《分布式系统》第二章 分布式系统概念和结构.ppt

1、1,第二章 分布式系统概念和结构,第二章 分布式系统概念和结构,处理器,内存,I/O,外部设备,传统计算机结构,第二章 分布式系统概念和结构,2,计算机系统结构分类,利用指令流和数据流对计算机系统分类 （Flynn, 1966+1972 ） 基于冯.诺伊曼模型：分离处理器和存储器 四种计算机系统结构： SISD - 单指令、单数据 SIMD - 单指令、多数据 MISD 多指令、单数据 MIMD 多指令、多数据,第二章 分布式系统概念和结构,3,Flynn Architectures (1),第二章 分布式系统概念和结构,4,Flynn Architectures (2),第二章 分布式系统概

2、念和结构,5,基于总线的多机系统,第二章 分布式系统概念和结构,6,基于交叉开关的多机系统,第二章 分布式系统概念和结构,7,多级交叉开关结构,第二章 分布式系统概念和结构,8,松散耦合多机系统,分布式存储器 消息传送式通信 PC或工作站构成的网络 地理分布范围较大 较长的网络延迟 较低的网络带宽,第二章 分布式系统概念和结构,9,紧密耦合多机系统,多处理机共享内存 处理机由共享总线或高速网络相连 较低的网络延迟 较高的网络带宽 通信由共享内存实现,第二章 分布式系统概念和结构,10,基于网络的多机系统,网络规模：网络中结点个数，记作 N。 网络结点：网络中任意结点，记作 ni，1 i N。

3、结点距离：两个结点(ni,nj)之间边的条数，记作 d(ni,nj)。 网络直径：网络中任意两个结点之间的最长距离，记作 D。 D = MAX(d(ni,nj), ni,nj 网络。 结点度：通向一个结点的边的条数，记作 degree(ni)。,第二章 分布式系统概念和结构,11,所希望的性质,性质 1：当网络规模任意增长时，网络直径增长缓慢，即： lim D/N = 0 N 性质 2：存在一个与网络规模无关的常数 K，使得 K degree(ni)， ni 网络。 性质 3：网络的路径算法(Routing algorithm)易于实现而且与网络规模增长无关。 性质 4：当网络中某些结点或者某

4、些边出现故障时，网络的连通性不受致命的损害。 性质 5：网络负载在所有结点和边上均匀分布。,第二章 分布式系统概念和结构,12,典型的网络拓扑结构,第二章 分布式系统概念和结构,13,典型的网络拓朴结构及性质评价,14,第二章 分布式系统概念和结构,软件概念,15,第二章 分布式系统概念和结构,传统的单机操作系统,在一个操作系统管理下，可能有多个并发的应用。可是在任何一个应用程序的眼光里，整个系统就好象属于它自己。从这个角度看，覆盖在硬件之上的操作系统实现了一台虚机器(virtual machine),16,第二章 分布式系统概念和结构,分布式操作系统,分布式操作系统通常用来管理多处理器或者同

5、构多处理机，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。,第二章 分布式系统概念和结构,17,DOS之特征,将多处理器或多计算机构造成一个虚拟环境 提供同构性、透明性 最有效地管理网络 提供全局编址和命名服务 管理资源分配及共享 提供同步、互斥、及死锁检测机制 提供进程通信机制(IPC) 提供适当的安全机制 典型科研分布式操作系统：Amoeba, Chorus,18,第二章 分布式系统概念和结构,网络操作系统,网络操作系统是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。,第二章 分布式系统概念和结构,19,NOS之特征,单机操作系统的扩充

6、为远程用户提供网络服务 每台计算机都有自己的操作系统（同构或异构） 提供各种通信协议 提供应用程序设计接口 （API） 系统容错能力较差 简单灵活，可扩展性好，但透明性较差 典型例子：UNIX, Windows NT, 2000,20,第二章 分布式系统概念和结构,中间件系统,在网络操作系统之上再覆盖一层软件，称作中间件，籍以改进网络操作系统的透明性,第二章 分布式系统概念和结构,21,中间件例子,典型例子: Sun RPC, CORBA, DCOM, Java RMI 实现在网络协议之上 隐蔽网络、硬件、操作系统以及程序设计语言的异构性 提供标准服务界面 三种典型的中间件: 面向事务处理(分

7、布式数据库应用) 面向消息传送(可靠的异步通信) 远程过程调用(RPC) （客户/服务器模型）,22,第二章 分布式系统概念和结构,不同操作系统之比较,第二章 分布式系统概念和结构,23,系统平台模型,客户/服务器模型：把使用者看成客户(client)，把应用的具体实现者看成服务器(server)，可以帮助人们容易理解分布式系统，也便于人们管理一个复杂的分布式系统。 浏览器/服务器模型：为了充分利用互联网自由、开放的特征，为了使计算机应用尤其是电子商务的市场范围扩展到千家万户，基于浏览器/服务器(Browser/Server) 的分布式系统平台模型浮出水面，使得网络应用呈现出全球化、个性化的趋

8、势。,第二章 分布式系统概念和结构,24,终端/主机模型,(1)表示逻辑：用户如何与应用交往，交往时会出现什么？ (2)功能逻辑：应用提供什么功能以及如何实现这些功能？ (3)数据逻辑：如何管理、更新、保护数据信息？,第二章 分布式系统概念和结构,25,客户/服务器模型,表示逻辑一般都用图形用户接口(GUI: Graphic User Interface)实现。当改变表示逻辑时，我们只需要改写用户界面以及数据检查程序，而不涉及或影响其它层面的任务。 功能逻辑可以完全由服务器提供，客户一端只担负表示逻辑的实现。然而，为了进一步缓解服务器一端的负载，有的系统也把一部分前期功能逻辑实现在客户一端。

9、数据逻辑一般是由数据库管理系统(DBMS) 实现的。,第二章 分布式系统概念和结构,26,客户/服务器交互过程,客户/服务器系统：所谓服务器可以是一个进程，提供一些特殊服务，如文件系统服务或数据库服务；而所谓客户也是一个进程，向服务器发送信息，请求某个服务，并等待服务的结果。 交互过程：请求-回应(request-reply)。,27,第二章 分布式系统概念和结构,浏览器/服务器模型,浏览器/服务器模型是一种以WEB技术为基础的新型系统平台。这种模型把传统的客户/服务器模型中的服务器部分分解为WEB服务器和数据服务器，从而构成一个三级结构的客户服务器体系。,28,第二章 分布式系统概念和结构,

10、浏览器/服务器模型优缺点,方便用户 简化系统的开发、安装与维护 易于标准化 交互能力较差 安全性较差 效率不如客户/服务器模型,29,第二章 分布式系统概念和结构,模型界面与多级(MULTI-TIERED)结构,把一个系统平台划分成表示层、功能层和数据层。这种划分方法的主要优点是： 适合于灵活的硬件系统配置 使得系统便于维护 有利于系统升级和改造 可对不同层面的子系统实施不同的安全控制 易于在不同逻辑层次模块之间划清程序设计界面,30,第二章 分布式系统概念和结构,二级结构下逻辑分布,数据层,表示层,功能层,表示层,功能层,功能层,功能层,数据层,数据层,功能层,数据层,数据层,功能层,表示层,表示层,表示层,表示层,数据层,服务器,客户,第二章 分布式系统概念和结构,31,三级结构下逻