分布式操作系统复习大纲.ppt

分布式操作系统复习大纲,（一）分布式操作系统,（0）分布式操作系统的定义 （1）分布式系统的体系结构类型 （2）构造分布式操作系统的途径 （3）分布式操作系统的层次结构 （4）多机，网络和分布式操作系统间差别 （5）透明性(Transparency)意义 （6）分布式计算机系统的资源管理 （7）分布式操作系统的同步算法,（0）分布式操作系统的定义,文献中已经给出分布式系统的各种定义，没有一个是满意的并且没有一个为其他所同意。为此，给出一个松散的特征就够了。 Tanenbaum给出如下定义： A distributed system is a collection of independent computers that appears to its user as a single coherent system. 分布式操作系统是分布式系统的操作系统。,（1）分布式系统的体系结构类型,Tanenbaum和Renesse将分布式系统分成五类： 小型机类型(minicomputer model) 工作站类型(workstation model) 处理机池类型(processor pool model) 工作站-服务器类型(workstation-server model) 混合类型(hybrid model),（2）构造分布式操作系统的途径,从头开始； 修改、扩充式； 层次式。,（3）分布式操作系统的层次结构,一个分布式操作系统大致可分成四层，由内向外依次是： 执行层； 进程通信层； 服务支持层； 用户接口层。,（4）多机、网络和分布式操作系统间差别,（5）透明性(Transparency)意义,（6）分布式计算机系统的资源管理,从单个资源与多个管理者的相互关系 从多个资源与多个管理者的相互关系 从实用的角度 分布式计算机系统的资源管理的算法,从单个资源与多个管理者的相互关系,全集中管理方式 即专制(autocratic)管理 功能分布管理方式即分担管理或分割(partitioned)管理 浮动管理方式即 轮流(successive)管理 全分散管理方式即 民主(democratic)管理,从多个资源与多个管理者的相互关系,集中:所有资源属一个管理者管理。 分管：每一资源只属一个管理者管理。 部分管理：每一资源属于若干管理者管理。 合管：每一资源属于全部管理者共同管理。,从实用的角度,分布式计算机系统的资源管理的算法,招标（投标）算法 回声算法 由近及远算法,（7）分布式操作系统的同步算法,偏序Happened-Before关系(筒称HB)的定义 时钟（clock）条件的定义 系统的逻辑时钟的定义 事件e的时间戳的定义 全序先于（）关系的定义 向量时钟的定义和向量时钟的实现规则以及例子,（7）分布式操作系统的同步算法,集中式互斥算法 分布式算法（Lamport算法） 分布式算法（Ricart-Agrawala算法） 令牌算法 欺负（霸主Bully）算法 局部状态的定义 全局状态的定义 一致的全局状态、不一致的全局状态、无过渡的全局状态和强一致的全局状态的定义及例子,偏序Happened-Before关系(筒称HB)的定义：,a b 若a和b是同一进程中的两个事件，且a在b前发生；或者， 若a是一进程中发送消息的事件，b是另一进程中接收同一消息的事件。 该关系是传递的，即若a b且b c，则有a c。 该关系是非自反的，即a(aa)，因一事件不可能它自身之前发生。,时钟（clock）条件的定义：,对系统中的任何事件a和b，若a b，则LC(a)必须小于LC(b)。,系统的逻辑时钟的定义：,系统的逻辑时钟（Logic Clock简记为LC）是满足时钟条件的系统事件集合到非负整数的映射。 当事件e 进程Pi时， LC(e)= LCi(e)。,事件e的时间戳的定义：,称事件e的逻辑时钟值LC(e)为事件e的时间戳（Time Stamp简记为TS）。,全序先于（）关系的定义：,我们称进程pi中的事件a先于进程pj中的事件b(以a b表示) 当且仅当 LCi (a) LCj (b)；或 LCi (a) = LCj (b)，且pipj，其中关系“”是进程的一个任意偏序。 实现关系“”的一个简单方法是给系统中每个进程赋以一个唯一的进程号，且规定：若i j，则pi pj。 a b定义了一个全序关系。,向量时钟的定义和向量时钟的实现规则以及例子：,设n为分布式系统中进程个数，每个进程Pi装配一个向量时钟VCi1, n，它是一个长度为n的向量。可以把它想象为一个函数，赋给任何事件a一个向量VCi(a)。 VCi的第i个分量VCii对应于Pi自己的逻辑时间，即Pi的内部事件计数。 VCij，ji是Pi对Pj逻辑时间最佳猜测。更具体讲，在任何时间点，VCi的第j个分量VCij指示在Pi当前时间点“发生之前HB”在Pj最近事件出现的逻辑时间，即进程Pj中在因果关系上处于当前Pi之前的事件计数。,向量时钟的实现规则,IR1向量时钟VCi，在进程Pi的任何两个相继事件之间被增加。 VCi i := VCi i + d (d0) IR2如果进程Pi的事件a是发送消息m事件，则消息m被赋予一个向量时间戳tm= VCi (a)； 进程Pj接收同样消息m时VCj作如下修改： kVCj k := max(VCj k, tmk),向量时钟例子,集中式互斥算法,分布式算法（Lamport算法）,分布式算法（Ricart-Agrawala算法）,令牌算法,选举算法,欺负（霸主Bully）算法,局部状态的定义：,transit(LSi, LSj) = mij | send(mij) LSi rec(mij) LSj inconsistent (LSi, LSj) = mij | send(mij) LSi rec(mij) LSj,全局状态的定义：,一个系统的全局状态GS是一个它的所有场点的局部状态集合；即 GS = LS1, LS2, ., LSn 其中n是系统中场点的个数。,一致的全局状态、不一致的全局状态、无过渡的全局状态和强一致的全局状态的定义及例子：,一个全局状态 GS = LS1, LS2, ., LSn 是一致的(consistent)当且仅当 1 i n1j n (inconsistent(LSi, LSj) =) 一个全局状态是无过渡的(transitless)，当且仅当 1 i n1j n (transit(LSi, LSj) = ) 因此， 在一个无过渡的全局状态中，所有通信通道均为空。 如果一个全局状态是一致的和无过渡的，则称为强一致的(strongly consistent)。,例子,（二）分布式共享内存,（1）体系结构和动力 （2）实现分布式共享内存的算法 （3）存储一致性 （4）一致性协议,（1）体系结构和动力,（2）实现分布式共享内存的算法,中央服务器(Central-Server)算法 迁移算法 读复制(Read-Replicatin)算法 完全复制算法,（3）存储一致性,严格一致性（Strict Consistency） 顺序的一致性 (Sequential consistency) 因果一致性 一般一致性(General Consistency) 处理机一致性 (Processor consistency) 管道（PRAM）一致性 弱一致性(Weak consistency) 释放一致性(Release consistency) 入口一致性(Release consistency),（4）一致性协议。,写-使无效协议和 写更新协议,（三）分布式系统中的死锁,（1）死锁和饥饿的定义 （2）分布式死锁的策略 （3）利用时间戳预防死锁方法 （4）死锁检测方法,（1）死锁和饥饿的定义,（2）分布式死锁的策略,四个策略被用来处理死锁： 鸵鸟(ostirch)算法：忽略死锁问题。 检测和恢复(detection and recovery)：允许死锁出现，检测并试图恢复之。 预防(prevention)：静态地使死锁结构上成为不可能。 避免(avoidance)：由仔细地分配资源算法避免死锁。,（3）利用时间戳预防死锁方法,等-死（wait-die）方法 因伤（wound-wait）等待,（4）死锁检测方法,集中式死锁检测方式 层次式死锁检测方法 其它分布式方法Chandy-Misra-Haas算法 分布式事务处理死锁检测方法,(四)并发程序设计的数学模型,（1）Petri网模型 （2）时态逻辑模型,（1） Petri网模型,Petri网结构和Petri网图的定义 标志的定义 作标志的Petri网结构和作标志的Petri网图的定义 能行的转移的定义 点燃的规则 用作标志的Petri网结构和作标志的Petri网图模拟并发程序设计的例子，例如，临界区，有界缓冲取，读者和作者，五个哲学家问题等，点燃45次,（2）时态逻辑模型,模态逻辑的定义 时态逻辑的定义，线性离散时态