第一章分布式系统概述PPT文件格式下载.ppt

1、分布式操作系统原理与实践分布式操作系统原理与实践 徐良贤徐良贤等译等译 机械工业出版社机械工业出版社 2003 高级操作系统高级操作系统 徐甲同徐甲同 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社 2001 课件下载地址：课件下载地址：http:/课程成绩评定课程成绩评定平时成绩：平时成绩：20%（课堂测试（课堂测试+大作业）大作业）期末考试期末考试：80%课程主要内容课程主要内容分布式系统概述分布式系统概述体系结构体系结构进程管理进程管理通信通信命名系统命名系统同步同步一致性和复制一致性和复制容错性容错性分布式安全分布式安全 分布式文件系统分布式文件系统第一章第一章 分布式系统概述分布式系统

2、概述什么是操作系统什么是操作系统?什么是分布式系统什么是分布式系统?分布式系统的目标分布式系统的目标分布式系统的类型分布式系统的类型什么是操作系统什么是操作系统?操作系统概念操作系统概念：操作系统是一种管理计算机系统资源，控制系操作系统是一种管理计算机系统资源，控制系统工作流程，方便用户使用计算机的系统软件。统工作流程，方便用户使用计算机的系统软件。操作系统的作用操作系统的作用（1）（1）作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口OS作为接口的层状示意图作为接口的层状示意图计算机硬件计算机硬件操作系统操作系统系统程序系统程序应用程序应用程序操作系统设计者操作系统设计者

3、程序员程序员一般用户一般用户命令命令系统调用系统调用操作系统的作用操作系统的作用（2）（2）作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者处理机管理：分配和控制处理机处理机管理：分配和控制处理机存储器管理：分配及回收内存存储器管理：分配及回收内存I/I/I/I/O（InputO（InputO（InputO（Input/Output）/Output）/Output）/Output）设备管理：设备管理：I/OI/OI/OI/O设备分配与操作设备分配与操作设备分配与操作设备分配与操作文件管理：文件存取、共享和保护文件管理：文件存取、共享和保护 操作系统的发展历史操作系统的发展历史手工操作手工操

4、作批处理系统批处理系统（batch processing）分时系统分时系统（time-sharing system）实时系统实时系统（real-time system）个人计算机操作系统（个人计算机操作系统（personal computer system）手工操作手工操作的计算机的计算机世界上第一台数字式电子计算机世界上第一台数字式电子计算机世界上第一台数字式电子计算机世界上第一台数字式电子计算机 ENIACENIAC，运算速度：运算速度：5000次次/每秒每秒,18000个真空管个真空管,占地占地182平方米，重量平方米，重量130吨，功耗吨，功耗140kW卡片卡片批处理系统批处理系统IB

5、M1401IBM7094IBM1401输入磁带输入磁带磁带机磁带机卡卡片片阅阅读读机机输出磁带输出磁带打打印印机机主机主机终终端端分时系统分时系统实时操作系统实时操作系统硬硬实时：实时过程控制实时：实时过程控制 工业控制，军事控制，工业控制，军事控制，.软实时：实时通信（信息）处理软实时：实时通信（信息）处理 虚拟现实、虚拟现实、银行、飞机订票、银行、飞机订票、股市行情股市行情实时操作系统实时操作系统主要追求目标：主要追求目标：对外部请求在严格时间范围内作出反应对外部请求在严格时间范围内作出反应高可靠性高可靠性安全性安全性实时系统必须和先进的技术装备相结合实时系统必须和先进的技术装备相结合个人

6、计算机操作系统个人计算机操作系统（单用户多任务单用户多任务）计算机在某一时间内为单用户服务计算机在某一时间内为单用户服务,其追求目标是界面友好，使用方便，其追求目标是界面友好，使用方便，丰富的应用软件丰富的应用软件操作系统操作系统发展方向发展方向两大发展方向两大发展方向-宏观应用和微观应用宏观应用和微观应用微型系统：嵌入式操作系统微型系统：嵌入式操作系统大型系统：分布式操作系统大型系统：分布式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统美国加州伯克利大学研制：微型智能传感器，安装美国加州伯克利大学研制：微型智能传感器，安装TinyOS嵌入式操作系统的应用嵌入式操作系统的应用智能卡智能卡移动通信移动通信

7、计算机外设计算机外设机顶盒机顶盒零售设备零售设备印刷机印刷机复印机复印机互联网服务器互联网服务器电话交换设备电话交换设备常见的操作系统常见的操作系统MS OS:MS DOS,Windows 95,Windows NT,Windows 2000,Windows XP,Windows 2003UNIX:BSD,SRV4,OSF1,SCO UNIX,AIX,Solaris,Linux嵌入式嵌入式OS:Linux、VxWorks、Windows CE.net、Smart Phone、Pocket PC、Symbian 分布式操作系统：分布式操作系统：Amoeba、Mach、Chorus和和DCE 分布

8、式系统的定义分布式系统的定义（1）技术领域的两项进步技术领域的两项进步高性能微处理器的开发高性能微处理器的开发高速计算机网络的发明高速计算机网络的发明定义：分布式系统定义：分布式系统是若干是若干独立计算机独立计算机的集的集合，它们对于用户来说就像合，它们对于用户来说就像一个系统一个系统。分布式系统的定义分布式系统的定义（2）作为中间件存在的分布式系统作为中间件存在的分布式系统分布式系统屏蔽系统中种类各异的计算机和网络，常常通过一分布式系统屏蔽系统中种类各异的计算机和网络，常常通过一个软件层（中间件）组织起来。个软件层（中间件）组织起来。分布式系统实例分布式系统实例大学或公司的工作站网络大学或公

9、司的工作站网络用户工作站用户工作站处理器池处理器池单一的文件系统单一的文件系统命令的分布式处理命令的分布式处理支持订单自动处理的工作流系统支持订单自动处理的工作流系统订单处理流程对用户透明订单处理流程对用户透明万维网：分布式文档模型万维网：分布式文档模型分布式系统的分布式系统的优缺点优缺点优点：优点：与高性能的大型主机与高性能的大型主机（Main Frame）系统相比系统相比经济经济较高的性能价格比较高的性能价格比对固有分布性问题求解的适应性对固有分布性问题求解的适应性可扩充性可扩充性比较松散的构成，使得节点的增减很容易比较松散的构成，使得节点的增减很容易可靠性可靠性自动降级运行保障，故障时不

10、停机自动降级运行保障，故障时不停机与分散系统（每人一台微机或者工作站）相比与分散系统（每人一台微机或者工作站）相比共享资源、加强通信、通过负载平衡提高系统的效率共享资源、加强通信、通过负载平衡提高系统的效率扩充了系统能力扩充了系统能力缺点：缺点：控制比较复杂，尤其是在资源管理上控制比较复杂，尤其是在资源管理上要附加许多协调操作要附加许多协调操作资源属于局部工作站资源属于局部工作站性能、可靠性对网络的依赖性强性能、可靠性对网络的依赖性强分布式系统的关键目标分布式系统的关键目标让用户连接到资源让用户连接到资源共享资源：降低经济成本共享资源：降低经济成本方便协作和信息交换：互联网、群件、电子商务方便

11、协作和信息交换：互联网、群件、电子商务透明性透明性开放性开放性可扩展性可扩展性分布式系统的分布式系统的透明性透明性分布式系统的重要目标之一是透明性，即将它的进程和资源实分布式系统的重要目标之一是透明性，即将它的进程和资源实际上分布在多台计算机上这一事实隐藏起来。际上分布在多台计算机上这一事实隐藏起来。透明性透明性描述描述访问访问 隐藏数据表示形式以及访问方式的不同隐藏数据表示形式以及访问方式的不同位置位置 隐藏数据所在位置隐藏数据所在位置迁移迁移 隐藏资源是否已移动到另一个位置隐藏资源是否已移动到另一个位置重定位重定位 隐藏资源是否在使用中已移动到另一个位置隐藏资源是否在使用中已移动到另一个位

12、置复制复制 隐藏资源是否已被复制隐藏资源是否已被复制并发并发 隐藏资源是否由若干相互竞争的用户共享隐藏资源是否由若干相互竞争的用户共享故障故障 隐藏资源的故障和恢复隐藏资源的故障和恢复持久性持久性 隐藏资源（软件）位于内存里或在磁盘上隐藏资源（软件）位于内存里或在磁盘上透明度透明度透明性受到限制透明性受到限制位置透明性位置透明性必须将透明性与其他因素（如性能）结合必须将透明性与其他因素（如性能）结合起来考虑。起来考虑。分布式系统的分布式系统的开放性开放性开放性定义：根据一系列准则来提供服务，这些开放性定义：根据一系列准则来提供服务，这些准则描述了所提供服务的语法和语义准则描述了所提供服务的语法

13、和语义分布式系统中，服务通常通过接口指定，接口定分布式系统中，服务通常通过接口指定，接口定义了可用函数的名称、参数类型、返回值以及可义了可用函数的名称、参数类型、返回值以及可能出现的异常，良好的接口规范说明应具有：能出现的异常，良好的接口规范说明应具有：完整性完整性中立性中立性互操作性：不同厂商组件的共存和协同工作程度互操作性：不同厂商组件的共存和协同工作程度可移植性可移植性灵活性：方便的组合不同组件，添加、替换组件灵活性：方便的组合不同组件，添加、替换组件灵活性的关键：策略与机制分离灵活性的关键：策略与机制分离分布式系统的分布式系统的可扩展性可扩展性规模上的扩展：更多的用户和资源规模上的扩展

14、：更多的用户和资源地域上的扩展：用户和资源相隔更远地域上的扩展：用户和资源相隔更远管理上的扩展：跨越多个管理机构管理上的扩展：跨越多个管理机构规模上扩展的限制规模上扩展的限制可扩展性限制的实例可扩展性限制的实例概念概念实例实例集中式服务集中式服务供所有用户访问的单服务器供所有用户访问的单服务器集中式数据集中式数据单个在线电话簿单个在线电话簿集中式算法集中式算法根据完整信息安排路由根据完整信息安排路由地域上扩展的限制地域上扩展的限制难以扩充为局域网设计的分布式系统的原因：难以扩充为局域网设计的分布式系统的原因：局域网的分布式系统是基于同步通信的，难以适用局域网的分布式系统是基于同步通信的，难以适

15、用于广域系统于广域系统局域网提供高度可靠的基于广播的通信方式，而广局域网提供高度可靠的基于广播的通信方式，而广域网的通信本质上是不可靠的，而且是点对点的；域网的通信本质上是不可靠的，而且是点对点的；服务定位问题服务定位问题存在集中式组件产生的性能和可靠性问题存在集中式组件产生的性能和可靠性问题管理上扩展的限制管理上扩展的限制在资源使用（以及付费）、管理和安全问在资源使用（以及付费）、管理和安全问题上各域存在相互冲突的策略题上各域存在相互冲突的策略单域中的分布式组件得到同域用户的信任，而单域中的分布式组件得到同域用户的信任，而无法自动拓展到域外无法自动拓展到域外分布式系统必须保护自己免受新域的恶意攻击分布式系统必须保护自己免受新域的恶意攻击新域必须保护自己免受分布式系统的恶意攻击新域必须保护自己免受分布式系统的恶意攻击扩展技术扩展技术隐藏通信等待时间隐藏通信等待时间异步通信异步通信减少通信量减少通信量分布技术：分割组件，分散到系统中，如分布技术：分割组件，分散到系统中，如DNS和和WWW复制技术复制技术:多拷贝多拷贝扩展技术扩展技术-减少通信量减少通信量1.4a）由服务器检查表单由服务器检查表单b）由客户端检查表单由客户端检查表单扩展技术扩展技术-分布技术分布技术1.5将将DNS名字