abfedh操作系统精髓与设计原理第14章 分布式处理客户服务器和集群1doc.docx
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abfedh操作系统精髓与设计原理-第14章分布式处理、客户-服务器和集群1
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懒惰是很奇怪的东西，它使你以为那是安逸，是休息，是福气；但实际上它所给你的是无聊，是倦怠，是消沉;它剥夺你对前途的希望，割断你和别人之间的友情，使你心胸日渐狭窄，对人生也越来越怀疑。
—罗兰
第14章分布式处理、客户/服务器和集群
复习题：
14.1、什么是客户/服务器计算？
答：
客户/服务器计算是一个网络环境，在这个网络环境中包含着客户机和服务器，并由服务器来响应客户机的请求。
14.2、客户/服务器计算与任何其他形式的分布式数据处理的区别是什么？
答：
1、在用户的本地系统上为该用户提供界面友好的应用程序，这样做可使系统具有更高的可靠性。
这使得用户可以在很大程度上控制对计算机的使用方式和
时间，并使得部门级管理者具有响应本地需求的能力。
2、尽管应用是分散开
的，但仍然强调公司数据库的集中以及很多网络管理和使用功能的集中。
这使
公司的管理者能够对计算信息系统的投资总额进行总体控制，并提供互操作，
以使多系统能够配合起来。
同时，减少了各部门和单位在维护这些复杂的计算
机设施时的开销，使他们能够选择他们需要的各种类型的机器和接口来访问那
些数据和信息。
3、对于用户组织和厂商来说，他们有一个共同的承诺事项，
即使系统开放和模块化。
这意味着用户在选择产品和混和使用来自众多厂商的
设备时具有很多选择。
4、网络互联是操作的基础，网络管理和网络安全在组
织和操作信息系统中具有很高的优先权。
14.3、像TCP/IP这样的通信结构在客户/服务器计算环境中的作用是什么？
答：
它是使客户端和服务器能够协同工作的通信软件。
14.4、讨论将应用程序定位在客户上、服务器上或分开定位在客户和服务器上的基本原
理。
答：
基于服务器的处理：
这种配置的基本原理是用户工作站最适宜于提供良好的用户界面，并且数据库和应用程序很容易在中心系统上维护。
尽管用户获得了良
好界面的好处，但是，这种配置类型并不总能有效提高处理效率或系统支持的
实际商业功能上有本质的改变。
基于客户的处理：
它使用户能够使用适应本地
需要的应用。
合作处理：
这种配置类型可以比其他客户/服务器方式为用户提
供更高的生产效率和更高的网络效率。
14.5、什么是胖客户和瘦客户，两种方法在基本原理上的差别是什么？
答：
胖客户：
这是基于客户的处理，而大部分的软件都集中在客户端。
胖客户模型的主要优点是它充分利用了桌面功能，分担了服务器上的应用处理并使它们更
加有效，不容易产生瓶颈。
瘦客户：
这是基于服务器的处理，而大部分的软件
都集中在服务器。
这种方式更近似地模拟了传统的以主机为中心的方式，常常
是使将公司范围的应用程序从大型机环境迁移到分布式环境的途径。
14.6、给出将pros和cons用于胖客户和瘦客户策略的建议。
答：
胖客户：
胖客户模型的主要优点是它充分利用了桌面功能，分担了服务器上的应用处理并使它们更加有效，不容易产生瓶颈。
新增加的功能很快就超出了桌
面机器的处理能力，迫使公司进行升级。
如果模型扩充超出了部门的界限，合
并了很多用户，则公司必须安装高容量局域网来支持在瘦服务器和胖客户之间
进行大量的传输。
最后，维护、升级或替换分布于数十台或数百台桌面机的应
用程序将变得非常困难。
瘦客户：
这种方式更近似地模拟了传统的以主机为中
心的方式，常常是使将公司范围的应用程序从大型机环境迁移到分布式环境的
途径。
但是它不能提供和胖客户策略一样的灵活性。
14.7、解释三层客户/服务器体系结构的基本原理。
答：
中间层机器基本上是位于用户客户和很多后端数据库服务器之间的网关。
中间层机器能够转换协议，将对一种类型的数据库查询映像为另一种类型数据库的
查询。
另外，中间层机器能够融合来自不同数据源的结果。
最后，中间层机器
因介于两个层次之间而可以充当桌面应用程序和后端应用程序之间的网关。
14.8、什么是中间件？
答：
中间件是在上层应用程序和下层通信软件和操作系统之间使用标准的编程接口
和协议。
它提供统一的方式和方法来跨越各种平台访问系统资源。
14.9、既然具有像TCP/IP这样的标准，为什么还需要中间件？
答：
TCP/IP不提供API和中间层协定来支持应用于不同的硬件和操作系统的多种应用程序平台。
14.10、列出消息传递的阻塞原语和无阻塞原语的优缺点。
答：
无阻塞原语为进程提供了对消息传递机制高效而灵活的使用，这种方法的缺点是难于测试和调试使用这些原语的程序。
问题的不可再现性与时间顺序相关性
往往导致产生很多奇怪而麻烦的问题。
阻塞原语有与无阻塞原语相反的优缺
点。
14.11、列出远程过程调用的非永久性和永久性绑定的优缺点。
答：
非永久绑定：
因为连接需要维持两端的状态信息，因此需要消耗资源，非永久绑定类型用于保存这些资源。
另一方面，建立连接所带来的开销使非永久绑定
对同一个调用者频繁调用远程过程的情况不太适用。
永久绑定：
对于对远程过
程进行多次重复调用的应用程序，永久绑定保持着逻辑连接，并支持使用同一
连接进行一系列的调用和返回。
14.12、列出同步远程过程调用和异步远程过程调用的优缺点。
答：
同步远程过程调用易于理解和编程，因为它的行为是可以预期的。
然而，它未能发挥分布式应用中固有的全部并行性。
这就限制了分布式应用所能具有的交
互性，降低了性能。
为了提供更大的灵活性，各种异步远程过程调用机制已经
得到实现，以获得更大程度的并行性而同时又保留了远程过程调用的通俗性和
简易性。
异步远程过程调用并不阻塞调用者，应答也可以在需要它们时接收到，
这使客户在本地的执行可以与对服务器的调用并行进行。
14.13、列出并简短定义四种不同的构建集群的方法。
答：
被动等待：
当主服务器出现故障时，由从服务器来接管。
分离服务器：
各服务器具有独自的磁盘，数据可连续地从主服务器复制至从服务器。
各服务器连接到
磁盘：
所有服务器都连接到同一磁盘，但每台服务器仍拥有自己的磁盘，一旦某
台服务器发生故障，则其磁盘被其他服务器接管。
共享磁盘：
多台服务器同时共
享对磁盘的访问。
习题：
14.1、假设α是可以在集群中的n台计算机上同时执行的程序代码的百分率，每台计算机使
用一组不同的参数或初始条件。
假设其余代码必须由一台处理机串行执行；每台处理机的执行速率是xMIPS。
a.当使用互斥执行这个程序的系统时，根据n，α和x给出有效的MIPS率表达式。
b.如果n=16且x=4MIPS，确定能够产生40MIPS系统性能的α值。
答案：
a.MIPS率表达式：
[
（1）]
（1）nxnxα+-α=α-α+
b.α=0.6
14.2、一个应用程序在由9台计算机组成的集群上执行。
一个基准程序在该集群上占用了时间T，而且还发现T的25%是应用程序同时在所有9台计算机上运行的时间。
在其余的时间，应用程序只能运行在一台独立的计算机上。
a.计算在上述条件下与在一台单独计算机上执行程序相比的有效加速比。
也计算α，它是上一题程序中已并行化（通过编程或编译手段使得能够使用集群模式）的代码的百分率。
b.假设能够在并行代码部分上有效地使用18台计算机，而不是9台，计算获得的有效加速比。
答案：
a.一台计算机上执行程序的时间为T。
8台计算机同时执行程序的时间为T/4，而这些程序在一台单独计算机上执行需时2T。
因此，一台单独计算机上执行程序的总时间是3T。
所以有效加速比=3，α=0.75。
b.有效加速比=3.43
14.3、下面的FORTRAN程序将要在计算机上执行，它的一种并行形式将在一个具有32台计算机的集群上执行。
L1：
DO10I=1，1024
L2：
SUM（I）=0
L3：
DO20J=1，I
L4：
20SUM（I）=SUM（I）+I
L5：
10CONTINUE
假设第2行和第4行程序使用两个机器时钟的时间，包括了所有处理器和存储器访问活动。
软件循环控制语句（第1、3、5行）所带来的开销及所有其他的系统开销和资源冲突情况不计在内。
a.程序在一台单独计算机上的总执行时间（以机器时钟时间计）是多少？
b.以下列方式将I循环跌代分开在32台计算机上：
计算机1执行第一个32次跌代（I=1
to32），处理机2执行下一个32次跌代，等等。
与（a）相比，执行时间和加速比因子是多少（注意，由J循环指示的计算工作负荷在计算机间是不平衡的）?
c.修改并行性，使在32台计算机上的所有计算工作负荷能够平衡地并行执行。
平衡
的负载意味着对所有循环，分派给每台计算机的是相同数量的加法。
d.在32台计算机上并行执行产生的最小执行时间是多少？
其速度比在一台单独的计
算机中的执行速度提高了多少？
答案：
a.总执行时间=1,051,628cycles
b.执行时间和加速比因子=16.28
c.从I-loop开始到结束，每台计算机被平衡地安排了32次跌代。
d.理想状态下的执行时间和加速比因子=32
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