分布式系统概述.ppt

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1、第第1章章 分布式系统概述分布式系统概述 21.1 分布式系统的出现分布式系统的出现1.2 分布式系统的概念分布式系统的概念1.3 分布式系统的特点分布式系统的特点1.4 分布式系统的结构分布式系统的结构1.5 分布式操作系统概述分布式操作系统概述主要内容主要内容3主要内容：分布式计算机系统的特征、主要内容：分布式计算机系统的特征、结构；分布式操作系统概述。结构；分布式操作系统概述。重点：分布式系统的结构、分布式操作重点：分布式系统的结构、分布式操作系统的结构模型。系统的结构模型。41.1 分布式系统的出现分布式系统的出现1、应用需求应用需求计算机系统的性能越来越好，但是，人计算机系统的性能越

2、来越好，但是，人们的要求越来越高。们的要求越来越高。典型应用：典型应用：气象预报气象预报 地震预报地震预报 大量的事务处理：银行系统、交大量的事务处理：银行系统、交通系统、公安系统、电力调度系统通系统、公安系统、电力调度系统 52、技术支撑技术支撑 计算机性能价格比计算机性能价格比 计算机性能价格比变化（提高计算机性能价格比变化（提高1011倍）倍）早期：早期：1000万美元的机器，每秒钟执行万美元的机器，每秒钟执行 1 条指令条指令 现代：现代：1000 美元的机器，每秒钟执行美元的机器，每秒钟执行1000万条指令万条指令 6 现代硬件技术使单机无法满足更高的现代硬件技术使单机无法满足更高的

3、速度要求速度要求 7 高速计算机网络出现高速计算机网络出现 提供了信号高速传输的可能，使得可以提供了信号高速传输的可能，使得可以将多台计算机链在一起将多台计算机链在一起走并行之路走并行之路 8结论：计算机性能价格比的大幅度提高结论：计算机性能价格比的大幅度提高和网络技术的发展，导致了分布式系统和网络技术的发展，导致了分布式系统的出现。的出现。问题：问题：如何在给定的峰值速度下，获得最大如何在给定的峰值速度下，获得最大的实际有效速度？的实际有效速度？如何有效地组织任务，有效地利用网如何有效地组织任务，有效地利用网络中的各类资源？络中的各类资源？9多个分散的计算机通过网络互连构成的多个分散的计算机

4、通过网络互连构成的既互相协同、又高度自治的、能实现资既互相协同、又高度自治的、能实现资源共享和任务与功能动态分配的统一计源共享和任务与功能动态分配的统一计算机系统算机系统。1.2 分布式系统的概念分布式系统的概念1.2 分布式系统的概念分布式系统的概念1、基本内容：多机、基本内容：多机+网络网络2、注意：不是简单的互连、注意：不是简单的互连 3、强调、强调 自治、协同、共享资源自治、协同、共享资源 4、要求、要求 资源、任务、功能、控制的全面分布资源、任务、功能、控制的全面分布 全面分布：任务分布、资源分布全面分布：任务分布、资源分布需要进行：任务分解、功能分解需要进行：任务分解、功能分解 1

5、011优点优点 -与集中式系统相比较与集中式系统相比较1 1、经济性：高的性能、经济性：高的性能/价格比价格比 GroschGroschLaw:Power PriceLaw:Power Price2 2 集中在一起的大量的廉价集中在一起的大量的廉价CPUCPU1.3 分布式系统的特点分布式系统的特点12集中式系统132 2、性能：、性能：10,000 X 50MIPS 10,000 X 50MIPS 500,000MIPS 500,000MIPS（5 5千亿次）千亿次）=0.002ns/=0.002ns/次次优点优点 -与集中式系统相比较与集中式系统相比较143 3、可靠性高、可靠性高 多工系

6、统的容错能力多工系统的容错能力4 4、可扩充性强、可扩充性强 系统演进能力（系统演进能力（evolutionevolution）优点优点 -与集中式系统相比较与集中式系统相比较151、资源共享、资源共享 支持数据共享支持数据共享 文件文件 数据库数据库 支持设备共享支持设备共享 高档打印机高档打印机 海量磁盘海量磁盘优点优点 -与独立与独立PC机机比较比较162、通信得到加强、通信得到加强 分布式系统使原来分散的用户可以方便地通分布式系统使原来分散的用户可以方便地通信，既方便了日常工作，也为协同工作提供信，既方便了日常工作，也为协同工作提供了便利。了便利。3、灵活性、灵活性均衡负载，将工作负荷

7、分配到最有效的机器均衡负载，将工作负荷分配到最有效的机器上上优点优点 -与独立与独立PC机机比较比较171、资源共享、资源共享 支持数据共享支持数据共享 文件文件 数据库数据库 支持设备共享支持设备共享 高档打印机高档打印机 海量磁盘海量磁盘总体评价总体评价特征特征18总体评价总体评价特征特征2、开放性开放性 19总体评价总体评价特征特征3、并行性并行性 多用户、多进程同时使用多用户、多进程同时使用 微观并行（多资源：多微观并行（多资源：多CPU、外设、外设）宏观并行、微观串行（单一资源共享）宏观并行、微观串行（单一资源共享）并发并发 20总体评价总体评价特征特征4、容错性容错性 基本方法：硬

8、件冗余（双工、镜像）、基本方法：硬件冗余（双工、镜像）、软件恢复软件恢复 21总体评价总体评价特征特征5、透明性透明性 位置透明：用户不必知道访问的资源在何处位置透明：用户不必知道访问的资源在何处 迁移透明：系统中的对象可以迁移，而不必迁移透明：系统中的对象可以迁移，而不必改名改名 副本透明：用户可以不知道他访问的对象是副本透明：用户可以不知道他访问的对象是否有副本否有副本并发透明：多个用户可以自动共享资源，互并发透明：多个用户可以自动共享资源，互不干扰不干扰并行透明：用户可以不必知道系统当前到底并行透明：用户可以不必知道系统当前到底有多少项活动同时发生有多少项活动同时发生 22问题问题 控制

9、比较复杂，尤其是在资源管理上要控制比较复杂，尤其是在资源管理上要附加许多协调操作附加许多协调操作资源属于局部工资源属于局部工作站作站 性能、可靠性对网络的依赖性强性能、可靠性对网络的依赖性强 安全保密安全保密基础不好。用户掌握有许基础不好。用户掌握有许多软件接口多软件接口 相应的应用软件较少，需要大力开发相应的应用软件较少，需要大力开发 231.4 分布式系统的结构分布式系统的结构 基本开销基本开销构建系统所需开销构建系统所需开销 通讯开销通讯开销运行中的系统开销运行中的系统开销 可靠性可靠性结点故障、链路故障结点故障、链路故障 24几种典型的拓扑结构几种典型的拓扑结构 全互连全互连 特点：每

10、对结点之间均直接连接特点：每对结点之间均直接连接 优点：可靠性高，通信方便优点：可靠性高，通信方便 缺点：连接成本高缺点：连接成本高 25 部分互连部分互连 特点：并不是每对结点之间均直接连接，特点：并不是每对结点之间均直接连接，但有间接连接但有间接连接 优点：连接成本低优点：连接成本低 缺点：可靠性差，通信不方便，容易在缺点：可靠性差，通信不方便，容易在 v 出故障时造成网络分割，如：出故障时造成网络分割，如：左图中左图中的结点的结点v故障。故障。26 树型结构（分层结构）树型结构（分层结构）特点：连接如同树状特点：连接如同树状 优点：连接成本低，控制方便，可按分优点：连接成本低，控制方便，

11、可按分层完成层完成 缺点：可靠性差，通信不方便，容易因缺点：可靠性差，通信不方便，容易因故障造成分割故障造成分割 27 星形结构星形结构 特点：每个结点与中心结点直接连接特点：每个结点与中心结点直接连接 优点：连接成本低，控制方便，通信比优点：连接成本低，控制方便，通信比较方便较方便 缺点：可靠性低，特别是存在中心结点缺点：可靠性低，特别是存在中心结点的破坏问题和瓶颈问题。的破坏问题和瓶颈问题。28 环形结构环形结构 特点：连接呈环状特点：连接呈环状 优点：连接成本低优点：连接成本低 缺点：通信成本较高缺点：通信成本较高 29 总线结构总线结构 特点：每结点均直接与总线连接特点：每结点均直接与

12、总线连接 优点：可靠性高，通信方便，成本低优点：可靠性高，通信方便，成本低 缺点：总线可能成为瓶颈缺点：总线可能成为瓶颈 30 环环星形结构星形结构 特点：兼有环形与星形的连接特点：兼有环形与星形的连接 优点：可靠性高，通信方便优点：可靠性高，通信方便 缺点：成本高缺点：成本高 31 有规则结构有规则结构 特点：结点排成阵列，每个结点均与上特点：结点排成阵列，每个结点均与上下左右的节点连接下左右的节点连接 优点：可靠性高，通信方便优点：可靠性高，通信方便 缺点：成本高，一般要求缺点：成本高，一般要求各个结点一致各个结点一致 32 无规则结构无规则结构 随意增加结点，通信路径算法复杂随意增加结点

13、，通信路径算法复杂 n立方体结构立方体结构 将将2n=N个计算机互连起来，每个计算机个计算机互连起来，每个计算机有有n个全双向通路个全双向通路 1.5 分布式操作系统概述分布式操作系统概述概念概念特点特点结构模型结构模型3334一、概念一、概念分布式分布式OS是分布式计算机系统上的是分布式计算机系统上的OS，实现系统范围内的任务、资源分配，实现系统范围内的任务、资源分配，使系统的资源得到有效的利用，并给用使系统的资源得到有效的利用，并给用户提供方便、有效的环境。户提供方便、有效的环境。二、特点二、特点其主要特点为：其主要特点为：常用信息传递方式实现常用信息传递方式实现进程通信进程通信多多结点运

14、行造成的结点运行造成的 进程调度、资源分配、系统管理按照进程调度、资源分配、系统管理按照分分布处理布处理的要求进行的要求进行 尽可能保持系统的尽可能保持系统的负载平衡负载平衡 具有故障的检测与处理功能具有故障的检测与处理功能35网络网络OS与分布式与分布式OS：网络网络OS用来将各个计用来将各个计算机上的算机上的OS有机地联系起来，提供可靠的网有机地联系起来，提供可靠的网络通信能力，提供远程作业录入、分时系统络通信能力，提供远程作业录入、分时系统服务，以及文件传输服务。服务，以及文件传输服务。网络网络OS看系统：系统中的计算机是独立的，看系统：系统中的计算机是独立的，它们可以根据用户的需要，帮

15、助系统中的其它们可以根据用户的需要，帮助系统中的其它工作站完成该用户要求的任务。它工作站完成该用户要求的任务。一个一个可以互相帮忙的机器可以互相帮忙的机器集合集合分布式分布式OS看系统：系统由独立的计算机组成，看系统：系统由独立的计算机组成，这些计算机在这些计算机在OS的协调下完成系统所接受的的协调下完成系统所接受的任务。任务。一个协同工作的一个协同工作的系统系统36三、三、分布式操作系统结构模型分布式操作系统结构模型1、内核、内核 在每个结点上安装一个分布式在每个结点上安装一个分布式OS的内核，的内核，它包括内存管理、外存管理、进程管理、它包括内存管理、外存管理、进程管理、进程同步与通讯、各

16、种原语操作进程同步与通讯、各种原语操作372、集成式、集成式每个结点有一个比较完整的或者集成的、高每个结点有一个比较完整的或者集成的、高度可组合的标准化度可组合的标准化OS模块集。绝大多数的工模块集。绝大多数的工作在本结点完成。作在本结点完成。383、Client/Server模型模型服务程序、公共信息服务程序、公共信息分布于特定服务器分布于特定服务器上；上；接口软件和应用软件接口软件和应用软件客户机上客户机上 394、中央式、中央式 系统中只有一个中央结点，其它为从（卫星）系统中只有一个中央结点，其它为从（卫星）结点。中央站点上运行着一个中央控制程序，结点。中央站点上运行着一个中央控制程序，

17、由它处理所有对分布式操作系统的调用。控由它处理所有对分布式操作系统的调用。控制简单，效率低下。制简单，效率低下。5、分散式、分散式 分布式操作系统的功能按一定原则分散到各分布式操作系统的功能按一定原则分散到各个站点，以构成单个站点上的局部操作系统，个站点，以构成单个站点上的局部操作系统，每个结点承担部分功能。每个结点承担部分功能。权力分散、协同合作、充分自治。权力分散、协同合作、充分自治。40思考思考分布式系统是一种特殊的用网络互连的分布式系统是一种特殊的用网络互连的多个计算机组成的系统，请指出分布式多个计算机组成的系统，请指出分布式系统和一般的网络系统的本质区别？系统和一般的网络系统的本质区别？41