《分布式系统》李西宁，课件，第2章

《《分布式系统》李西宁，课件，第2章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《分布式系统》李西宁，课件，第2章（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章 分布式系统概念和结构处理器内存I/O外部设备传统计算机结构1第二章 分布式系统概念和结构计算机系统结构分类n利用指令流和数据流对计算机系统分类n（Flynn, 1966+1972 ）n基于冯.诺伊曼模型：分离处理器和存储器-四种计算机系统结构： -SISD - 单指令、单数据-SIMD - 单指令、多数据-MISD 多指令、单数据nMIMD 多指令、多数据2第二章 分布式系统概念和结构Flynn Architectures (1)数组处理机顺序计算机CUPUIPU1PUnDID1DnCUCU 控制单元 PU 处理单元 I 指令流 D 数据流SISDSIMD3第二章 分布式系统概念和结构

2、Flynn Architectures (2)CU1PU1I1D1CUnPUnInDn多处理器或 多计算机系统MIMDCU1PU1I1DCUnPUnInMISD流水线结构4第二章 分布式系统概念和结构基于总线的多机系统M1M2Mm-1MmPnPn-1P2P1MnMn-1M2M1PnPn-1P2P1（1）共享存储器总线结构（2）局部存储器总线结构5第二章 分布式系统概念和结构基于交叉开关的多机系统通过N2 个交叉开关访问内存 MNMN-1M2M1PNPN-1P2P1.6第二章 分布式系统概念和结构多级交叉开关结构交叉开关具备路由器功能7第二章 分布式系统概念和结构松散耦合多机系统n分布式存储器n

3、消息传送式通信nPC或工作站构成的网络n地理分布范围较大n较长的网络延迟n较低的网络带宽MPMPMPnetwork8第二章 分布式系统概念和结构紧密耦合多机系统n多处理机共享内存n 处理机由共享总线或高速网络相连n 较低的网络延迟 n 较高的网络带宽n 通信由共享内存实现MPMPMPMPI/OShared Memory9第二章 分布式系统概念和结构基于网络的多机系统n网络规模：网络中结点个数，记作 N。n网络结点：网络中任意结点，记作 ni，1 i N。n n结点距离：两个结点(ni,nj)之间边的条数，记作 d(ni,nj) 。n网络直径：网络中任意两个结点之间的最长距离，记 作 D。nD

4、= MAX(d(ni,nj), ni,nj 网络。n结点度：通向一个结点的边的条数，记作 degree(ni)。 10第二章 分布式系统概念和结构所希望的性质n性质 1：当网络规模任意增长时，网络直径增长缓慢， 即： nlim D/N = 0nNn性质 2：存在一个与网络规模无关的常数 K，使得nK degree(ni)， ni 网络。n性质 3：网络的路径算法(Routing algorithm)易于实现而 且与网络规模增长无关。n性质 4：当网络中某些结点或者某些边出现故障时，网 络的连通性不受致命的损害。 n性质 5：网络负载在所有结点和边上均匀分布。 11第二章 分布式系统概念和结构典

5、型的网络拓扑结构星形 环形 二叉树形全连通形 正则形 任意形12第二章 分布式系统概念和结构典型的网络拓朴结构及性质评价 星形环形二叉树形全连通形正则形任意形lim D/N=0 N是(D = 2)否(D = N- 1)是(D=2log N)是(D = 1)是(D =N)不详Kdegree(ni)否是(K = 2)是(K = 3)否是(K = 4)不详路径算法易易易易易不易连通性差差较差好较好不详负载均匀否是否是是不详13第二章 分布式系统概念和结构软件概念系统统主要特征主要目标标DOS 分布式操作系统统多处处理器或同构多计计算机 紧紧密耦合操作系统统 隐隐蔽并且管理所 有分布式资资源NOS 网

6、络络操作系统统异构多计计算机 (LAN and WAN) 松散耦合操作系统统为远为远 程客户户提 供分布式服务务Middleware 中间间件系统统网络络操作系统统之上覆盖的分布式服务务系 统统提供分布式透明 性14第二章 分布式系统概念和结构传统的单机操作系统在一个操作系统管理下，可能有多个并发的应用。可 是在任何一个应用程序的眼光里，整个系统就好象 属于它自己。从这个角度看，覆盖在硬件之上的操 作系统实现了一台虚机器(virtual machine) 单机操作系统计算机硬件进程调度设备管理存储管理文件管理应用程序15第二章 分布式系统概念和结构分布式操作系统分布式操作系统通常用来管理多处理

7、器或者同构多处理 机，其主要目的是隐藏硬件细节，管理硬件资源， 提供系统接口，使得并发进程能够共享系统资源。 分布式操作系统计算机硬件进程调度设备管理存储管理文件管理分布式应用程序网络16第二章 分布式系统概念和结构DOS之特征 n将多处理器或多计算机构造成一个虚拟环境 n提供同构性、透明性n最有效地管理网络n提供全局编址和命名服务n管理资源分配及共享n提供同步、互斥、及死锁检测机制n提供进程通信机制(IPC)n提供适当的安全机制n典型科研分布式操作系统：Amoeba, Chorus17第二章 分布式系统概念和结构网络操作系统 网络操作系统是传统操作系统的扩充，为用户提供各种 交换信息和资源共

8、享的服务。 计算机硬件网络操 作系统网络应用程序网络网络操 作系统网络操 作系统网络操 作系统18第二章 分布式系统概念和结构NOS之特征n单机操作系统的扩充 n为远程用户提供网络服务n每台计算机都有自己的操作系统（同构或异构 ）n提供各种通信协议n提供应用程序设计接口 （API）n系统容错能力较差n简单灵活，可扩展性好，但透明性较差n典型例子：UNIX, Windows NT, 200019第二章 分布式系统概念和结构中间件系统在网络操作系统之上再覆盖一层软件，称作中间件，籍 以改进网络操作系统的透明性 计算机硬件网络操 作系统中间件分布式服务网络网络操 作系统网络操 作系统网络操 作系统分

9、布式应用程序20第二章 分布式系统概念和结构中间件例子n典型例子: Sun RPC, CORBA, DCOM, Java RMI n实现在网络协议之上n隐蔽网络、硬件、操作系统以及程序设计语言 的异构性n提供标准服务界面n三种典型的中间件:n面向事务处理(分布式数据库应用)n面向消息传送(可靠的异步通信)n远程过程调用(RPC) （客户/服务器模型）21第二章 分布式系统概念和结构比较较指标标分布式DOS网络络NOS中间间件系统统多处处理器多计计算机透明度很高高低高操作系统同构是是否否操作系统个数1NNN基本通信手段共享内存消息文件多样化资源管理全局中央式全局分布式由节点管理由节点管理可调节

10、性很差适中很好较好开放性封闭封闭开放开放不同操作系统之比较22第二章 分布式系统概念和结构系统平台模型 n客户/服务器模型：把使用者看成客户(client)， 把应用的具体实现者看成服务器(server)，可以 帮助人们容易理解分布式系统，也便于人们管 理一个复杂的分布式系统。n 浏览器/服务器模型：为了充分利用互联网自 由、开放的特征，为了使计算机应用尤其是电 子商务的市场范围扩展到千家万户，基于浏览 器/服务器(Browser/Server) 的分布式系统平台 模型浮出水面，使得网络应用呈现出全球化、 个性化的趋势。 23第二章 分布式系统概念和结构终端/主机模型 n(1)表示逻辑：用户如

11、何与应用交往，交往时会出现什 么？n (2)功能逻辑：应用提供什么功能以及如何实现这些功 能？n (3)数据逻辑：如何管理、更新、保护数据信息？数据逻辑功能逻辑表示逻辑服务器键盘输入显示输出客户24第二章 分布式系统概念和结构客户/服务器模型 n表示逻辑一般都用图形用户接口(GUI: Graphic User Interface)实现。当改变表示逻 辑时，我们只需要改写用户界面以及数据检查程序，而不涉及或影响其它层面的 任务。n功能逻辑可以完全由服务器提供，客户一端只担负表示逻辑的实现。然而，为了 进一步缓解服务器一端的负载，有的系统也把一部分前期功能逻辑实现在客户一 端。n数据逻辑一般是由数

12、据库管理系统(DBMS) 实现的。 表示逻辑数据逻辑功能逻辑服务器请求回应 功能逻辑客户25第二章 分布式系统概念和结构客户/服务器交互过程n客户/服务器系统：所谓服务器可以是一个进程，提供 一些特殊服务，如文件系统服务或数据库服务；而所 谓客户也是一个进程，向服务器发送信息，请求某个 服务，并等待服务的结果。n 交互过程：请求-回应(request-reply)。服务请求服务回应执行服务等待回应客户服务器26第二章 分布式系统概念和结构浏览器/服务器模型 表示逻辑数据逻辑功能逻辑数据库 服务器请求回应 功能逻辑客户 浏览器功能逻辑Web 服务器数据逻辑回应请求浏览器/服务器模型是一种以WEB

13、技术为基础的新型系统平台。这种 模型把传统的客户/服务器模型中的服务器部分分解为WEB服务器和 数据服务器，从而构成一个三级结构的客户服务器体系。 27第二章 分布式系统概念和结构浏览器/服务器模型优缺点 方便用户 简化系统的开发、安装与维护 易于标准化 交互能力较差 安全性较差 效率不如客户/服务器模型28第二章 分布式系统概念和结构模型界面与多级(MULTI-TIERED)结构把一个系统平台划分成表示层、功能层和数据 层。这种划分方法的主要优点是： 适合于灵活的硬件系统配置 使得系统便于维护 有利于系统升级和改造 可对不同层面的子系统实施不同的安全控制 易于在不同逻辑层次模块之间划清程序设

14、计 界面29第二章 分布式系统概念和结构二级结构下逻辑分布 数据层 表示层功能层表示层功能层功能层功能层数据层数据层功能层数据层数据层功能层表示层表示层表示层表示层数据层服务器客户30第二章 分布式系统概念和结构三级结构下逻辑分布n三级结构的一种典型系统是事务处理(TP：Transaction Processing) 监督技术。客户通过表示层向中级服务器发出事务处理请求。中 级服务器实际上是一台TP监督器，它管理信息队列，事务调度， 优先权分配等任务，同时代表客户向数据库服务器发出请求。 表示层数据层服务器客户服务器功能层31第二章 分布式系统概念和结构J2EE逻辑结构32第二章 分布式系统概念和结构