒng)橋 。 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 。 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(jiàn)的 (不透明的 )。 Lecture 146 ? 緊密耦合分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： P P 開(kāi) 關(guān) M M M (c) 開(kāi)關(guān)互連 , 既有共享存儲(chǔ)器，又有專(zhuān)用存儲(chǔ)器 P：處理機(jī)， M：主存儲(chǔ)器 P P 開(kāi) 關(guān) M （ a） 開(kāi)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(kāi)關(guān)的多機(jī)系統(tǒng) 通過(guò) N2 個(gè)交叉開(kāi)關(guān)訪問(wèn)內(nèi)存 MN MN1 M2 M1 PN PN1 P2 P1 … …. Lecture 149 多級(jí)交叉開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu) 交叉開(kāi)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 服務(wù)員 C2 請(qǐng)求 回答 請(qǐng)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(hù)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(jì)問(wèn)題 Lecture 156 分布式系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)： 1) 程序 (進(jìn)程 )、 終端用戶(hù)或程序員對(duì)全部分布資源應(yīng)該有一個(gè)唯一的連貫的觀點(diǎn) ， 不必明確地知道所需資源是在本地 、 遠(yuǎn)程或是分散的 ， 主機(jī)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(gè)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?yàn)樾枰镜刈灾喂芾?， 此外還需要全局調(diào)度和分配 。 比起單機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō) ， 保護(hù)問(wèn)題在分布式系統(tǒng)中更為突出 ， 因?yàn)橄到y(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(wèn)題 (X) 命名 差錯(cuò)控制 資源管理 保護(hù) 同步 編碼 測(cè)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(jìn)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(jī)、存儲(chǔ)器、 I/O部件 設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(cè)試 全局實(shí)現(xiàn)與最佳化問(wèn)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(jì)算機(jī) 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(jì)算機(jī) (LAN and WAN) 松散耦合操作系統(tǒng) 為遠(yuǎn)程客戶(hù)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(jī)操作系統(tǒng) 在一個(gè)操作系統(tǒng)管理下 ， 可能有多個(gè)并發(fā)的應(yīng)用 。 Lecture 167 ?從文件系統(tǒng)的訪問(wèn)方法上區(qū)分 ： 1) 沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的訪問(wèn)方法 。 這種辦法要求所有要訪問(wèn)機(jī)器 X上的文件的用戶(hù)先使用屬于機(jī)器 X的用戶(hù)名在機(jī)器 X上登錄 。 3) 在分布式系統(tǒng)中 ， 用戶(hù)執(zhí)行一個(gè)程序時(shí) ， 只需簡(jiǎn)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(gè)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(gè)進(jìn)程引用一個(gè)方法時(shí) ， 進(jìn)程所在機(jī)器上的接口將此引用轉(zhuǎn)換成一個(gè)報(bào)文傳送給對(duì)應(yīng)的