第七章 分布式操作系统.ppt

跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有第七章第七章 分布式操作系统分布式操作系统7.1 目标目标7.2 硬件概念硬件概念7.3 软件概念软件概念7.4 实现策略实现策略7.5 分布式操作系统分布式操作系统7.6 Mach技术技术7.7 小结小结跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.1 目标目标7.1.1分布式系统与集中式系统比较分布式系统与集中式系统比较7.1.2分布式系统与独立分布式系统与独立PC比较比较7.1.3缺点缺点跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.1.1 分布式系统与集中式系统比较分布式系统与集中式系统比较n性能价格比性能价格比n绝对性能绝对性能n符合许多分布式应用的实际符合许多分布式应用的实际n可靠性可靠性n可扩充性可扩充性(表表7.1)跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.1.2分布式系统与独立分布式系统与独立PC比较比较n数据共享数据共享n改善人与人间的通讯能力改善人与人间的通讯能力n更好的灵活性更好的灵活性(表表8.2)跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.1.3缺点缺点n软件问题软件问题n通信网络通信网络n数据安全数据安全(表表8.3)跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.2 硬件概念硬件概念7.2.1 分类分类7.2.2 总线型多处理机总线型多处理机7.2.3 开关型多处理机开关型多处理机7.2.4 总线型多计算机总线型多计算机7.2.5 开关型多计算机开关型多计算机跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.2.1 分类分类(Flynn分类法分类法)nSISDnSIMD(阵列处理机阵列处理机)nMISD(脉动阵列机、宏观流水方式的多机系统脉动阵列机、宏观流水方式的多机系统)nMIMDu多计算机多计算机u多处理机多处理机n其他分类法其他分类法(网络结构、耦合程度网络结构、耦合程度)(图图7.1)跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.2.2 总线型多处理机总线型多处理机(图图7.2)n一致性概念一致性概念n存在问题存在问题u总线带宽饱和，性能下降总线带宽饱和，性能下降u解决办法：解决办法：F高速缓冲存储器高速缓冲存储器（命中率）（命中率）F总线侦听总线侦听跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.2.3 开关型多处理机开关型多处理机(图图7.3)n开关开关u交叉开关交叉开关uOmega开关网络开关网络n层次式层次式n总结总结:u总线型、交叉开关型、多级互连网络型、总线型、交叉开关型、多级互连网络型、NUMA结构结构u昂贵、难设计昂贵、难设计跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.2.4 总线型多计算机总线型多计算机(图图7.4)跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.2.5 开关型多计算机开关型多计算机(图图7.5)跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.3 软件概念软件概念7.3.1 网络网络OS和和NFS7.3.2 真正的分布式操作系统真正的分布式操作系统7.3.3 多处理机分时系统多处理机分时系统跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.3.1 网络网络OS和和NFS松散耦合软件松散耦合软件n例例:局域网连接的一组工作站局域网连接的一组工作站ualogin machine(工作站工作站 远程终端远程终端)ulogoutu远程拷贝远程拷贝:rcp machine1:file1 machine2:file2n全局共享文件系统全局共享文件系统(图图7.6,7.7)nNFS(下页下页)跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有NFSn设计和实现目标设计和实现目标:Sun公司公司UNIX工作站工作站nNFS结构结构(参见图参见图7.7)u服务器输出目录服务器输出目录u客户及安装目录客户及安装目录nNFS协议协议u处理安装问题协议处理安装问题协议(shell)u文件和目录的访问协议文件和目录的访问协议nNFS实现实现(图图7.8)uv 结点的使用方式结点的使用方式u快速缓存技术快速缓存技术(改善改善:定时计数器、最近修改时间定时计数器、最近修改时间)跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.3.2 真正的分布式操作系统真正的分布式操作系统n紧密耦合软件紧密耦合软件(分时系统分时系统)u分布式系统是分布式系统是一种让用户把一组不含一种让用户把一组不含共享存储器的机器看成是单台计算机共享存储器的机器看成是单台计算机的软件的软件(单一系统映象单一系统映象)u虚拟单处理机虚拟单处理机n分布式系统的特征分布式系统的特征(1)单一的全局进程间通信机制单一的全局进程间通信机制(2)全局保护机制全局保护机制(3)进程管理在任何地方一样进程管理在任何地方一样跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.3.3 多处理机分时系统多处理机分时系统n单一运行队列单一运行队列(图图7.9)n文件系统的组织文件系统的组织统一的文件统一的文件cache(表表7.4)跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.4 实现策略实现策略7.4.1 透明性透明性7.4.2 灵活性灵活性7.4.3 可靠性可靠性7.4.4 性能性能7.4.5 伸缩性伸缩性跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.4.1 透明性透明性1.层次层次u对用户隐藏对用户隐藏u对程序员隐藏对程序员隐藏2.透明性透明性u位置透明性位置透明性u迁移透明性迁移透明性u重复透明性重复透明性u并行透明性并行透明性跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.4.2 灵活性灵活性(图图7.10)n单体内核单体内核(好处好处:性能性能)n微内核微内核(目标目标:小小)u一种进程间的通讯机制一种进程间的通讯机制u一些存储器管理功能一些存储器管理功能u有限的低级进程管理和调度功能有限的低级进程管理和调度功能u低级输入输出低级输入输出n微核系统好处微核系统好处:模块化好模块化好,实现、安装、调试方实现、安装、调试方便便跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.4.3 可靠性可靠性n可用性可用性n安全性安全性n容错容错跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.4.4 性能性能n并行度、通信量折衷：计算粒度并行度、通信量折衷：计算粒度n容错的影响容错的影响跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.4.5 伸缩性伸缩性(表表7.6)n集中式算法集中式算法n分布式算法分布式算法(特点特点)u没有一台机器具有关于整个系统的完整信息没有一台机器具有关于整个系统的完整信息u机器只据本地信息作决策机器只据本地信息作决策u单个机器故障不会导致整个算法失败单个机器故障不会导致整个算法失败u不能隐含有关存在全局时钟的假设不能隐含有关存在全局时钟的假设跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.5 分布式文件系统分布式文件系统n文件服务与文件服务器文件服务与文件服务器(进程进程)n两部分两部分u目录服务目录服务u真正的文件服务真正的文件服务跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.5 分布式文件系统分布式文件系统7.5.1 文件服务接口文件服务接口 7.5.2 目录服务接口目录服务接口7.5.3 文件共享语义文件共享语义跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.5.1 文件服务接口文件服务接口n能力和访问控制表能力和访问控制表n文件服务类型文件服务类型(图图7.11)u上送上送/下装模型下装模型(读写文件读写文件)u远程访问模型远程访问模型跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.5.2 目录服务接口目录服务接口n服务服务:u创建和删除目录创建和删除目录u文件命名换名文件命名换名u移动文件等移动文件等n定义字符集和语法定义字符集和语法n创建向任一目录的链接或指针创建向任一目录的链接或指针(图图7.12)跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有文件设计的关键问题文件设计的关键问题1.机器或进程间目录层次是否必须机器或进程间目录层次是否必须严格相同严格相同?(参见图参见图7.7)2.是否存在全局根目录是否存在全局根目录?跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有1.命名的透明性命名的透明性位置独立性位置独立性三种命名方法三种命名方法:u机器名机器名+路径路径u远程文件系统安装到本地远程文件系统安装到本地u单一名字空间单一名字空间2.两级命名两级命名u供用户使用供用户使用(符号符号)u供系统使用供系统使用(二进制名二进制名:本地本地i结点、能力结点、能力)跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.5.3 文件共享语义文件共享语义1.文件可修改文件可修改u避免用户共享问题避免用户共享问题F一旦修改立即将一旦修改立即将cache中的文件传回服务器中的文件传回服务器F不要求读操作看到所有先前的写操作的结果不要求读操作看到所有先前的写操作的结果(会晤语义会晤语义)u放弃共享文件指针的问题放弃共享文件指针的问题2.文件不可更改文件不可更改(读、创建读、创建)3.事务事务跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.6 Mach技术技术7.6.1 Mach的历史的历史7.6.2 Mach的目标的目标7.6.3 Mach的微内核的微内核7.6.4 Mach上的上的BSD UNIX服务器服务器跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.6.1 Mach的历史的历史nRIG(Rochester Intelligent Gateway)nAccentnCMUnOSF跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.6.2 Mach的目标的目标1.提供一个建立其他操作系统的基础提供一个建立其他操作系统的基础2.支持巨大地址空间支持巨大地址空间3.允许对网络资源的透明访问允许对网络资源的透明访问4.同时在系统中和应用中开发并行性同时在系统中和应用中开发并行性5.可以移植到大量机器上可以移植到大量机器上跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.6.3 Mach的微内核的微内核 (图图8.13)n服务服务:进程管理、存储管理、通信和进程管理、存储管理、通信和I/O服务服务n核心管理的对象：核心管理的对象：u进程进程u线程线程u存储器对象存储器对象u端口端口u消息消息跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.6.4 Mach上的上的BSD UNIX服务器服务器优点：优点：(1)系统分为处理资源管理部分、处理系统调系统分为处理资源管理部分、处理系统调用部分用部分(2)可移植性可移植性(3)实时操作实时操作(4)定时操作定时操作(5)安全保护安全保护跳转到第一页2001 孟静制作 版权所有7.7 小结小结n潜在优点和缺点潜在优点和缺点n多多CPU软件类型软件类型n设计中的问题设计中的问题n线程的地位线程的地位n分布式文件系统分布式文件系统nMACH