软件工程课件 12分布式系统构架

1、分布式系统构架,Distributed Systems Architectures,分布式系统构架,是运行在多个处理器上的软件构架设计 （Architectural design for software that executes on more than one processor,目标（Objectives,说明不同分布式系统构架的优缺点。 讨论客户机-服务器和分布式对象构架。 介绍对象请求代理（broker）以及CORBA标准的基本原理 介绍点对点和面向服务的构架，它们代表着新的分布式计算模型,分布式系统,事实上，现在所有基于计算机的大型系统都是分布式系统 信息处理不是局限在一台机器上

2、，而是分配到若干个计算机上进行的。 因此对于企业计算系统而言，分布式软件工程非常重要,系统类型（System types,个人系统，它不是分布式的，它是为个人计算机或工作站设计的。 嵌入式系统，它运行在单一处理器或者在一组集成在一起的处理器上。 分布式系统，系统软件运行在由一个网络连接在一起的，结合松散而又相互协作的一组处理器上,分布式系统的特点,资源共享（Resource sharing） 共享硬件和软件资源。 开放性（Openness） 可使用有不同供应商提供的设备和软件。 并发性（Concurrency） 可通过并行处理来增强性能。 缩放性（Scalability） 可通过增加新的资源来

3、提高生产力。 容错（Fault tolerance） 在出现某个失误之后仍具备继续运行的能力,分布式系统的缺点,复杂性（Complexity） 一般来说，分布式系统比集中式系统复杂得多。 保密性（Security） 更易受到外部攻击。 可管理性（Manageability） 需要更多的人力来管理系统。 不可预见性（Unpredictability） 响应结果难于预料，与系统构造和网络的负载情况有关,分布式系统构架,Client-server architectures 服务是分布式的，由客户机调用。提供服务是服务器，它对使用服务的客户机分别进行处理。 Distributed object ar

4、chitectures 客户机和服务器没有明显的区别。在系统中，任何对象都可以提供服务和使用其它对象的服务,中间件（Middleware,它是管理和支持一个分布式系统中不同构件的软件。本质上，它处于系统的中层。 中间件通常是非定制品（ off-the-shelf ），它不是专门编写的软件。 举例（Examples） 事务处理监视器（Transaction processing monitors）； 数据转换器（Data converters）； 通信控制器（Communication controllers,多处理器（Multiprocessor ）构架,是最简单的分布式系统模型。 系统由多个

5、处理器组成，并可以在运行不同的处理器上（不一定必要）。 是许多大型的实时系统的构架模型。 处理器分配过程可以是预先排定的，也可以是由一个调度程序（ despatcher）来控制的,一个多处理器的交通控制系统,客户机-服务器构架,应用建模是按照由服务器提供一系列服务并由一组客户机使用这些服务的模式进行的。 客户机知道服务器，但服务器不必知道客户机。 客户机和服务器是不同的逻辑过程。 处理器与过程的映射不必是一对一的，即可以是一对多或多对多的,一个客户机-服务器系统,在一个C/S网络中的计算机,分层应用构架,表现层（Presentation layer） 包括向系统用户显示计算结果和收集用户的输入

6、方面。 应用处理层（Application processing layer） 提供指定的应用功能，例如在银行系统中，像开户、闭户等银行业务。 数据管理层（Data management layer） 涉及到对系统数据库进行管理的问题,应用分层,Thin and fat clients,瘦客户机模型（Thin-client model ） 在瘦客户机模型中，所有的应用处理和数据管理都在服务器上执行。客户机只负责运行表现层软件。 胖客户机模型（Fat-client model ） 在这种模型中，服务器只负责数据管理。客户端软件实现应用逻辑和与系统用户进行交互,Thin and fat clien

7、ts,瘦客户机（Thin client）模型,用于把遗留系统迁移到客户机-服务器构架的情况 遗留系统本身就像是一个服务器，它的图形界面由客户机来实现。 一个主要的缺点是服务器和网络的处理负担都很重,胖客户机（Fat client）模型,把尽可能多的处理委托给（be delegated to ）客户机，例如把应用处理放在本地执行。 最适合于新的客户机-服务器系统，此处客户机的能力是预知的。 比瘦客户机模型要复杂一些，对管理来说更是如此。不得不到所有的客户机上安装新的应用版本,A client-server ATM system,三层（Three-tier ）构架,在三层构架中，每个应用构架层可以

8、运行在一个单独的处理器上。 比瘦客户机方法的性能更好，并且比胖客户机方法的更容易管理。 是一个缩放性更强的构架当需求增加，可以另外加入服务器,A 3-tier C/S architecture,An internet banking system,Use of C/S architectures,分布式对象构架,在分布式对象构架中，客户机和服务器没有区别。 每个分布实体都是一个对象，它向其它对象提供服务同时也接受其它对象的服务。 对象通信通过一个中间件进行，称为一个对象的请求代理。 然而，设计起来比起客户机-服务器系统要复杂的多,Distributed object architecture,

9、分布式对象构架的好处,允许系统设计者晚一点决定在何处和如何提供服务的问题。 它是非常开放的构架，在需要的时候它允许加入新的资源。 系统是灵活的(flexible)和可缩放的(scaleable)。 当需要的时候，它可以通过在整个网络中进行动态的对象迁移来重新配置(reconfigure)系统,分布式对象构架的用途,是一种允许你构造和组织系统的逻辑模型。在这种情况下，你只要依靠服务及其组合就可以构思如何提供应用功能。 是一种灵活的实现客户机-服务器系统的方法。虽然系统的逻辑属于客户机-服务器模型，但是客户机和服务器两者都可以用分布式对象实现，它们在一种公共的通信框架下进行通信,一个数据挖掘系统,

10、数据挖掘（mining）系统,该系统的逻辑模型不再是一个数据管理服务的供应者。 它允许在不破坏系统的情况下增加对一些数据库的访问。 通过加入新的集成器（integrator）对象，它允许把新的关系类型挖掘出来,CORBA通用对象请求代理构架,CORBA是一个对象请求代理的一种国际标准，它是管理分布式对象通信的中间件。 对分布计算中间件的需求处在两个级别上： 在逻辑通信级别上，中间件允许对象在不同的计算机上交换数据和控制信息； 在构件级别上，中间件为开发兼容构件提供一个基础。CORBA构件标准已经定义好,CORBA application structure,CORBA应用结构,应用对象（App

11、lication objects）。 标准对象（Standard objects），由OMG定义，针对特定领域，例如保险业。 基础CORBA服务（ Fundamental CORBA services），例如目录和安全管理。 横向工具（Horizontal facilities） ，它可以横跨许多不同的应用。 例如用户界面工具，系统管理工具等,CORBA application structure,CORBA 标准,一个针对应用对象的对象模型 一个CORBA对象是对状态的一个封装，它具有定义好的接口（用接口定义语言IDL) ，并且这种接口与语言类型无关。 由一个对象请求代理来管理对象服务请求。

12、 有一套常规对象服务供许多分布式应用使用。 还有建立在这些服务之上的一套公共构件,CORBA 对象,原则上，CORBA对象可以与C+和Java对象进行比较。 它们必须有一个单独的接口定义，该定义采用与C+ 类似的通用语言(接口定义语言-IDL)。 这种接口定义语言（IDL）可以映射到编程语言上 (C+, Java等)。 因此，用不同语言编写的对象可以相互通信,对象请求代理(ORB,由对象请求代理（ORB）操纵对象通信。它了解全部在系统中的对象及其接口。 在使用一个ORB的时候, 呼叫对象附有一个IDL票根（ stub ），上面定义了被叫对象的接口。 调用这个票根也就调用了ORB ，随后ORB

13、发布一个IDL 主票（ skeleton ）来调用所需对象，由此连接到实现该服务的接口,基于ORB对象的通信,ORB组间通信,ORB组通常不是一个单独的程序，而是由在一个对象库中的一批对象所构成的。这个数据库与某个开发应用有关。 ORB组对在同一个机器上运行的对象之间的通信进行处理。 在一个分布式系统中可以拥有好几个ORB组，每台计算机有自己的ORB组 。 在调用分布式对象时要用到ORB组间通信（Inter-ORB communications）,Inter-ORB communications,CORBA服务,命名和交易服务（Naming and trading services） 允许在网

14、络上发现和引用其它对象。 告示服务（Notification services） 允许对象向其它对象发出某个事件已经发生的布告。 事务服务（Transaction services） 支持事务的原子性，在失败时可以回朔,互结构计算,出于保密性和互操作性方面的理由，大多数分布计算是在企业级别上实现的。 本地标准，在管理和操作的过程上使用。 已经设计出更加新的分布计算模型来支持互结构计算，其中不同的节点分布在不同的机构中,点对点（Peer-to-peer）构架,点对点(p2p)系统是非集中式的系统，其中计算可以在网络中的任意一个节点上执行。 整个系统的设计围绕着充分发挥大量在网上的计算机的计算力和

15、存储力。 大多数p2p系统是个人系统，然而利用这个技术的业务正在增加,P2p architectural models,逻辑网络构架 非集中式的构架； 半集中式的构架。 应用构架 构件的一般构造（ organisation ）构成了一个点对点应用。 这里聚焦于网络的构架,Decentralised p2p architecture,Semi-centralised p2p architecture,面向服务（Service-oriented）的构架,它的概念基于由外部提供的服务（ web 服务） 一个web服务是一种标准方法，它力图在web范围内找到和访问一个可复用的构件 一个缴税服务就可以向

16、用户提供填写他们的税表和向税局提交的服务,一个一般服务,由一个团体向其他团体做出一个行动或表现。虽然该过程受到一个物理产品的约束，这个表现本质上是不确定的，正常情况下它不会引发任何与生产因素有关的所有权问题。 因此服务供应与应用所采用的服务类型无关,Web services,服务和分布对象,不限定提供者。 公开发布想要的服务。 潜在地绑定实时服务 通过合成的方式伺机构造新的服务。 为所用的服务付费。 更加短小精致的应用。 使应用具有反应力和适应力,服务标准,服务是以已经达成一致协议的XML标准为基础，因此它可以由任何平台提供和用任何编程语言编写。 主要标准： SOAP - Simple Obj

17、ect Access Protocol，简单对象访问协议； WSDL - Web Services Description Language，WEB服务描述语言； UDDI - Universal Description, Discovery and Integration. 通用描述、发现和集成,服务情节,一个车内信息系统给司机提供有关天气、道路交通条件、当地信息等等。它连接到车上收音机上，因此可以在一个特定的收音机频道上发布信息。 这辆车配备有GPS接收器以便找到它的位置，并且根据这个位置，系统可以获得一组信息服务。信息可以用司机指定的语言进行发布,汽车系统（Automotive system,分布系统支持资源共享、开放性、并发性、缩放性、容错和透明性。 客户机-服务器构架涉及到服务器向在客户机上的操作程序提供服务的问题。 用户界面软件总是在客户机上运行，而数据管理软件则在服务器上运行。应用功能既可以放在客户机上也可以在服务器上。 在一个分布式对象构架中，客户机和服