分散式系统(精).ppt

1,分散式系統,分散式作業系統簡介,2,大綱,簡介系統優點系統缺點系統架構網路式作業系統分散式作業系統系統通訊定址阻隔緩衝可靠性封包傳送,3,大綱,遠端服務遠端程序呼叫模型動態連結設計考量通透性彈性可靠性效能延展性摘要,4,分散式系統定義與特性,分散式系統，定義上是將多部獨立的電腦系統以網路匯集起來，讓使用者感覺就像是在使用一部獨立的電腦系統分散式系統具備以下幾個特性提供方便的使用者介面，讓使用者感覺就像是在使用一部高效能的電腦各個獨立的電腦系統間必須要有穩固可靠的溝通網路有效率地分配工作與系統資源提供保護機制，避免系統資源被非法使用者存取,5,分散式系統示意圖,6,系統優點,分散式系統建置所需要的成本較大型電腦低分散式系統具有分散式處理的能力，可以加快系統整體的運算速度分散式系統的可靠度較佳，系統中若有電腦損壞或無法執行，系統不致於因此而癱瘓分散式系統的擴展能力佳，分散式系統不敷使用時，可以加入電腦來達到擴充系統功能的目的,7,系統缺點,專為分散式系統設計的軟體並不多見，因此軟體的支援較少不穩定或是無法負擔訊息的傳遞量的網路是分散式系統的致命傷分散式系統中的安全問題較為重要，也較難維護,8,系統架構,分散式系統上的作業系統大致上可分為兩大類網路式作業系統分散式作業系統,9,網路式作業系統,網路式作業系統通常是架構在區域網路或廣域網路網路作業系統最主要目的有兩個將多部電腦連接起來，以增進整體的效能可以互相分享資源網路式作業系統可以將擁有不同作業系統的多個電腦系統環境彼此用網路連接起來，同時加入一些功能來增進整體效能並分享彼此資源,10,網路式作業系統,網路式作業系統包含以下與分散式作業系統不同的特點每部電腦擁有自己的作業系統，不是整個分散式作業系統的一部分每個使用者在自己的電腦工作，當要使用遠端資源時，必須先遠端登錄，才能使用遠端資源使用者在不同電腦間進行檔案搬移時，必須特別下指令來進行網路式作業系統是透過網路將各個電腦連接起來，因此如果其中有某部電腦壞掉，也許會導致一些使用者無法繼續工作,11,分散式作業系統,分散式作業系統與網路式作業系統的硬體架構類似，一般也是架構在LAN或WAN上分散式作業系統的設計理念與網路式作業系統有以下幾點不同每部電腦各執行一個分散式作業系統或整個分散式作業系統的一部分每個使用者使用系統上的遠端資源就像是使用自己的內部資源一般整個系統的檔案管理由作業系統統一處理，使用者不必知道檔案的實體存放在哪裡、搬移時要下哪些指令分散式作業系統中某部電腦不能工作時，不會因此有任何一位使用者必須終止工作,12,分散式作業系統,分散式作業系統還有三種不同的設計特性資料遷移將目前工作上所需要的部分資料傳送到電腦，以後如需要另一部分資料時，再把該部分資料傳輸過來將要用到的資料一次全部傳到電腦處理運算遷移系統傳送運算內容，而不傳送完整的原始資料行程遷移將行程遷移到別部電腦執行，可增進系統的整體效能,13,系統通訊,在分散式系統中，不同電腦行程間也必須有相互溝通的機制主從架構模式是最常見的溝通方式分散式系統上實作系統通訊，有以下問題必須注意定址阻隔緩衝可靠性,14,主從架構示意圖,15,定址,基本上有三種方法可以達成定址的目的第一種是利用電腦編號，行程編號，也就是電腦編號加行程編號的機制來達到定址的功能第二種是讓行程從一個很大的範圍中挑選一個號碼，然後廣播通知彼此的位址第三種是利用一部名稱伺服器記錄各個行程在系統中的位址，當需要溝通時，再向名稱伺服器詢問對方的位址,16,三種定址的做法,17,三種定址的做法,18,三種定址的做法,19,阻隔,所謂阻隔就是在送訊息時，行程會被暫停，等到訊息被核心送出去後，行程才會繼續執行非阻隔則是行程在送訊息時，只要在訊息被拷貝到核心的緩衝區後，送訊息的行程就可以繼續執行非阻隔的做法有一個缺點，就是可能會有緩衝區中的訊息還沒傳送出去就被覆蓋掉了,20,阻隔與非阻隔的示意圖,2.將行程暫停並將控制權交給核心,3,4,5,2,1,6,1.行程執行,(a),2.將行程暫停並將控制權交給核心,3.訊息複製到核心,4.核心將訊息傳送出去,5.喚醒行程,6.行程繼續執行,3,4,1,5,1.行程執行,(b),3.訊息複製到核心,4.喚醒行程,5.行程繼續執行,時間,21,緩衝,緩衝是行程間傳送訊息的重要機制，設置緩衝區可大幅減少訊息傳送的複雜度與出錯機率擁有緩衝區的系統，系統核心會有一個緩衝區儲存傳送到的訊息。當接收者要接收訊息時，再呼叫接收訊息函式從緩衝區拿出所需要的訊息對於一個沒有緩衝區的系統，接收者會被阻隔，當傳送者的訊息到達後，核心馬上將訊息複製給接收者，並解除接收者的阻隔狀態,22,緩衝區與非緩衝區機制示意圖,23,可靠性,主從架構的另一個問題是訊息可能在傳送的過程中遺失，基本上有三種解決的方式第一種方式是假設訊息一定會傳送到，而且就算訊息遺失也沒關係第二種方式是加入確認機制，確認機制是指伺服端收到客戶端訊息後會回送一個確認訊息，表示伺服端確定收到訊息第三種方法則是阻隔傳送訊息的行程，直到伺服端收到訊息並做完處理再回應給客戶端，被阻隔的行程於收到訊息後才能繼續執行,24,較具可靠性的兩種機制示意圖,1.客戶端送要求訊息到伺服端,25,封包傳送,客戶端與伺服端相互傳遞的訊息長度大小不一，為了簡化系統設計，通常是設計為傳送固定大小的訊息，這個固定大小的訊息就稱為封包封包的傳送可能發生封包碰撞的問題發，所以電腦間必須要有機制來解決封包碰撞的問題CSMA/CD令牌傳遞訊息槽位,26,封包傳送,封包傳送路徑也是一個重要問題，路由表的建立與維護有以下三種常用的方法固定路由虛擬路由動態路由,27,封包傳送,兩個行程經網路建立起連線後，兩個行程間持續相互傳送訊息的這段期間內，一般會有以下三種訊息交換模式線路交換訊息交換封包交換,28,遠端服務,遠端服務的模式是本地端的行程呼叫使用遠端電腦所提供的服務，遠端電腦收到這些訊息後，就開始執行所提供的服務，並將結果回傳執行遠端服務也可以像呼叫函式一樣，也就是有一套機制幫忙處理底層的訊息傳遞，就可以簡化遠端服務系統的開發，這樣的機制稱為遠端程序呼叫,29,遠端程序呼叫模型,RPC的設計理念基本上是想要讓執行遠端服務也像呼叫內部函式一樣簡單stub分成客戶端stub與伺服端stub，是用來處理RPC模式中參數傳遞、訊息交換、與錯誤處理等工作的函式stub將參數包裝成適合傳送的封包型態，稱為整碼(marshal)stub從接收的封包中將回傳值解開，稱為反整碼(unmarshal)Skeleton負責將訊息解開，還負責將回傳的資料也包裝成封包並傳回客戶端,30,RPC機制示意圖,31,動態連結,當客戶端要使用某個伺服端中的服務時，必須要先知道伺服端的位址才能與伺服端溝通，這個過程稱為連結動態連結讓客戶端不必事先知道伺服端的位置，在要使用RPC前，再詢問伺服端目前的位址優點客戶端不用事先知道伺服端的位址缺點客戶端向連結器詢問與向連結器註冊的額外負擔,32,通透性,通透性最主要的議題是在如何讓分散式系統的使用者感覺像是在使用單處理器系統通透性可以分成五大類位址通透性遷移通透性複製通透性並行通透性平行通透性,33,彈性,彈性是指修改或增加系統功能時的難易程度設計一個分散式作業系統基本上有兩派做法作業系統的核心為巨核心作業系統的核心為微核心,34,作業系統的核心為巨核心,使用者,巨核心,網路,35,作業系統的核心為微核心,使用者,微核心,檔案伺服器,行程管理,微核心,微核心,網路,36,彈性,微核心只包含了最基本的功能低階的行程管理與排程機制行程間互相溝通同步的機制記憶體管理機制低階的輸出輸入功能採用微核心最大的好處是系統可以高度模組化,37,可靠性,可靠性就是當系統中的一部電腦停止運作時，原本執行中或尚未執行的工作可以由其他電腦接手，不致於影響整個系統運作可以由幾個方面來評估一個系統的可靠性系統是否可自動備份資料安全性錯誤容忍度,38,效能,評估一個系統的效能的方法反應時間系統整體資源的使用效率增加系統額外附加功能或局部效能時，可能會產生降低系統整體效能的現象,39,延展性,若額外加入一些電腦，即可提升效能，不用大幅更改整個系統的軟硬體配置，則表示此分散式系統具有相當不錯的延展性一個分散式系統越能符合以下三個原則，就越可以達到高延展性某部電腦發生錯誤時，不會使整個系統停止運作各個電腦只需要知道局部的資訊就可以運作沒有工作會使用到全域時脈,40,摘要,分散式系統可以簡單定義為是一種聚集多個獨立電腦的系統相較於單處理器系統，分散式系統擁有更好的可靠度與運算能力，但是也多了額外的問題必須解決電腦間網路連結行程間訊息傳遞的安全性分散式