操作系统概念学习笔记 第十五章 分布式系统结构

分布式系统是一组不共享内存和时钟的处理器的集合。每个处理器都有其自己的内存，处理器之间的通信通过局域网或广域网进行。

 

 

背景：

　　分布式系统是通过通信网络而松散连接的一组处理器的集合。

　　分布式系统的优点：

　　　　1 资源共享：

　　　　2 加快计算速度

　　　　3 可靠性

　　　　4 通信

　　　　分布式系统的优点使得企业趋于减小规模，许多公司用工作站或个人计算机组成的网络替代大型机。

　　　　获得更好的性能价格比、更强的资源布置、更灵活地设备扩充、更好的用户界面以及更方便的维护。

　　　　一个操作系统被设计成通过消息系统通信的一组进程集合要比非消息传递的系统更易扩展成一个分布式系统。

　　分布式操作系统的类型：

　　　　1 网络操作系统

　　　　　　远程登录：建立连接后，网络软件创建一个透明的、双向的连接，

　　　　　　远程文件传输：文件传输协议(FTP)，

　　　　2 分布式操作系统

　　　　　　数据迁移：

　　　　　　计算迁移：

　　　　　　进程迁移：

　　　　　　　　负荷平衡：进程可能被分散在网络上，从而平均工作负荷

　　　　　　　　计算加速：

　　　　　　　　硬件偏好：

　　　　　　　　软件偏好

　　　　　　　　数据存取：

 

 

拓扑结构：

　　

 

 

网络类型：

　　

 

 

通信：

　　通信网络的设计必须考虑五个基本的问题：

　　　　1 命名和名字解析：两个进程如何定位以便进行通信

　　　　2 路由策略：消息如何通过网络被发送

　　　　3 包策略：包是被单独发送还是以一系列顺序发送

　　　　4 连接策略：两个进程如何发送一系列消息

　　　　5 线路竞争：假设网络是一个共享的资源，如何解决冲突需求

　　命名和名字解析：

　　路由策略：

　　　　1 固定路由：预先制定且不变的

　　　　2 虚拟路由：在一个会话期间内是固定的

　　　　3 动态路由：仅在具体传送某个消息时选用

　　分组策略：

　　　　消息通常具有不同的长度，为了简化系统设计，通常使用称为分组、帧或数据报的长度固定的消息来实现通信。

　　连接策略：

　　　　电路交换：如果两个进程需要通信，则在它们之间建立一个永久地物理连接。其他进程在此期间都不能使用此连接，直到通信被终止

　　　　消息交换：在传送一条消息期间建立一个暂时的链接。只分配给很短的时间。

　　　　分组交换：一个逻辑消息可能不得不被分成许多分组，每个分组可以被分别传送到它的目的地，到达后重新组合在一起

　　竞争：

　　　　CSMA/CD:在通过一个连接传输报文之前，站点必须侦听以确定是否有另一个报文正在此链路上传输，这种技术被称为载波侦听多路存取。如果链路空闲，站点可以开始传输。否则，必须等待。如果同时传输，则必须记录一个冲突检测，并停止传输，每个站点将在随机的时间间隔后重新尝试。

　　　　令牌传递：一种独特的称为令牌的报文，持续不断地在系统(通常为环形结构)中循环。需要传输报文的站点必须等待，直到令牌到达，然后它从环中获取令牌，并开始传送消息。当站点完成它的报文传输，它重新传送令牌。令牌传递网络的优点在于性能稳定。

　　　　报文槽：许多固定长度的报文槽连续不断地在系统(通常为环形结构)中循环，每个槽可以拥有一个固定大小的报文和控制信息。由于槽只能包含固定长度的报文，所以一个逻辑报文可能不得不分成几个小的分组，每个分组在单独的槽中被发送。

 

 

 

通信协议：

　　ISO分层：

　　　　1 物理层：负责物理传输比特流的机械和电气方面的具体细节。在物理层，通信系统必须在二进制0和1的电气表示上取得一致。以使当数据作为电信号流传送时，接收方能正确地将数据解释为二进制数据。该层通过网络设备硬件加以实现

　　　　2 数据链路层：数据链路层负责处理帧，或分组中的某些固定长度的部分，包括对物理层的错误检测和恢复。

　　　　3 网络层：负责提供连接和通信网络的分组路由，包括处理待发分组的地址，解析输入分组的地址，并维护路由信息以正确地响应负荷级别的改变。路由器工作在该层

　　　　4 传输层：传输层负责提供低层对网络的访问以及客户机之间的报文传输，包括将报文分为分组、维护分组顺序、控制流并产生物理地址

　　　　5 会话层：会话层负责实现会话，或进程与进程之间的通信协议。通常，这些协议是远程登录以及文件和邮件传输的实际通信方式

　　　　6 表示层：负责解决网络的不同站点的不同形式，包括字符转换，以及半双工和全双工模式

　　　　7 应用层：与用户直接交互

 

 

 

健壮性：

　　为了保证系统健壮，必须检测到任何错误，重新配置系统以使计算能继续运行。

　　故障检测：

　　重构：

　　故障恢复：

 

 

 

设计事项：

　　容错性：系统应该能在一定程度上容忍通信故障、机器故障、存储设备崩溃和存储介质的损耗。

　　可扩展性：系统可以适应日益增长的负荷的能力。