分布式系统.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,分布式系统概述,*,分布式系统,西安电子科技大学计算机学院,2008,年,9,月,1.1,分布式系统概念,1.2,分布式系统的特点,1.3,硬件概念,1.4,软件概念,1.5,分布式系统设计问题,主要内容,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,2,分布式系统概述,“一个分布式系统是若干个独立的计算机的集合，但是对该系统的用户来说，感觉该系统就像一台计算机一样。”,硬件方面：每台计算机都是独立、自主的计算机,软件方面：用户感觉在独占系统,1.1,分布式系统概念,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,3,分布式系统概述,Sun,ULTRA,5,with 32GB disk,6 Units,Eathernet,Switch,100,M,Sun,ULTRA,10,32GB disk,One unit,NOW(Network of Workstations),2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,4,分布式系统概述,应用举例,银行“一卡通,”,系统,电信“神州行”系统,连锁店,从集中式系统到分布式系统,高性能微型计算机,(PC),的普及,高速计算机网络（,LAN,、,WAN,）,的普及,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,5,分布式系统概述,集中式系统,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,6,分布式系统概述,网格计算,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,7,分布式系统概述,优点,-,与集中式系统相比较,1,、经济性：高的性能,/,价格比,GroschLaw,:Power Price,2,NOPC vs.,大型机（,mainframe,）,1.2,分布式系统的特点,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,8,分布式系统概述,2,、性能：,10,000,台,PC X 50MIPS,500,000MIPS,（,5,千亿次）,=0.002ns/,次,=0.7mm,（,相对论：,360000km/s,）,优点,-,与集中式系统相比较,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,9,分布式系统概述,3,、应用的固有的分布性,例如：,CSCW,工作流,4,、可靠性高,多工系统的容错能力,5,、可扩充性强,系统演进能力,（,evolution,）,优点,-,与集中式系统相比较,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,10,分布式系统概述,1,、支持数据共享,文件,数据库,2,、支持设备共享,高档打印机,海量磁盘,优点,-,与独立,PC,机,比较,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,11,分布式系统概述,3,、,P2P,通信,email,BBS,4,、,灵活性,负载分配,优点,-,与独立,PC,机,比较,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,12,分布式系统概述,1,、缺乏充分的软件产品和应用经验,操作系统、中间件、编程语言、工具,2,、网络性能的限制,QoS,(,带宽、速度,),3,、安全性,黑客、泄密、盗用、破坏,存在的问题,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,13,分布式系统概述,Flynn,分类：,（,1972,）,SISD,：,普通计算机（,PC,机）,SIMD,：,矩阵计算机,MISD,：无,MIMD,：,分布式系统,1.3,硬件概念,CPU,指令流个数,数据流个数,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,14,分布式系统概述,存储器使用：共享式、私有式,多处理器系统（,multi-processor,）,多计算机系统（,multi-computer,）,MIMD,分类,P,P,M,P,P,P,M,P,M,M,连接方式：,总线式（,Bus-based),交换式（,Switch-based,）,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,15,分布式系统概述,MIMD,系统分类,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,16,分布式系统概述,（,1,）总线型多处理机,高速缓存（,cache,）：,命中率（,hit rate,）,缓存一致性（,coherency,）,直写（,Write-through,）,探听（,Snoopy,）,共享内存,控制线、数据线,、,地址线,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,17,分布式系统概述,（,2,）交换型多处理机,交叉开关线：,n,2,个交叉开关点,Omega,开关网,：,2,2,开关点，共,(log,2,n),n/2,个,NUMA(NonUniform,Memory Access),：,分层式存储,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,18,分布式系统概述,（,3,）总线型多计算机,本地内存,局域网络（,10M 100M,）,Share-nothing,结构,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,19,分布式系统概述,网格（,grid,）：,二维平面,(n,2,个节点,),。,超立方（,hypercube,）：,n,维立方（,2,n,个节点,）,（,4,）交换型多计算机,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,20,分布式系统概述,分类：,关联程度：,紧耦合式（,tight-coupled),松耦合式（,loosely-coupled,）,1.4,软件相关概念,紧耦合 松耦合,软件,硬件,松耦合,紧耦合,分布式,OS,多处理机,OS,网络,OS,中间件系统,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,21,分布式系统概述,单处理机操作系统,微内核方式,OS vs.,单体式（,monolithic,）,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,22,分布式系统概述,多处理机操作系统（,MPOS,）,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,23,分布式系统概述,多处理机操作系统（,MPOS,）,monitor Counter,private:,int,count=0;,public:,int,value()return count;,void,incr,()count=count+1;,void,decr,()count=count 1;,同步原语,-,管程举例,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,24,分布式系统概述,多处理机操作系统（,MPOS,）,monitor Counter,private:,int,count=0;,int,blocked_procs,=0;,condition unblocked;,public:,int,value()return count;,void,incr,()/,生产者,if(,blocked_procs,=0),count=count+1;,else,signal(,unblocked,);,void,decr,()/,消费者,if(count=0),blocked_procs,=,blocked_procs,+1;,wait(,unblocked,);,blocked_procs,=,blocked_procs,1;,else,count=count 1;,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,25,分布式系统概述,多计算机操作系统（,DOS,）,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,26,分布式系统概述,分布式操作系统,单一的、全局的进程间通信机制,协议、位置,全局进程管理,创建、启动、挂起、撤销,全局文件系统,文件名、目录、操作,统一的系统调用接口,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,27,分布式系统概述,多计算机操作系统,消息传递机制（,message passing,）,缓冲区,同步点,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,28,分布式系统概述,多计算机操作系统,同步点,发送缓冲区,可靠性保证,?,阻塞,发送者,，如果缓冲区满,Yes,不必要,阻塞,发送者,，如果消息未发送完,No,不必要,阻塞,发送者,，如果消息未被接收,No,必须,阻塞,发送者,，如果消息未递交给,接收者,No,必须,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,29,分布式系统概述,分布式共享内存系统,分布在,4,台计算机上的页面地址空间,CPU 1,引用,page 10,page 10,为,只读型，则可使用它的复制副本,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,30,分布式系统概述,分布式共享内存系统,错误共享（,false sharing,）,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,31,分布式系统概述,场地,2,场地,1,网络操作系统（,NOS远程登录,telnet,rlogin,网络文件,NFS,mount,磁盘映射,/,games,software,share,word,graphic,player,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,32,分布式系统概述,网络操作系统（,NOS,）,典型体系结构,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,33,分布式系统概述,网络操作系统（,NOS,）,客户,/,服务器结构,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,34,分布式系统概述,网络操作系统（,NOS,）,客户,/,服务器结构,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,35,分布式系统概述,中间件系统,典型体系结构2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,36,分布式系统概述,中间件系统,中间件协议,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,37,分布式系统概述,客户和服务器模型,交互方式,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,38,分布式系统概述,客户和服务器举例,头文件,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,39,分布式系统概述,客户和服务器举例,Server,程序,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,40,分布式系统概述,客户和服务器举例,Client,程序,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,41,分布式系统概述,客户和服务器模型,用户层、处理层、数据层,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,42,分布式系统概述,多层,C/S,体系结构,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,43,分布式系统概述,透明性（,Transparency,）,访问透明性：用户不必知道数据表示和访问方法,位置透明性：用户不必知道资源位于何处,迁移透明性：资源可以不改名，而随意移动,重定位透明性：资源可在使用中移动,复制透明性：用户不必知道有多少个备份存在,并发透明性：多个用户可以自动地共享资源,故障透明性：用户不必了解故障恢复处理,1.5,分布式系统的设计目标,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,44,分布式系统概述,开放性,互操作性,可移植性,灵活性,可扩展性,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,45,分布式系统概述,可伸缩性（,scalability,）,指标：,尺寸可伸缩性,地理位置可伸缩性,管理可伸缩性,问题：,集中式服务,集中式数据,集中式算法,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,46,分布式系统概述,可伸缩性主要技术（,1,）,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,47,分布式系统概述,可伸缩性主要技术（,2,）,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,48,分布式系统概述,可靠性,可用性（,availability,）,“,或“相关性、”与”相关性,安全性,身份认证、入侵监测,容错性,硬软件冗余,恢复和接管,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,49,分布式系统概述,性 能,吞吐率（,throughput,）,TPC-C,基准测试,实时性（,real-time,）,响应速度,并行性,细粒度并行性,粗粒度并行性,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,50,分布式系统概述,四种操作系统比较,项目,多处理机,OS,分布式,OS,网络,OS,中间件,OS,透明度,极高,高,低,高,各节点上相同,OS,是,是,否,否,OS,副本个数,1,N,N,N,通信基础,共享内存,消息,文件,具体模型,资源管理,全局,集中式,全局,分布式,每个节点,每个节点,可伸缩性,无,中等,有,不同,开放性,封闭式,封闭式,开放式,开放式,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,51,分布式系统概述,比较分布式操作系统、多处理机操作系统、网络操作系统的特点和应用范围。,比较单体型系统和微内核型系统的优缺点。,3.,解释透明性问题对系统和用户的重要性,习题,：,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,52,分布式系统概述,给出不同类型透明性的例子。,举例说明最高程度的透明性对于某些应用不一定是必须的。,说明实现可伸缩性的主要技术。,习题（续）,2007-9-5,西安电子科技大学 王长山,53,分布式系统概述,