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1、网络操作系统2 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望网络操作系统网络操作系统n n网络操作系统概述网络操作系统概述n nUnix/LinuxUnix/Linux操作系统操作系统n nWindowsWindows操作系统操作系统n n网络操作系统的分类比较网络操作系统的分类比较n n网络操作系统选型网络操作系统选型n nClient/ServerClient/Server计算计算n n中间件中间件n n分布式操作系统分布式操作系统Client/Server
2、 Computingn n定义定义 分割应用任务，把每个任务放到能得到最高效处理分割应用任务，把每个任务放到能得到最高效处理的平台上。通常意味着把对表达的处理放在用户机的平台上。通常意味着把对表达的处理放在用户机器上（器上（clientclient端），把数据管理和存储放在服务器端。端），把数据管理和存储放在服务器端。根据应用和软件使用情况，所有的数据处理要么全根据应用和软件使用情况，所有的数据处理要么全部发生在部发生在clientclient端，要么被分割在端，要么被分割在clientclient合合serverserver端。端。ServerServer通过网络与通过网络与clientcl
3、ient相联。相联。ServerServer软件接受从软件接受从clientclient软件发来的数据请求，并向软件发来的数据请求，并向clientclient返回结果。返回结果。ClientClient对数据进行操作并把结果表达给用户。对数据进行操作并把结果表达给用户。一种网络环境，其中数据控制建立在服务器节点，一种网络环境，其中数据控制建立在服务器节点，可供其他节点访问，但不在其他节点进行数据更新。可供其他节点访问，但不在其他节点进行数据更新。Client/Server Computingn n定义（续）定义（续）对由对由clientclient（或请求方）提出的需求进行协同处理，或请求方
4、）提出的需求进行协同处理，提交给提交给serverserver，由由serverserver处理请求并把结果返回给处理请求并把结果返回给clientclient。在此模型中，应用处理被分为在此模型中，应用处理被分为clientclient何何serverserver两方。处理实际上由两方。处理实际上由clientclient引发和部分控制，但不是引发和部分控制，但不是以以master-slavemaster-slave方式，而是由方式，而是由clientclient和和serverserver双方协双方协同来成功执行一个应用。同来成功执行一个应用。一种在并发执行的软件进程中交互的模型。一种在并
5、发执行的软件进程中交互的模型。ClientClient进进程发送请求到程发送请求到serverserver进程，由进程，由serverserver进程响应请求，进程响应请求，返回结果。返回结果。ServerServer进程以只有它能完成的、特定的进程以只有它能完成的、特定的处理方式向处理方式向clientclient提供服务。提供服务。ClientClient进程从复杂性和进程从复杂性和事务处理花费中解放出来，能够完成其他有用的任事务处理花费中解放出来，能够完成其他有用的任务。务。ClientClient和和ServerServer进程之间的交互式一种协同的、进程之间的交互式一种协同的、事务的
6、交换，其中事务的交换，其中clientclient是是proactiveproactive，serverserver是是reactivereactive。Client/Server应用应用n n问题一：如何把应用层任务在问题一：如何把应用层任务在ClientClient和和ServerServer端分配端分配n n问题二：用户与作为一个整体的系统进行交互；在问题二：用户与作为一个整体的系统进行交互；在clientclient端设计用户界面端设计用户界面GUIGUI的重要性。的重要性。数据库应用数据库应用在在在在clientclient和和和和serverserver之间分割应用逻辑的例子之间分
7、割应用逻辑的例子之间分割应用逻辑的例子之间分割应用逻辑的例子n n联系联系clientclient和和serverserver之间的之间的“glue”glue”是使得是使得clientclient能生成访问能生成访问serverserver数据库的软件数据库的软件SQLSQL数据库应用（续）数据库应用（续）n n适于适于C/SC/S结构的原因结构的原因 有大量的检索、查询数据库的工作，需要大量磁有大量的检索、查询数据库的工作，需要大量磁盘空间、高速盘空间、高速CPUCPU、高速的高速的I/OI/O结构，这样的能力结构，这样的能力对于单用户工作站和普通对于单用户工作站和普通PCPC来说过于昂贵且
8、不必来说过于昂贵且不必要。要。若把所有的数据记录传送的若把所有的数据记录传送的clientclient端，会产生严重端，会产生严重的网络交通负担；因此，对于的网络交通负担；因此，对于serverserver来说，仅代表来说，仅代表clientclient存取记录是不够的，还要拥有数据库逻辑，存取记录是不够的，还要拥有数据库逻辑，能为能为clientclient执行搜索。执行搜索。Client/Server应用分类应用分类n n为解决在为解决在C/SC/S之间大量传输数据的瓶颈问题，一种解决之间大量传输数据的瓶颈问题，一种解决途径是转移部分应用逻辑到途径是转移部分应用逻辑到serverserve
9、r端（数据存取、数据端（数据存取、数据检索、数据分析）。检索、数据分析）。n n基于主机的处理基于主机的处理并非真正的并非真正的C/SC/S环境，是传统主机环境，是传统主机环境环境n n基于基于ServerServer的处理的处理用户提供用户提供GUIGUI，所有处理在所有处理在serverserver上做上做Client/Server应用分类（续）应用分类（续）Client/Server应用分类（续）应用分类（续）n n基于基于ClientClient的处理的处理另一种极端，除数据校验和其另一种极端，除数据校验和其他最好在他最好在serverserver上运行的数据库逻辑功能之外，所有上运行
10、的数据库逻辑功能之外，所有应用处理在应用处理在clientclient上完成上完成n n协同式处理协同式处理以一种优化的方式执行应用处理，充以一种优化的方式执行应用处理，充分利用分利用C/SC/S端计算机的性能和数据的分布。端计算机的性能和数据的分布。Client/Server应用分类（续）应用分类（续）胖客户机模型胖客户机模型n n适用于部门级，适用于部门级，2525150150个用户规模，通过个用户规模，通过PowerBuilderPowerBuilder等应用开发工具而普及等应用开发工具而普及n n优点优点 充分利用了桌面计算能力，卸除了充分利用了桌面计算能力，卸除了serverserv
11、er端大量的应用处理负担端大量的应用处理负担 使得应用处理更加高效，避免了使得应用处理更加高效，避免了serverserver端计算能力的瓶颈端计算能力的瓶颈n n缺点缺点 增加系统功能会导致桌面计算机能力的迅速过载，迫使公司进行增加系统功能会导致桌面计算机能力的迅速过载，迫使公司进行升级升级 如果如果C/SC/S模型的应用范围扩展到部门以外，用户更多，公司就必模型的应用范围扩展到部门以外，用户更多，公司就必须考虑安装高性能的须考虑安装高性能的LANLAN，以支持大量的数据传输以支持大量的数据传输 对于分布在上百台桌面计算机上的应用，难以维护、升级和替换对于分布在上百台桌面计算机上的应用，难以
12、维护、升级和替换胖服务器模型（续）胖服务器模型（续）n n与传统的以主机为中心与传统的以主机为中心(host-centered)(host-centered)的处理的处理方式相类似方式相类似n n通常是把整个公司的应用从主机（通常是把整个公司的应用从主机（mainframe)mainframe)向分布式环境向分布式环境(distributed environment)(distributed environment)迁移迁移的有效途径的有效途径中间件（中间件（Middleware）n n目前目前C/SC/S产品的开发和采用远没有达到对分布式计算的产品的开发和采用远没有达到对分布式计算的各个层面
13、进行标准化的目的（从物理层到应用层）各个层面进行标准化的目的（从物理层到应用层）n n缺乏标准使得难以实现集成的、多厂家、全企业范围缺乏标准使得难以实现集成的、多厂家、全企业范围的的C/SC/S配置配置n n缺乏标准化的原因缺乏标准化的原因互操作性问题，即互操作性问题，即C/SC/S模型的效模型的效益与平台、提供商业解决方案的应用的模块化程度、益与平台、提供商业解决方案的应用的模块化程度、相互之间的匹配能力紧密地联系在一起。相互之间的匹配能力紧密地联系在一起。n n为实现为实现C/SC/S的真正效益，软件开发人员必须拥有一套工的真正效益，软件开发人员必须拥有一套工具，它能够对跨平台的系统资源提
14、供统一的表达方式具，它能够对跨平台的系统资源提供统一的表达方式和描述风格。和描述风格。n n最通常的解决办法是在上层应用和下层的通信软件和最通常的解决办法是在上层应用和下层的通信软件和操作系统之间使用标准的的程序设计接口和协议操作系统之间使用标准的的程序设计接口和协议中间件中间件Client/Server体系结构中中间件的体系结构中中间件的角色角色中间件的逻辑视图中间件的逻辑视图n n人事部门的例子中间件功能性的例子中间件功能性的例子中间件的机制中间件的机制中间件的机制（续）中间件的机制（续）分布式消息传递分布式消息传递（Distributed message passing)n n非共享内存
15、的真正的分布式处理n n可靠性和不可靠性n n阻塞和非阻塞远程过程调用远程过程调用（Remote procedure calls）n n基本消息传递的变体基本消息传递的变体RPCRPC 目前广泛采用；对通信进行封装目前广泛采用；对通信进行封装 允许不同机器上的程序使用简单的过程调用允许不同机器上的程序使用简单的过程调用/返回语义互操作，返回语义互操作，好像两个程序在同一台机器上。好像两个程序在同一台机器上。n nRPCRPC普及的原因普及的原因 过程调用是一种已被广泛接受、使用和理解的抽象。过程调用是一种已被广泛接受、使用和理解的抽象。使用使用RPCRPC使远程接口被规定为一组有制定类型的命名
16、操作。因使远程接口被规定为一组有制定类型的命名操作。因此，接口可被清晰地归档，且分布式程序可进行静态类型错此，接口可被清晰地归档，且分布式程序可进行静态类型错误检查。误检查。由于规定了标准化、精确定义的接口，应用的通信代码可自由于规定了标准化、精确定义的接口，应用的通信代码可自动生成。动生成。由于规定了标准化、精确定义的接口，程序员开发的由于规定了标准化、精确定义的接口，程序员开发的clientclient和和serverserver模块可在很少改动的情况下转移到不同的计算机和操作模块可在很少改动的情况下转移到不同的计算机和操作系统上。系统上。RPC的几个问题的几个问题n n参数传递参数传递
17、以数值传递以数值传递 call by valuecall by value 以指针传递以指针传递 call by referencecall by reference，需要唯一的全局指针需要唯一的全局指针n n参数表示参数表示如何在消息中表示参数如何在消息中表示参数n nC/SC/S绑定：规定了远程过程和调用程序之间如何建立关绑定：规定了远程过程和调用程序之间如何建立关系系 非持续性绑定非持续性绑定 Nonpersistent bindingNonpersistent binding 持续性绑定持续性绑定 persistent bindingpersistent bindingn n同步与异步
18、同步与异步n n面向对象机制面向对象机制 COM(Common Object Model)Microsoft,DECCOM(Common Object Model)Microsoft,DEC CORBA(Common Object Request Broker Architecture)IBMCORBA(Common Object Request Broker Architecture)IBM、AppleApple、Sun etc.Sun etc.集群系统集群系统 Clustern n特别适用于服务器应用的高性能、高可靠性的计算机特别适用于服务器应用的高性能、高可靠性的计算机系统系统n nCl
19、usterCluster的目标或设计需求的目标或设计需求 绝对可伸缩性绝对可伸缩性大型的集群远超过最大的独立机器的能力大型的集群远超过最大的独立机器的能力 增量可伸缩性增量可伸缩性 高可用性高可用性 优越的性能优越的性能/价格比价格比n nClusterCluster的配置的配置按是否共享硬盘（组）分类按是否共享硬盘（组）分类n nClusterCluster与与SMPSMP 相同点：高端应用；多处理器；可行的商业系统相同点：高端应用；多处理器；可行的商业系统 不同点：不同点：SMPSMP更易于管理和配置；更接近于单处理器系统，仅更易于管理和配置；更接近于单处理器系统，仅是调度功能的变化；是调
20、度功能的变化；SMPSMP占用更少的物理空间，更省电；占用更少的物理空间，更省电；SMPSMP易于搭建、稳定。易于搭建、稳定。ClusterCluster面向高性能服务器市场，具有增量和面向高性能服务器市场，具有增量和绝对可扩展性；绝对可扩展性；ClusterCluster具有高可用性，高度冗余。具有高可用性，高度冗余。分布式操作系统分布式操作系统n n特殊的计算机网络，没有主次之分，相互协作完成一个特殊的计算机网络，没有主次之分，相互协作完成一个共同任务共同任务n n处理上分布、功能和任务上分布处理上分布、功能和任务上分布n n硬件上分布，多计算机系统；软件上分布硬件上分布，多计算机系统；软
21、件上分布n n与网络操作系统的比较与网络操作系统的比较 耦合程度：紧耦合与松耦合耦合程度：紧耦合与松耦合 并行性：网络操作系统各机进程独立，分布式系统的进程分散并行性：网络操作系统各机进程独立，分布式系统的进程分散到各机上并行执行，进程迁移到各机上并行执行，进程迁移 透明性：位置透明、移动透明、副本透明、并发透明、并行同透明性：位置透明、移动透明、副本透明、并发透明、并行同名名 性能：响应时间、工作能力、系统应用程序占网络容量性能：响应时间、工作能力、系统应用程序占网络容量n n实例实例 MachMach、AmoebaAmoeba网络操作系统总结网络操作系统总结n n操作系统与通信网络功能一体化，操作系统与通信网络功能一体化，GUIGUI，多媒体应用多媒体应用n n由于对系统可靠性、灵活性、可扩展性的需求，多机由于对系统可靠性、灵活性、可扩展性的需求，多机系统、尤其是系统、尤其是SMPSMP、ClusterCluster方式将被广泛应用方式将被广泛应用n n操作系统设计技术和结构上的改进与发展操作系统设计技术和结构上的改进与发展 微内核结构微内核结构 多线程机制多线程机制 对称多处理对称多处理SMPSMP机制机制 分布式操作系统分布式操作系统 在设计中普遍采用面向对象技术在设计中普遍采用面向对象技术