分布式操作系统概念及模型.ppt

《分布式操作系统概念及模型.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分布式操作系统概念及模型.ppt（42页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、分布式操作系统概念及模型分布式操作系统概念及模型姜海燕姜海燕南京农业大学信息科技学院计算机系南京农业大学信息科技学院计算机系主要内容l1分布式系统概念与内涵分布式系统概念与内涵l2分布式系统的软硬件环境分布式系统的软硬件环境l3分布式系统常用模型分布式系统常用模型 1分布式系统概念与内涵分布式系统概念与内涵1.1 分布式系统定义分布式系统定义lA distributed system is:lA collection of independent computers that appears to its users as a single coherent system.l(Tanenbau

2、m et al.2004)分布式系统定义分布式系统定义A distributed system organized as middleware.Note that the middleware layer extends over multiple machines.分布式系统定义分布式系统定义l一个分布式系统是一组位于网络计算机上一个分布式系统是一组位于网络计算机上的并发构件，这些构件之间的通信以及任的并发构件，这些构件之间的通信以及任务协调都只能通过信件传递进行，其目的务协调都只能通过信件传递进行，其目的是实现资源共享。是实现资源共享。l(Coulouris et al.2005)1.2

3、分布式系统特征分布式系统特征l一组由网络互联的、自治的计算机和资源一组由网络互联的、自治的计算机和资源l资源为用户所共享资源为用户所共享l可以集中控制，也可以分布控制可以集中控制，也可以分布控制l计算机可以同构，也可以异构计算机可以同构，也可以异构l分散的地理位置分散的地理位置l分布式故障点分布式故障点l没有全局时钟没有全局时钟l大多数情况下没有共享内存大多数情况下没有共享内存1.3 应用领域应用领域l分布式计算：分布式计算：l数学计算，环境模拟，生物和仿生，经济和财政模数学计算，环境模拟，生物和仿生，经济和财政模型，气象预报型，气象预报l分布式数据分布式数据l数据挖掘数据挖掘,信息检索，保险

4、分析，图像处理信息检索，保险分析，图像处理l分布式应用分布式应用l事务处理，电子商务，远程文件交换，电子信件事务处理，电子商务，远程文件交换，电子信件经典分布式应用经典分布式应用l远程访问远程访问l网络文件系统网络文件系统 lATM（银行自动取款机）（银行自动取款机）l分布式数据库分布式数据库lWWW（万维网）（万维网）l全球定位系统全球定位系统l自动售货终端机自动售货终端机l航空管制系统航空管制系统l网络拍卖系统网络拍卖系统SETI:搜索外星人搜索外星人IBM倡导组织，名为倡导组织，名为“网格社区网格社区”项目项目SETI(search for extra-Terrestrial Intel

5、li-gence)SETI:搜索外星人搜索外星人l探索外星文明探索外星文明l射电天文望远镜射电天文望远镜:Arecibo(305m)l地理位置地理位置:Puerto Rico（波多黎各）波多黎各）l接收接收 4,000,000 无线电波段无线电波段l下载屏保程序作数据分析下载屏保程序作数据分析l中央控制系统分布数据中央控制系统分布数据lSETIhome 项目基于UC Berkeley（伯伯克利开放式网络计算平台克利开放式网络计算平台），开源项目），开源项目RC5：密码破解计划l破译破译 RSA 实验室给出的密码，找出密钥实验室给出的密码，找出密钥l奖金奖金:$10,000 美元美元lRC_56

6、:250 天破译天破译(1997)lRC_64:1,757 天破译天破译(2002)lRC_72:?1.4 透明性透明性（Transparency）透明性透明性描述描述访问访问隐蔽数据表达方法和资源访问方法的不同之处隐蔽数据表达方法和资源访问方法的不同之处位置位置隐蔽资源所处的物理位置隐蔽资源所处的物理位置迁移迁移隐蔽资源的物理移动隐蔽资源的物理移动重定位重定位隐蔽正在使用的资源迁移隐蔽正在使用的资源迁移复制复制隐蔽资源的复制隐蔽资源的复制并发并发隐蔽若干用户共享同一资源所产生的竞争隐蔽若干用户共享同一资源所产生的竞争故障故障隐蔽资源的故障与排错恢复隐蔽资源的故障与排错恢复持续持续隐蔽软件资源

7、所处的存储空间：内存或磁盘隐蔽软件资源所处的存储空间：内存或磁盘1.5 可扩展性（可扩展性（Scaling）l规模上可扩展规模上可扩展l地域上可扩展地域上可扩展l管理上可扩展管理上可扩展Scalability ProblemsConceptExampleCentralized servicesA single server for all usersCentralized dataA single on-line telephone bookCentralized algorithmsDoing routing based on complete informationScaling Tech

8、niquesl隐藏通行等待时间（解决：地域扩展）隐藏通行等待时间（解决：地域扩展）l异步通信方式异步通信方式l启动新控制线程执行请求启动新控制线程执行请求l将部分工作分散给客户（交互程序中）将部分工作分散给客户（交互程序中）Scaling Techniquesl分布（分布（Distribution）技术）技术l将某组件分割为多个部分，分散到系统中将某组件分割为多个部分，分散到系统中An example of dividing the DNS name space into zonesScaling Techniquesl复制技术（解决性能下降问题）复制技术（解决性能下降问题）l新问题：一致性问

9、题新问题：一致性问题l解决：全局同步机制解决：全局同步机制2分布式系统的软硬件环境分布式系统的软硬件环境2.1 Hardware ConceptsDifferent basic organizations and memories in distributed computer systems2.1.1MultiprocessorsA bus-based multiprocessor基于总线的多处理器系统基于总线的多处理器系统l增加缓存，提高命中率增加缓存，提高命中率l问题：问题：l存储器非相关性（存储器非相关性（nocoherent）l扩展性有限扩展性有限2.1.2Homogeneous M

10、ulticomputer Systemsa)Gridb)Hypercube基于总线：基于广播的通讯，扩展受节点数目限制基于总线：基于广播的通讯，扩展受节点数目限制基于交换：基于互联网络通讯的多种不同的拓扑结构基于交换：基于互联网络通讯的多种不同的拓扑结构2.2 Software ConceptsSystemDescriptionMain GoalDOSTightly-coupled operating system for multi-processors and homogeneous multicomputersHide and manage hardware resourcesNOSLo

11、osely-coupled operating system for heterogeneous multicomputers(LAN and WAN)Offer local services to remote clientsMiddlewareAdditional layer atop of NOS implementing general-purpose servicesProvide distribution transparency2.2.1分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统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分布式应用程序网络通常用来管理多

12、处理器或者同构多处理机，通常用来管理多处理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，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提供系统接口，使得并发进程能够共享系统资源Uniprocessor Operating SystemslSeparating applications from operating system code through a microkernel.Multiprocessor Operating Systemsmonitor Counter private:int count=0;public:int valu

13、e()return count;void incr()count=count+1;void decr()count=count 1;lA monitor to protect an integer against concurrent access.DOS特征特征l将多处理器或多计算机构造成一个虚拟环境将多处理器或多计算机构造成一个虚拟环境 l提供同构性、透明性提供同构性、透明性l最有效地管理网络最有效地管理网络l提供全局编址和命名服务提供全局编址和命名服务l管理资源分配及共享管理资源分配及共享l提供同步、互斥、及死锁检测机制提供同步、互斥、及死锁检测机制l提供进程通信机制提供进程通信机制(I

14、PC)l提供适当的安全机制提供适当的安全机制l典型科研分布式操作系统：典型科研分布式操作系统：Amoeba,Chorus2.2.2网络操作系统网络操作系统计算机硬件网络操网络操作系统作系统网络应用程序网络应用程序网络网络操网络操作系统作系统网络操网络操作系统作系统网络操网络操作系统作系统传统操作系统的扩充，为用户提供各种交换信息和资源共享的服务传统操作系统的扩充，为用户提供各种交换信息和资源共享的服务NOS特征特征l单机操作系统的扩充单机操作系统的扩充 l为远程用户提供网络服务为远程用户提供网络服务l每台计算机都有自己的操作系统（同构或异构）每台计算机都有自己的操作系统（同构或异构）l提供各种

15、通信协议提供各种通信协议l提供应用程序设计接口提供应用程序设计接口（API）l系统容错能力较差系统容错能力较差l简单灵活，可扩展性好，但透明性较差简单灵活，可扩展性好，但透明性较差l典型例子：典型例子：UNIX,Windows NT,20002.2.3中间件系统中间件系统计算机硬件网络操网络操作系统作系统中间件分布式服务中间件分布式服务网络网络操网络操作系统作系统网络操网络操作系统作系统网络操网络操作系统作系统分布式应用程序分布式应用程序中间件定义中间件定义l比较公认的比较公认的IDC的定义是：的定义是：l中间件是一种独立的系统软件或服务中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助

16、这种软件程序，分布式应用软件借助这种软件在在不同的技术之间共享资源不同的技术之间共享资源，中间件，中间件位于客户机服务器的操作系统之上，位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通信管理计算资源和网络通信Middleware and OpennesslIn an open middleware-based distributed system,the protocols used by each middleware layer should be the same,as well as the interfaces they offer to applications.中间件系统实例

17、中间件系统实例lSun RPC,CORBA,DCOM,Java RMIl实现在网络协议之上实现在网络协议之上l隐蔽网络、硬件、操作系统以及程序设计隐蔽网络、硬件、操作系统以及程序设计语言的异构性语言的异构性l提供标准服务界面提供标准服务界面类型类型l消息中间件消息中间件(MOM：Message-Oriented Middleware)l数据库中间件数据库中间件(Database Middleware）l远程过程调用中间件远程过程调用中间件(RPC:Remote Process Call)l对象请求代理中间件对象请求代理中间件(ORB：Object Request Broker)l事务处理中间件

18、事务处理中间件(TP Monitor：Transaction Process Monitor)l反射中间件反射中间件l移动中间件移动中间件l自适应中间件自适应中间件2.2.4不同操作系统的比较不同操作系统的比较比较指标比较指标分布式分布式DOS网络网络NOS中间件中间件系统系统多处理器多处理器多计算机多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性很差适中很好较好开放性封闭封闭开放开放3客户客户-服务器模型服务器模型3.1 Clients and ServersGeneral intera

19、ction between a client and a server.3.2 应用程序分层（应用程序分层（Processing Level）The general organization of an Internet search engine into three different layers3.3 分层体系结构Alternative client-server organizations(a)(e).Multitiered ArchitecturesAn example of a server acting as a client3.4 Modern Architecturesl纵向分布纵向分布l横向分布横向分布An example of horizontal distribution of a Web service.