【正文】 分布式操作系統(tǒng)內(nèi)核 C1 Cm S1 S2 Sn 顧客 服務員 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)的服務層 第四層是和用戶有關的應用層 。該層包括處理器、主存、 I/O設備、鍵盤、終端以及用于數(shù)據(jù)采集和物理過程控制的各種硬件設備。 分布式操作系統(tǒng)的服務層。 這一層包括和各種應用有關的顧客服務進程。 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)的設計問題 Lecture 156 分布式系統(tǒng)應達到的目標： 1) 程序 (進程 )、 終端用戶或程序員對全部分布資源應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 ， 主機之間的邊界應盡可能隱匿 。 本地用戶進程訪問本地服務時應象單機操作系統(tǒng)一樣有效 ， 不增加額外數(shù)目和類型的報文或系統(tǒng)調(diào)用 。 用戶很容易在現(xiàn)存服務上增加新的服務而不必要求系統(tǒng)程序員增加新的駐存程序 ， 正如在單機系統(tǒng)上增加新的服務不必要求修改現(xiàn)有的操作系統(tǒng) 。 標識符代表一個對象 ， 在保護 、 差錯控制 、資源管理 、 資源定位 、 資源共享 、 用簡單對象創(chuàng)建較復雜對象時 ， 都要用到標識符 。 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 。 2) 差錯控制 。 不可能只使用一種差錯控制機構(gòu)來解決所有層的問題 。 3) 資源管理問題 。 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 。 4) 同步問題 。 在分布式系統(tǒng)中 ， 由于用于更新和報告狀態(tài)的報文具有不可預知的延遲 ， 合作的各個進程看到的系統(tǒng)狀態(tài)不可能一樣 ， 即使沒有差錯和節(jié)點故障時也是如此 。 差錯控制和同步之間的相互作用是很強的 ， 當有多個節(jié)點時問題就更復雜 。 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 。 系統(tǒng)中每一層都要定義一些對象 ， 如在高層定義文件 、 過程和目錄 ， 在 IPC層定義包等 ， 說明它們的表示方法及編碼方法 。 7) 測試問題 。 測試也是為了了解所采取的各種方案對性能的影響 ， 有助于更好地了解系統(tǒng)是如何工作的 。 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)服務層 應用層 由應用指定的服務 模糊邊界 服務 (進程、文件、命名、同步、記帳、鑒別等 ) 服務支持子層 (資源、服務員、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 設備驅(qū)動程序、多路復用 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 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 Middleware 中間件系統(tǒng) 網(wǎng)絡操作系統(tǒng)之上覆蓋的分布式服務系統(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)的應用 。 從這個角度看 ， 覆蓋在硬件之上的操作系統(tǒng)實現(xiàn)了一臺虛機器(virtual machine) 單機操作系統(tǒng) 計算機硬件 進程調(diào)度 設備管理 存儲管理 文件管理 應用程序 Lecture 162 分布式操作系統(tǒng) 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 。 計算機硬件 … 網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡應用程序 網(wǎng)絡 網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡操作系統(tǒng) Lecture 165 NOS之特征 ? 單機操作系統(tǒng)的擴充 ? 為遠程用戶提供網(wǎng)絡服務 ? 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 ? 提供應用程序設計接口 （ API） ? 系統(tǒng)容錯能力較差 ? 簡單靈活，可擴展性好，但透明性較差 ? 典型例子： UNIX, Windows NT, 2022 Lecture 166 ?分布式系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)有什么區(qū)別呢？ ? 如果用戶能說明他在使用哪一個計算機 ， 則他是在使用一個計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)而不是分布式系統(tǒng) 。使分布式系統(tǒng)具有這種性質(zhì)的是它的軟件：分布式操作系統(tǒng) 。 Lecture 167 ?從文件系統(tǒng)的訪問方法上區(qū)分 ： 1) 沒有網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的訪問方法 。 2) 有網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的訪問方法 。 如： open(―/machine_name/pathname‖,READ)； 或： machian_name:pathname‖,READ)； 或： open(―/../ machian_name:pathname‖,READ)； 3) 分布式系統(tǒng)使用的方法 。 Lecture 168 ? 從訪問控制方面區(qū)分 UNIX和其他許多操作系統(tǒng)給每個用戶賦予一個唯一的內(nèi)部標識符 （ UID, 如 Unix中的磁盤 inode） ， 以利于訪問控制 。 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 。 在這種辦法中 ， 由網(wǎng)絡操作系統(tǒng)對不同機器上的 UID進行變換 。 在分布式系統(tǒng)中 ， 對每個用戶只設一個 UID， 使用它可以訪問任何機器 ， 不必經(jīng)過變換 。 2) 在有網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中 ， 用戶在自己的終 端上輸入一個特殊的命令 ， 指定一個機器運行一個程序 。 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 。 中間件的一個重要目標是為應用程序隱匿底層平臺的異構(gòu)性。 Lecture 171 中間件例子 ? 典型例子 : Sun RPC, CORBA, DCOM, Java RMI ? 實現(xiàn)在網(wǎng)絡協(xié)議之上 ? 隱蔽網(wǎng)絡、硬件、操作系統(tǒng)以及程序設計語言的異構(gòu)性 ? 提供標準服務界面 ? 三種典型的中間件 : –面向事務處理 (分布式數(shù)據(jù)庫應用 ) –面向消息傳送 (可靠的異步通信 ) –遠程過程調(diào)用 (RPC) （客戶 /服務器模型） Lecture 172 Middleware and Openness In an open middlewarebased distributed system, the protocols used by each middleware layer should be the same, as well as the interfaces they offer to applications. Lecture 173 ?中間件模型一般包括如下一些類型： 1) 將任何資源作為文件來對待 。 無論一個文件是遠程的還是本地的 ， 在本質(zhì)上是沒有區(qū)別的 。 2) 以分布式文件系統(tǒng) (DFS—Distributed File Systems)為中心的中間件模型 。 在許多情況下 ， 這種中間件實際上只在支持傳統(tǒng)文件的分布透明性方面比網(wǎng)絡操作系統(tǒng)前進了一步 。 這種模型主要集中在隱匿網(wǎng)絡通信 ， 隱匿網(wǎng)絡通信的方式是允許一個進程調(diào)用在一個遠程機器上實現(xiàn)的過程 。 Lecture 174 4) 基于分布式對象 (Distributed Objects)的中間件模型 。 當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的對象 ， 該對象執(zhí)行所請求的方法并回送結(jié)果 。 5) 基于分布式文檔 (Distributed Documents)的中間件模型 。 通過一個鏈接 ， 這個鏈接所指定的文檔會被從它存放的位臵取到用戶的機器上并顯示到用戶的顯示器上 。 ? 瀏覽器 /服務器模型：為了充分利用互聯(lián)網(wǎng)自由、開放的特征，為了使計算機應用尤其是電子商務的市場范圍擴展到千家萬戶，基于瀏覽器 /服務器(Browser/Server) 的分布式系統(tǒng)平臺模型浮出水面，使得網(wǎng)絡應用呈現(xiàn)出全球化、個性化的趨勢?！癟entative” version before lecture 1