1、分布式系統總體介紹分布式系統總體介紹21.1 分布式系統概念1.2 分布式系統的特點1.3 硬件概念1.4 軟件概念1.5 分布式系統設計問題主要內容主要內容分布式系統總體介紹31.1 分布式系統概念分布式系統概念1.2 分布式系統的特點1.3 硬件概念1.4 軟件概念1.5 分布式系統設計問題主要內容主要內容分布式系統總體介紹4 What is a Distributed System? “一個分布式系統是若干個獨立的計算機的集合，但是對該系統的用戶來說，系統就像一臺計算機一樣?！?兩個方面的含義： 硬件方面：各個計算機都是自治的 軟件方面：用戶將整個系統看作是一臺計算機 1.1 分布式系統

2、概念分布式系統概念分布式系統總體介紹5集中式系統集中式系統分布式系統總體介紹6Sun ULTRA5 with 32GB disk6 UnitsEathernet Switch100MSun ULTRA1032GB diskOne unitNOW(Network of Workstations)分布式系統總體介紹7The Grid分布式系統總體介紹8分布式系統定義一個分布式系統組織成中間件形式，中間件層分布在多臺機器上。分布式系統總體介紹9 應用舉例 銀行“一卡通”系統電信“神州行”系統 SETIHome 從集中式系統到分布式系統高性能微型計算機(PC)的普及1.高速計算機網絡（LAN、WAN）

3、的普及 分布式系統總體介紹101.1 分布式系統概念1.2 分布式系統的特點分布式系統的特點1.3 硬件概念1.4 軟件概念1.5 分布式系統設計問題主要內容主要內容分布式系統總體介紹11優點 - 與集中式系統相比較1、經濟性：高的性能/價格比 GroschLaw: Power Price2 NOPC vs. 大型機（mainframe）1.2 分布式系統的特點分布式系統的特點分布式系統總體介紹122、性能：能產生單個大型主機不能達到的絕對性能 10,000 X 50MIPS 500,000MIPS（5千億次）次優點優點 - 與集中式系統相比較與集中式系統相比較分布式系統總體介紹133、應用的

4、固有的分布性, 例如： CSCW 工作流4、可靠性高 多工系統的容錯能力5、可擴充性強 系統演進能力（evolution）優點優點 - 與集中式系統相比較與集中式系統相比較分布式系統總體介紹14總結：優點優點 - 與集中式系統相比較與集中式系統相比較項目描 述經濟 微處理機提供了比大型主機更好的性能價格比速度分布式系統總的計算能力比單個大型主機更強固有的分布性一些應用涉及到空間上分散的機器可靠性如果一個機器崩潰,整個系統還可以運轉漸增計算能力可以逐漸有所增加分布式系統總體介紹151、支持數據共享 文件 數據庫2、支持設備共享 高檔打印機 海量磁盤優點優點 -與獨立與獨立PC機比較機比較分布式系

5、統總體介紹163、P2P通信 email BBS4、靈活性負載分配優點優點 -與獨立與獨立PC機比較機比較分布式系統總體介紹17總結：優點優點 -與獨立與獨立PC機比較機比較項目描 述數據共享允許多個用戶訪問一個公共的數據庫設備共享允許多個用戶共享昂貴的外圍設備(如彩色打印機)通信使得人們之間的通信更加容易,如通過電子郵件靈活性用最有效的方式將工作負荷分配到可用的機器上分布式系統總體介紹18存在的問題存在的問題項目描 述軟件目前為分布式系統開發的軟件還很少網絡通信網絡可能的問題: 如 QoS等等安全容易造成對保密數據的訪問分布式系統總體介紹191.1 分布式系統概念1.2 分布式系統的特點1.

6、3 硬件概念硬件概念1.4 軟件概念1.5 分布式系統設計問題主要內容主要內容分布式系統總體介紹20Flynn分類：（1972）SISD（單指令流、單數據流 ）：（PC機）SIMD （單指令流、多數據流 ） ：矩陣計算機MISD （多指令流、單數據流 ） ：無MIMD （多指令流、多數據流 ） ：分布式系統1.3 硬件概念：硬件概念：多臺計算機是如何聯結在一起 ？CPU指令流個數指令流個數數據流個數數據流個數分布式系統總體介紹21p 存儲器使用：共享式、私有式多處理器系統（multi-processor）1. 多計算機系統（multi-computer） MIMD分類分類PPMPPPMPMM具

7、有共享存儲器的通常稱為多處理機（multiprocessor）或多處理器；而不具有共享存儲器的則稱為多計算機(multicomputer) 分布式系統總體介紹22p 連接方式： 總線式 交換式p 關聯程度：緊耦合式：多用于并行系統 1. 松耦合式 ：多用于分布式系統 MIMD分類分類分布式系統總體介紹23MIMD系統分類系統分類 sequent 超級計算機 LAN工作站 超立方 Encor RP3 Transputer 分布式系統總體介紹24（1）總線型多處理機解決總線過載：高速緩存（cache）： 命中率（hit rate） 緩存一致性（coherency）直寫（Write-through）

8、監聽（ Snoopy）控制線、數據線、地址線控制線、數據線、地址線SMP？分布式系統總體介紹25（2）交換型多處理機交叉開關線：n2個交叉開關點Omega開關網：2 2開關點，共n (log2n) /2個NUMA(NonUniform Memory Access)：分層存儲分布式系統總體介紹26（3）總線型多計算機 本地內存 局域網絡（10M 1000M）只用于CPU和CPU之間的通信 分布式系統總體介紹27網格（grid）：二維平面(n2個節點)。超立方（hypercube）：n維立方（2n個節點）（4）交換型多計算機分布式系統總體介紹28Intel 單核CPU芯片分布式系統總體介紹29In

9、tel多核結構Replicate multiple processor cores on a single die.分布式系統總體介紹30多核處理器是一類特殊的多處理機所有處理器在同一個芯片上多核處理器是MIMD: 不同的核執行不同的指令，操作內存的不同位置 多核是一個共享內存的多處理機：所有核共享同一個內存分布式系統總體介紹312 Processors vs. 2 Cores2 Cores Two cores on same die connected directly Multiple threads and processes automatically processed in par

10、allel Only a small increase in power consumption2 Processors Two separate chips connected externally by a system bus Requires explicit software support Much greater power consumption分布式系統總體介紹32Inter-Core Bus InterfacePentium D with 975X ChipsetMemory ControllerHubI/O Controller HubDDR2 MemoryPCI Exp

11、ress x166 PCI4 Serial ATA Ports6 PCI Express x1High-Definition Audio2 PCI Express x8orDMI (2 GB/s)1066 / 800 MHz FSBCore 1L2 Cache(for Core 1)Core 0L2 Cache(for Core 0)Intel Matrix StorageBIOS SupportIntel Pro 1000 LAN分布式系統總體介紹331.1 分布式系統概念1.2 分布式系統的特點1.3 硬件概念1.4 軟件概念軟件概念1.5 分布式系統設計問題主要內容主要內容分布式系統總體

12、介紹34分類：q 緊耦合式、 松耦合式1.4 軟件相關概念軟件相關概念緊耦合 松耦合 軟件硬件松耦合緊耦合 分布式OS多處理機分時OS 網絡OS分布式系統總體介紹35軟件相關概念 An overview of DOS (Distributed Operating Systems) NOS (Network Operating Systems) MiddlewareSystemDescriptionMain GoalDOSTightly-coupled operating system for multi-processors and homogeneous multicomputersHide

13、 and manage hardware resourcesNOSLoosely-coupled operating system for heterogeneous multicomputers (LAN and WAN)Offer local services to remote clientsMiddlewareAdditional layer atop of NOS implementing general-purpose servicesProvide distribution transparency分布式系統總體介紹36網絡操作系統（NOS） 網絡操作系統的一般結構分布式系統總體

14、介紹37網絡操作系統（NOS）遠程登錄telnetrlogin分布式系統總體介紹38網絡操作系統（NOS）網絡文件NFSmount磁盤映射分布式系統總體介紹39真正的分布式系統單一的、全局的進程間通信機制協議、位置全局進程管理創建、啟動、掛起、撤銷全局文件系統文件名、目錄、操作統一的系統調用接口分布式系統總體介紹40多處理機分時系統（多處理機分時系統（MPOS）具有一個運行隊列的多處理機系統 分布式系統總體介紹41多處理機分時系統（多處理機分時系統（MPOS）l存在一個唯一的運行隊列 l文件系統的結構不同特點：分布式系統總體介紹42多計算機操作系統 多件算機操作系統的一般結構分布式系統總體介紹

15、43多計算機操作系統 消息傳遞的阻塞和緩沖分布式系統總體介紹44多計算機操作系統 Relation between blocking, buffering, and reliable communications.Synchronization pointSend bufferReliable comm. guaranteed?Block sender until buffer not fullYesNot necessaryBlock sender until message sentNoNot necessaryBlock sender until message receivedNoNe

16、cessaryBlock sender until message deliveredNoNecessary分布式系統總體介紹45分布式共享內存系統Pages of address space distributed among four machinesSituation after CPU 1 references page 10Situation if page 10 is read only and replication is used分布式系統總體介紹46分布式共享內存系統 False sharing of a page between two independent proces

17、ses.分布式系統總體介紹47中間件 分布式系統作為中間件的一般結構1-22分布式系統總體介紹48中間件和開放性 In 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.分布式系統總體介紹49三種操作系統比較項 目網絡操作系統分布式操作系統多處理機操作系統中間件看起來象一個虛擬的單處理機系統?否是是所有的機器只運行相同的操作

18、系統?否是是否有多少操作系統的拷貝?NN1N怎樣通信?共享文件消息共享存儲器模型特定需要共同一致的網絡協議?是是否是是否只有一個運行隊列?否否是否文件共享是否有良好的語義定義?通常沒有是是通常有資源管理每個節點全局分布全局集中每個節點可擴性好一般差變化的開放性好一般差好分布式系統總體介紹501.1 分布式系統概念1.2 分布式系統的特點1.3 硬件概念1.4 軟件概念1.5 分布式系統設計問題分布式系統設計問題主要內容主要內容分布式系統總體介紹51透明性（Transparency）（對用戶、對程序）1.5 分布式系統設計中的關鍵問題分布式系統設計中的關鍵問題種 類含 義位置透明用戶不知道資源位于何處遷移透明資源可以不改名地隨意移動復制透明用戶不知道有多少個拷貝存在并發透明多個