网络系统与分布式系.pdf

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1、网络系统与分布式系统1.概述网络操作系统与分布式操作系统在概念上的主要区别是，网络操作系统可以构架于不同的操作系统之上，也就是说它可以在不同的本机操作系统上，通过网络协议实现网络资源的统一配置，在大范围内构成网络操作系统。在网络操作系统中并不要求对网络资源进行透明的，即需要指明资源位置与类型，对本地资源和异地资源区别对待。分布式比较强调单一性，它是由一种操作系统构架的。在这种操作系统中，网络的概念在应用层被淡化了。所有资源（本地的资源和异地的资源）都用同一方式管理与，用户不必关心资源在哪里，或者资源是怎样存储的。2.网络系统网络系统是一个事理系统。有人参与和受人的影响的系统称为事理系统。网络计

2、划属于系统工程范畴，是人类改造客体系统有用的工程技术。网络系统直接受人（应用者）的影响，因而是一个事理系统。网络系统是一个信息系统。系统的输入端（开始节点）可视为信源、系统的内态可视为信道，系统的输出端（结束节点）可视为信宿。应当特别指出的是，网络系统是一个事理系统，因此，网络系统的信宿本质上就是系统的操作者（人类）网络系统是一个复杂自适应系统网络系统是是一个开放系统。网络系统是复杂自适应系统，自然就是一个开放系统。网络系统是一个有序强动力学系统。网络系统沿着时间的方向演化，元素和网络内环境要素的相互作用、网络系统要素和网络环境要素的相互作用、网络相容性贯穿于系统运行的全过程，在这个过程的各个

3、发展阶段上，系统自组织、自优化，这些充分表明网络系统是一个有序强动力学系统。网络系统是一个符号化系统。网络系统由网络能指和网络所指两部分构成，网络能指是一个结构符号化系统，网络所指是一个数学符号化系统；结构符号化系统和数学符号化系统之间具有相容性，统称为网络符号化系统。网络系统是一个形式系统。网络系统软件中的重要一环是网络操作系统，有人也将它称为网络管理系统，它与传统的单机操作系统有所不同，它是建立在单机操作系统之上的一个开放式的软件系统，它面对的是各种不同的计算机系统的互连操作，面对不同的单机操作系统之间的资源共享、用户操作协调和与单机操作系统的交互，从而解决多个网络用户（甚至是全球远程的网

4、络用二分布式操作系统。计算机网络系统是由计算机系统、数据通信和网络系统软件组成的。从硬件上看主要由下列组成部分：终端：用户进入网络所用的设备，如电传打字机、键盘显示器、计算机等。在局域网中，终端一般由微机担任，叫工作站，用户通过工作站共享网上资源。主机：有于进行数据分析处理和网络控制的计算机系统，其中包括外部设备、操作系统及其它软件。在局域网中，主机一般由较高档的计算机担任，叫服务器，它应具有丰富的资源，如大容量硬盘、足够的内存和各种软件等。通信处理机：在接有终端的通信线路和主机之间设置的通信控制处理机器，分担数据交换和各种通信的控制和管理。在局域网中，一般不设通讯处理机，直接由主机承担通信的

5、控制和管理任务。本地线路：指把终端与节点与主机连接起来的线路，其中包括集中器或多路器等。它是一种低速线路，费用和效率均较低。3.分布式系统大量的计算机通过网络被连接在一起，可以获得极高的运算能力及广泛的数据共享。这种系统被称作分布式系统。而分布式操作系统拥有四大特征：统一性即它是一个统一的操作系统；共享性即所有的分布式系统中的资源是共享的；透明性其含义是用户并不知道分布式系统是运行在多台计算机上，在用户眼里整个分布式系统中的许多计算机就像是一台计算机，对用户来讲是透明的；独立性即处于分布式系统的多个主机都处于平等地位，在物理上独立。分布式系统（distributed system）是建立在网络

6、之上的软件系统。正是因为软件的特性，所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。因此，网络和分布式系统之间的区别更多的在于高层软件（特别是操作系统），而不是硬件。在一个分布式系统中，一组独立的计算机展现给用户的是一个统一的整体，就好像是一个系统似的。系统拥有多种通用的物理和逻辑资源，可以动态的分配任务，分散的物理和逻辑资源通过计算机网络实现信息交换。系统中存在一个以全局的方式管理计算机资源的分布式操作系统。通常，对用户来说，分布式系统只有一个模型或范型。在操作系统之上有一层软件中间件（middleware）负责实现这个模型。一个著名的分布式系统的例子是万维网（World Wide Web），在万维

7、网中，所有的一切看起来就好像是一个文档（Web 页面）一样。在计算机网络中，这种统一性、模型以及其中的软件都不存在。用户看到的是实际的机器，计算机网络并没有使这些机器看起来是统一的。如果这些机器有不同的硬件或者不同的操作系统，那么，这些差异对于用户来说都是完全可见的。如果一个用户希望在一台远程机器上运行一个程序，那么，他必须登陆到远程机器上，然后在那台机器上运行该程序。分布式系统和计算机网络系统的共同点是：多数分布式系统是建立在计算机网络之上的，所以分布式系统与计算机网络在物理结构上是基本相同的。他们的区别在于：分布式操作系统的设计思想和网络操作系统是不同的，这决定了他们在结构、工作方式和功能

8、上也不同。网络操作系统要求网络用户在使用网络资源时首先必须了解网络资源，网络用户必须知道网络中各个计算机的功能与配置、软件资源、网络文件结构等情况，在网络中如果用户要读一个共享文件时，用户必须知道这个文件放在哪一台计算机的哪一个目录下；分布式操作系统是以全局方式管理系统资源的，它可以为用户任意调度网络资源，并且调度过程是“透明”的。当用户提交一个作业时，分布式操作系统能够根据需要在系统中选择最合适的处理器，将用户的作业提交到该处理程序，在处理器完成作业后，将结果传给用户。在这个过程中，用户并不会意识到有多个处理器的存在，这个系统就像是一个处理器一样。分布式软件系统(Distributed So

9、ftware Systems)是支持分布式处理的软件系统,是在由通信网络互联的多处理机体系结构上执行任务的系统。它包括分布式操作系统、分布式程序设计语言及其编译(解释)系统、分布式文件系统和分布式数据库系统等。分布式操作系统负责管理分布式处理系统资源和控制分布式程序运行。它和集中式操作系统的区别在于资源管理、进程通信和系统结构等方面。分布式程序设计语言用于编写运行于分布式计算机系统上的分布式程序。一个分布式程序由若干个可以独立执行的程序模块组成,它们分布于一个分布式处理系统的多台计算机上被同时执行。它与集中式的程序设计语言相比有三个特点：分布性、通信性和稳健性。分布式文件系统具有执行远程文件存

10、取的能力,并以透明方式对分布在网络上的文件进行管理和存取。分布式数据库系统由分布于多个计算机结点上的若干个数据库系统组成,它提供有效的存取手段来操纵这些结点上的子数据库。分布式数据库在使用上可视为一个完整的数据库,而实际上它是分布在地理分散的各个结点上。当然,分布在各个结点上的子数据库在逻辑上是相关的。4.分布式集群服务器对于分布式集群服务器我们以ORACLE 公司的 RAC（Real Application Cluster 真正应用集群）。4.1.RAC 介绍在 Cluster(集群)多机系统平台上，常用的高可用性技术有两种：双机热备份和并行服务器。这两种方式采用的机制不同，实现的效果也不同

11、。Real Application Cluster 实现的是并行服务器方式。在双机热备份方式下，数据库系统平时只能在一台服务器(例如服务器A)上运行，另一台服务器无法直接数据库，自然也无法进行负载分担。当服务器A 由于故障失效时，由相应的操作系统软件控制，将服务器A 管理的存储设备(如硬盘)转交给服务器B 控制，同时在服务器B 上启动另一个数据库进程，管理数据库。这种切换并启动新的数据库核心的过程一般需要几十秒到几分钟。这种方式的主要缺点在于：由于需要重新启动数据库核心进程，无法保证数据库系统连续不间断地运行在系统切换的过程中，客户端与服务器之间的数据库连接会中断，需要重新进行数据库的连接和登

12、录工作由于数据库系统只能在一台服务器上运行，另一台服务器无法分担系统的负载，实际上造成了客户投资的浪费。在有些系统中，为了解决双机负载分担的问题，将应用系统人为分割为两个数据库系统，分别在两台服务器上运行。这种方式在一定程度上解决了负载分担的问题，但给系统管理、统计分析等业务处理带来了很多额外的复杂性在并行服务器方式下，两台(或多台)服务器上各自运行一个数据库核心进程，但共同管理、操作一个数据库。客户端无论连接到哪个服务器都可以在数据库中进行操作。当服务器A 由于故障失效时，数据库系统本身并未停止工作，连接在服务器B 上的客户端还可以继续进行正常工作。同时，服务器B 上也不需要再启动新的数据库

13、服务器进程，因此也没有“切换时间”。对于一些特殊应用中严格要求前端应用不能中断的情况，Oracle 并行服务器还提供了一种“预连接(pre-connect)”方式，以这种方式连接的客户端当服务器端发生故障时，客户端与数据库服务器的连接不会中断，会被Oracle 并行服务器软件自动转接到还在正常工作的其它服务器上，不需要重新输入用户名及口令。与双机热备份方式相比，Oracle9i Real Application Cluster 并行服务器方式有以下优点：各服务器共享一个数据库，在正常运行时可以进行负载分担，无需考虑应用数据的人为分割并行服务器方式对应用完全透明，在应用程序设计和开发的过程中也不

14、需要进行特殊编程，简化了开发的复杂程度，同时今后系统扩展也无需修改应用程序不需要重新启动数据库核心进程，缩短了故障造成的停机时间4.2.RAC 优点具有 Cache Fusion 体系结构的Oracle Real Application Clusters 为企业电子商务应用开发提供了以下好处：电子商务应用的灵活和毫不费力的伸缩性；应用用户可以登录到单独的虚拟高性能集群服务器。向数据库添加节点非常容易，并且当需要添加处理器节点或者业务需求变化时，不用手工对数据进行分区。对于所有的应用即时提供集群的可伸缩性不用修改应用程序。较之传统集群数据库体系结构的高可用性解决方案；该体系结构为客户提供了几乎连

15、续的数据，使硬件和软件故障导致的业务中断最小化。系统具备对多个节点失败的容错能力，使部件失败屏蔽开最终用户。单独的管理实体；为了进行所有管理操作，在集群中保持一个单独的系统映像。DBA 一次性地进行安装、配置、备份、升级以及监控等功能，然后Oracle 将管理功能自动分配到适宜的节点。这意味着DBA 只管理着一个虚拟服务器。Cache Fusion保存了所有Oracle 客户在他们电子商务应用中学习和开发Oracle的投资。所有单节点数据库功能都保留下来，并且应用程序使用相同标准的Oracle 接口连接到数据库上。4.2.1.可伸缩性基于 RAC 的电子商务应用的用户或者中间层应用服务器客户，

16、可以通过虚拟数据库服务名连接到数据库上。Oracle 在集群中多个节点之间自动平衡用户负载。不同节点上的Real Application Clusters 数据库实例预订所有数据库服务或者部分子集数据库服务。这使得 DBA高度灵活地选定，连接到特定数据库服务的特定应用程序客户是否可以连接到某些或者全部的数据库节点。虽然每一个节点有一个不同的物理IP 地址时，应用客户仍可以在一个逻辑数据库服务名的水平上进行连接。因此客户端对于不相关的事情如多服务器的多个地址可以毫不关心。随着业务的增长，电子商务可以从容地增加处理能力。Cache Fusion 体系结构直接地利用新节点的CPU 和内存资源。DBA

17、 无需用手工对数据重新分区。这个优点是这种体系结构的副产品，因为有透明度的数据存取是Cache Fusion 的一项基本功能。Cache Fusion 体系机构自动适应快速变化的电子商务需求及随之而来的工作负荷的改变。DBA 也不必因为工作负荷变化而对数据进行手工的重新分区。Real Application Clusters通过动态地重新分配数据库资源，从而在节点之间用最小化的磁盘I/O 和低的延迟通信来优化利用集群系统资源。这使得 Real Application Clusters 可以从容实现增加的应用吞吐量和优化的响应时间。4.2.2.高可用性Real Application Clust

18、ers 提供了真正的高可用性解决方案，关键的突破是在大多数数据库恢复期间能提供完整的数据库。这使得 Real Application Clusters 成为电子商务应用所要求的 24x7 可用性的最佳平台。Real Application Clusters 在高可用性上在三个关键领域胜出：提供了数据库恢复期间的数据块透明的失效转移对最终用户屏蔽了系统失N-1 节点失效的容错能力只要有一个数据库节点幸存，Real Application Clusters 就能够提供完全的数据库和相对不间断的操作。4.2.3.可管理性Real Application Clusters 实现了真正意义上的一个单系统

19、数据库，它提供了从任何节点到所有磁盘设备和远程高速缓存进行无缝数据的能力。此单系统映像延伸到所有数据库管理操作。安装、配置、备份、升级以及监控等操作只需进行一次，然后会自动发布到集群中所有节点上去。各种 Oracle 工具（如 Oracle Universal Installer、Database Configuration Assistant以及 Recovery Manager）将发现集群数据块中所有不同的节点并以它们为目标分配给想得到的任务。通过为特定的管理操作选择多个目标节点，管理任务在数据库集群中多个节点上执行。这为电子商务管理其环境带来了极大的可伸缩性上的经济实惠。例如，向数据库集

20、群添加一个节点只会增加最小的管理任务。这样，Real Application Clusters 支持在线电子商务应用和决策支持之类的应用，并且为数据和管理提供了单一的虚拟高性能服务器。5.结论网络系统和分布式系统由于各自特点在计算机的世界里面扮演着不同的角色。网络系统的主要作用是使得计算机与计算机之间存在信息通讯的可能，而在计算机与计算机之间的通讯变为可能之后，计算机与计算机之间又怎么来进行合作就变成了分布式系统需要解决的事情了。好的分布式系统可以利用计算机之间的协作达到最大程度的利用资源和避免灾难的作用，这就好比一根筷子可以被轻易的折断，而一把筷子要被折断的时候就不是单纯力量的乘法计算而得了。当然，这只是分布式系统的从风险优势上的一个看法，还有更多的有益的方面需要人们继续的探索。人与人团结起来力量会变大，而计算机与计算机团结起来，力量是不是也会变得更大呢？