高级操作系统课件-第一章分布式系统概述.pptx

1、课程的主要内容，分布式系统概述，过程管理，通信命名系统，同步一致性和复制容错，分布式安全，分布式文件系统，第一章，分布式系统概述，什么是操作系统？什么是分布式系统？分布式系统的类型，什么是操作系统？操作系统概念：操作系统是一种管理计算机系统资源、控制系统工作流程和方便用户使用计算机的系统软件。操作系统的功能(1)，作为用户和计算机硬件系统之间的接口，操作系统作为接口的分层图，计算机硬件，操作系统，系统程序，应用程序，操作系统设计者，程序员，一般用户，命令，系统调用，操作系统的功能(2)，作为计算机系统资源的管理者，处理器管理：分配和控制处理器内存管理：分配和回收内存输入输出设备管理：输入输出设

2、备分配和操作文件管理：文件访问，共享和保护， 操作系统发展史，手动批处理系统，分时系统，实时系统，个人计算机系统，手动计算机，世界上第一台数字电子计算机ENIAC，运行速度：每秒5000次，18000个真空管，占地182平方米，重130吨，功耗140千瓦，卡，批处理系统，IBM1401，IBM7094，IBM1401，输入带，磁带机，读卡器。 硬实时：实时过程控制，工业控制，军事控制，软实时：实时通信(信息)处理虚拟现实，银行，飞机订票，股票市场，实时操作系统，主要目标：在严格的时间范围内响应外部要求，高可靠性和安全性，实时系统必须结合先进的技术和设备，个人电脑操作系统(单用户多任务)，一台电

3、脑在一定时间内为单用户服务，其目标是界面友好，使用方便，应用软件丰富，操作系统的发展方向， 两个发展方向-宏应用和微应用微系统：嵌入式操作系统大型系统：分布式操作系统，嵌入式操作系统，由美国加州大学伯克利分校开发：微智能传感器，安装TinyOS，嵌入式操作系统应用，通用操作系统，微软操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作

4、系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统分布式系统的定义(1)，高性能微处理器技术领域的两大进展发明高速计算机网络的定义：分布式系统是几台独立计算机的集合，对用户来说就像一个系统。 分布式系统的定义(2)，作为一个具有中间件的分布式系统，分布式系统屏蔽了系统中不同种类的计算机和网络，并且通常由软件层(中间件)来组织。分布式系统实例，大学或公司工作站网络用户工作站处理器池支持自动订单处理的分布式处理单文件系统命令工作流系统订单处理过程对用户是透明的万维网：分

5、布式文档模型，分布式系统的优点和缺点，优点：与高性能主机系统相比，该系统具有更高的经济性、更高的性能价格和更宽松的适应性和可扩展性来解决固有的分布式问题，因此节点的增加或减少易于通过自动可靠性降级和操作来保证。与分布式系统(每人一台微型计算机或工作站)相比，共享资源、加强通信和通过负载平衡提高系统效率扩大了系统能力。缺点：控制复杂，特别是在资源管理中，需要增加许多协调的操作资源，这属于本地工作站性能和可靠性对网络的强依赖性，是分布式系统的关键目标。让用户连接到资源并共享资源：降低经济成本并促进协作和信息交换：互联网、群件、电子商务透明度、开放性和可扩展性以及分布式系统的透明度。分布式系统的一个

6、重要目标是透明，这隐藏了它的进程和资源实际上分布在多台计算机上的事实。透明度描述了访问隐藏数据的不同位置。隐藏的资源是否已经移动到另一个位置？隐藏资源的位置已被移到另一个正在使用的位置？隐藏资源是否已被复制，以及隐藏资源是否已被多个竞争用户共享。隐藏资源的失败和恢复是持久的。隐藏资源(软件)位于内存或磁盘上，透明度有限。位置透明度必须与其他因素(如性能)结合考虑。分布式系统的开放性、开放性定义：根据一系列标准提供服务，这些标准描述了所提供服务的语法和语义。在分布式系统中，服务通常通过接口来指定，接口定义了可用函数的名称、参数类型、返回值和可能的异常。良好的接口规范应具备：来自不同厂商的组件的完

7、整性、中立性、互操作性、共存性和协同工作程度、可移植性、方便地组合不同组件的灵活性、添加和替换组件的灵活性的关键、策略和机制的分离、分布式系统的可扩展性、规模扩展、更多用户和资源的地理扩展、跨多个管理组织的管理扩展。难以扩展到由局域网设计的分布式系统的原因如下：局域网的分布式系统基于同步通信，难以应用于广域网系统。局域网提供了一种基于广播的高度可靠的通信模式，而广域网的通信本质上是不可靠的和点对点的；服务位置问题包括集中组件导致的性能和可靠性问题、管理扩展限制以及资源使用(和支付)策略冲突、管理和安全问题。单个域中的分布式组件受同一域中用户的信任，但不能自动扩展到域外。分布式系统必须保护自己免

8、受来自新域的恶意攻击。新域必须保护自己免受来自分布式系统的恶意攻击，扩展技术，隐藏通信延迟异步通信减少流量分配技术：划分组件并将它们分散到系统中，例如具有超过33，360个副本的DNS和WWW复制技术，扩展技术-减少流量，1.4，服务器检查表单和客户端检查表单，扩展技术-分配技术，1.5，将DNS命名空间划分为区域，扩展技术-复制技术，复制：增加可用性， 缓存有助于负载平衡：围绕客户访问资源、分布式系统类型、分布式计算系统、分布式信息系统、分布式普适系统、分布式计算系统、集群计算系统、网格计算系统、集群计算系统、一组通过高速局域网连接的工作站、运行并行程序的同构：基于Linux的相同硬件和操作

9、系统的贝奥武夫集群、网格计算系统、 网格利用互联网将分散在不同地理位置的计算机组织成一台“虚拟超级计算机”，参与计算的每台计算机都是一个“节点”，整个计算是由数千个“节点”组成的“网格”。 以这种方式组织的“虚拟超级计算机”有两个优点，一是数据处理能力超强；二是充分利用互联网上的闲置处理能力。高度异构：硬件和操作系统、网络、管理域和安全策略虚拟组织：拥有相同的资源访问权限。网格分层架构，光纤层：接口连接层，在特定节点提供本地资源：通信协议和安全协议资源层，支持网格事务处理：负责管理单个资源；访问控制聚合层：负责管理多个资源。分布、调度、数据复制应用层：运行在虚拟组织中，可以充分利用网格计算资源

10、，分布式信息系统，事务处理系统：事务处理企业应用集成：支持多个请求，可以在应用组件之间直接通信，但不限于请求/回复，事务处理系统，事务模型事务分类，事务模型(1)。更新主库存磁带是容错的。事务模型(2)，事务原语示例，事务模型(3)，当第三个航班不能被预订时，事务被中止，事务属性，事务属性ACID: atomic:事务的执行是不可分割和一致的：事务不能破坏系统的持续独立性，序列化):并发事务不会相互干扰。持久：一旦事务被执行，修改将总是生效。事务分类，平面事务：不允许提交或取消嵌套事务：根据逻辑关系将嵌套事务划分为多个独立的子事务(可以分布到不同的机器上，并发运行以获得更好的性能)；子事务提交

11、的结果对于父事务和后续子事务是可见的。父事务的暂停将导致所有子事务的暂停。TP监控，企业应用集成，通信中间件：远程过程调用，远程对象调用，面向消息的通信，分布式普适系统。随着移动和嵌入式计算设备的引入，行为不稳定的分布式系统应运而生。分布式普适系统普适计算是指一种随时随地的普适计算方式。主要用于移动设备，如信息家电或一些嵌入式设备，如掌上电脑、车载智能设备、笔记本电脑、手表、智能卡、智能手机(具有掌上电脑的部分功能)、机顶盒、POS自动售货机、屏幕手机等新一代智能设备。普适计算设备可以总是或间歇地连接到网络。连接互联网、内联网和外联网，使用户可以随时随地获取各种相关信息并做出响应。普适应用有三

12、个需求：接受上下文变化；设备知道它们的环境总是在变化以促进自主合成；并且很容易将设备上的应用程序系列配置为默认共享。需要简单的方法来读取、存储、管理和共享信息。具体例子：家庭系统、电子保健系统、传感器网络、家庭系统和数字家庭可以通过家庭网关将宽带网络连接到家庭，家庭内部的网络可以是无线或有线的。在家庭中，手持设备、个人电脑或家用电器通过有线或无线方式连接到网络，从而提供无缝、交互式和普及的计算环境。人们可以在任何地方和任何时间访问社区服务网络，例如，在社区预定一场比赛的门票，并通过远程监视器监控家庭情况，使生活更加安全。电子家庭解决方案通过先进的设备和电气诊断、自动定时、集中和远程控制等，使生活更加方便和舒适。空调系统是白色家电：电子维护、物品识别、远程访问和控制。需要解决的问题自我配置和自我管理：通用即插即用技术(UPnP):自动获取知识产权，相互识别个人空间管理设备：分布式存储引起的一致性问题，电子保健系统，(a)使用本地网络集线器，(b)使用无线连接，配备各种传感器，构成身体局域网功能