軟件工程課件 12分布式系統(tǒng)構架

1、分布式系統(tǒng)構架,Distributed Systems Architectures,分布式系統(tǒng)構架,是運行在多個處理器上的軟件構架設計 （Architectural design for software that executes on more than one processor,目標（Objectives,說明不同分布式系統(tǒng)構架的優(yōu)缺點。 討論客戶機-服務器和分布式對象構架。 介紹對象請求代理（broker）以及CORBA標準的基本原理 介紹點對點和面向服務的構架，它們代表著新的分布式計算模型,分布式系統(tǒng),事實上，現(xiàn)在所有基于計算機的大型系統(tǒng)都是分布式系統(tǒng) 信息處理不是局限在一臺機器上

2、，而是分配到若干個計算機上進行的。 因此對于企業(yè)計算系統(tǒng)而言，分布式軟件工程非常重要,系統(tǒng)類型（System types,個人系統(tǒng)，它不是分布式的，它是為個人計算機或工作站設計的。 嵌入式系統(tǒng)，它運行在單一處理器或者在一組集成在一起的處理器上。 分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件運行在由一個網(wǎng)絡連接在一起的，結合松散而又相互協(xié)作的一組處理器上,分布式系統(tǒng)的特點,資源共享（Resource sharing） 共享硬件和軟件資源。 開放性（Openness） 可使用有不同供應商提供的設備和軟件。 并發(fā)性（Concurrency） 可通過并行處理來增強性能。 縮放性（Scalability） 可通過增加新的資源來

3、提高生產力。 容錯（Fault tolerance） 在出現(xiàn)某個失誤之后仍具備繼續(xù)運行的能力,分布式系統(tǒng)的缺點,復雜性（Complexity） 一般來說，分布式系統(tǒng)比集中式系統(tǒng)復雜得多。 保密性（Security） 更易受到外部攻擊。 可管理性（Manageability） 需要更多的人力來管理系統(tǒng)。 不可預見性（Unpredictability） 響應結果難于預料，與系統(tǒng)構造和網(wǎng)絡的負載情況有關,分布式系統(tǒng)構架,Client-server architectures 服務是分布式的，由客戶機調用。提供服務是服務器，它對使用服務的客戶機分別進行處理。 Distributed object ar

4、chitectures 客戶機和服務器沒有明顯的區(qū)別。在系統(tǒng)中，任何對象都可以提供服務和使用其它對象的服務,中間件（Middleware,它是管理和支持一個分布式系統(tǒng)中不同構件的軟件。本質上，它處于系統(tǒng)的中層。 中間件通常是非定制品（ off-the-shelf ），它不是專門編寫的軟件。 舉例（Examples） 事務處理監(jiān)視器（Transaction processing monitors）； 數(shù)據(jù)轉換器（Data converters）； 通信控制器（Communication controllers,多處理器（Multiprocessor ）構架,是最簡單的分布式系統(tǒng)模型。 系統(tǒng)由多個

5、處理器組成，并可以在運行不同的處理器上（不一定必要）。 是許多大型的實時系統(tǒng)的構架模型。 處理器分配過程可以是預先排定的，也可以是由一個調度程序（ despatcher）來控制的,一個多處理器的交通控制系統(tǒng),客戶機-服務器構架,應用建模是按照由服務器提供一系列服務并由一組客戶機使用這些服務的模式進行的。 客戶機知道服務器，但服務器不必知道客戶機。 客戶機和服務器是不同的邏輯過程。 處理器與過程的映射不必是一對一的，即可以是一對多或多對多的,一個客戶機-服務器系統(tǒng),在一個C/S網(wǎng)絡中的計算機,分層應用構架,表現(xiàn)層（Presentation layer） 包括向系統(tǒng)用戶顯示計算結果和收集用戶的輸入

6、方面。 應用處理層（Application processing layer） 提供指定的應用功能，例如在銀行系統(tǒng)中，像開戶、閉戶等銀行業(yè)務。 數(shù)據(jù)管理層（Data management layer） 涉及到對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行管理的問題,應用分層,Thin and fat clients,瘦客戶機模型（Thin-client model ） 在瘦客戶機模型中，所有的應用處理和數(shù)據(jù)管理都在服務器上執(zhí)行?？蛻魴C只負責運行表現(xiàn)層軟件。 胖客戶機模型（Fat-client model ） 在這種模型中，服務器只負責數(shù)據(jù)管理?？蛻舳塑浖崿F(xiàn)應用邏輯和與系統(tǒng)用戶進行交互,Thin and fat clien

7、ts,瘦客戶機（Thin client）模型,用于把遺留系統(tǒng)遷移到客戶機-服務器構架的情況 遺留系統(tǒng)本身就像是一個服務器，它的圖形界面由客戶機來實現(xiàn)。 一個主要的缺點是服務器和網(wǎng)絡的處理負擔都很重,胖客戶機（Fat client）模型,把盡可能多的處理委托給（be delegated to ）客戶機，例如把應用處理放在本地執(zhí)行。 最適合于新的客戶機-服務器系統(tǒng)，此處客戶機的能力是預知的。 比瘦客戶機模型要復雜一些，對管理來說更是如此。不得不到所有的客戶機上安裝新的應用版本,A client-server ATM system,三層（Three-tier ）構架,在三層構架中，每個應用構架層可以

8、運行在一個單獨的處理器上。 比瘦客戶機方法的性能更好，并且比胖客戶機方法的更容易管理。 是一個縮放性更強的構架當需求增加，可以另外加入服務器,A 3-tier C/S architecture,An internet banking system,Use of C/S architectures,分布式對象構架,在分布式對象構架中，客戶機和服務器沒有區(qū)別。 每個分布實體都是一個對象，它向其它對象提供服務同時也接受其它對象的服務。 對象通信通過一個中間件進行，稱為一個對象的請求代理。 然而，設計起來比起客戶機-服務器系統(tǒng)要復雜的多,Distributed object architecture,

9、分布式對象構架的好處,允許系統(tǒng)設計者晚一點決定在何處和如何提供服務的問題。 它是非常開放的構架，在需要的時候它允許加入新的資源。 系統(tǒng)是靈活的(flexible)和可縮放的(scaleable)。 當需要的時候，它可以通過在整個網(wǎng)絡中進行動態(tài)的對象遷移來重新配置(reconfigure)系統(tǒng),分布式對象構架的用途,是一種允許你構造和組織系統(tǒng)的邏輯模型。在這種情況下，你只要依靠服務及其組合就可以構思如何提供應用功能。 是一種靈活的實現(xiàn)客戶機-服務器系統(tǒng)的方法。雖然系統(tǒng)的邏輯屬于客戶機-服務器模型，但是客戶機和服務器兩者都可以用分布式對象實現(xiàn)，它們在一種公共的通信框架下進行通信,一個數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng),

10、數(shù)據(jù)挖掘（mining）系統(tǒng),該系統(tǒng)的邏輯模型不再是一個數(shù)據(jù)管理服務的供應者。 它允許在不破壞系統(tǒng)的情況下增加對一些數(shù)據(jù)庫的訪問。 通過加入新的集成器（integrator）對象，它允許把新的關系類型挖掘出來,CORBA通用對象請求代理構架,CORBA是一個對象請求代理的一種國際標準，它是管理分布式對象通信的中間件。 對分布計算中間件的需求處在兩個級別上： 在邏輯通信級別上，中間件允許對象在不同的計算機上交換數(shù)據(jù)和控制信息； 在構件級別上，中間件為開發(fā)兼容構件提供一個基礎。CORBA構件標準已經定義好,CORBA application structure,CORBA應用結構,應用對象（App

11、lication objects）。 標準對象（Standard objects），由OMG定義，針對特定領域，例如保險業(yè)。 基礎CORBA服務（ Fundamental CORBA services），例如目錄和安全管理。 橫向工具（Horizontal facilities） ，它可以橫跨許多不同的應用。 例如用戶界面工具，系統(tǒng)管理工具等,CORBA application structure,CORBA 標準,一個針對應用對象的對象模型 一個CORBA對象是對狀態(tài)的一個封裝，它具有定義好的接口（用接口定義語言IDL) ，并且這種接口與語言類型無關。 由一個對象請求代理來管理對象服務請求。

12、 有一套常規(guī)對象服務供許多分布式應用使用。 還有建立在這些服務之上的一套公共構件,CORBA 對象,原則上，CORBA對象可以與C+和Java對象進行比較。 它們必須有一個單獨的接口定義，該定義采用與C+ 類似的通用語言(接口定義語言-IDL)。 這種接口定義語言（IDL）可以映射到編程語言上 (C+, Java等)。 因此，用不同語言編寫的對象可以相互通信,對象請求代理(ORB,由對象請求代理（ORB）操縱對象通信。它了解全部在系統(tǒng)中的對象及其接口。 在使用一個ORB的時候, 呼叫對象附有一個IDL票根（ stub ），上面定義了被叫對象的接口。 調用這個票根也就調用了ORB ，隨后ORB

13、發(fā)布一個IDL 主票（ skeleton ）來調用所需對象，由此連接到實現(xiàn)該服務的接口,基于ORB對象的通信,ORB組間通信,ORB組通常不是一個單獨的程序，而是由在一個對象庫中的一批對象所構成的。這個數(shù)據(jù)庫與某個開發(fā)應用有關。 ORB組對在同一個機器上運行的對象之間的通信進行處理。 在一個分布式系統(tǒng)中可以擁有好幾個ORB組，每臺計算機有自己的ORB組 。 在調用分布式對象時要用到ORB組間通信（Inter-ORB communications）,Inter-ORB communications,CORBA服務,命名和交易服務（Naming and trading services） 允許在網(wǎng)

14、絡上發(fā)現(xiàn)和引用其它對象。 告示服務（Notification services） 允許對象向其它對象發(fā)出某個事件已經發(fā)生的布告。 事務服務（Transaction services） 支持事務的原子性，在失敗時可以回朔,互結構計算,出于保密性和互操作性方面的理由，大多數(shù)分布計算是在企業(yè)級別上實現(xiàn)的。 本地標準，在管理和操作的過程上使用。 已經設計出更加新的分布計算模型來支持互結構計算，其中不同的節(jié)點分布在不同的機構中,點對點（Peer-to-peer）構架,點對點(p2p)系統(tǒng)是非集中式的系統(tǒng)，其中計算可以在網(wǎng)絡中的任意一個節(jié)點上執(zhí)行。 整個系統(tǒng)的設計圍繞著充分發(fā)揮大量在網(wǎng)上的計算機的計算力和

15、存儲力。 大多數(shù)p2p系統(tǒng)是個人系統(tǒng)，然而利用這個技術的業(yè)務正在增加,P2p architectural models,邏輯網(wǎng)絡構架 非集中式的構架； 半集中式的構架。 應用構架 構件的一般構造（ organisation ）構成了一個點對點應用。 這里聚焦于網(wǎng)絡的構架,Decentralised p2p architecture,Semi-centralised p2p architecture,面向服務（Service-oriented）的構架,它的概念基于由外部提供的服務（ web 服務） 一個web服務是一種標準方法，它力圖在web范圍內找到和訪問一個可復用的構件 一個繳稅服務就可以向

16、用戶提供填寫他們的稅表和向稅局提交的服務,一個一般服務,由一個團體向其他團體做出一個行動或表現(xiàn)。雖然該過程受到一個物理產品的約束，這個表現(xiàn)本質上是不確定的，正常情況下它不會引發(fā)任何與生產因素有關的所有權問題。 因此服務供應與應用所采用的服務類型無關,Web services,服務和分布對象,不限定提供者。 公開發(fā)布想要的服務。 潛在地綁定實時服務 通過合成的方式伺機構造新的服務。 為所用的服務付費。 更加短小精致的應用。 使應用具有反應力和適應力,服務標準,服務是以已經達成一致協(xié)議的XML標準為基礎，因此它可以由任何平臺提供和用任何編程語言編寫。 主要標準： SOAP - Simple Obj

17、ect Access Protocol，簡單對象訪問協(xié)議； WSDL - Web Services Description Language，WEB服務描述語言； UDDI - Universal Description, Discovery and Integration. 通用描述、發(fā)現(xiàn)和集成,服務情節(jié),一個車內信息系統(tǒng)給司機提供有關天氣、道路交通條件、當?shù)匦畔⒌鹊?。它連接到車上收音機上，因此可以在一個特定的收音機頻道上發(fā)布信息。 這輛車配備有GPS接收器以便找到它的位置，并且根據(jù)這個位置，系統(tǒng)可以獲得一組信息服務。信息可以用司機指定的語言進行發(fā)布,汽車系統(tǒng)（Automotive system,分布系統(tǒng)支持資源共享、開放性、并發(fā)性、縮放性、容錯和透明性。 客戶機-服務器構架涉及到服務器向在客戶機上的操作程序提供服務的問題。 用戶界面軟件總是在客戶機上運行，而數(shù)據(jù)管理軟件則在服務器上運行。應用功能既可以放在客戶機上也可以在服務器上。 在一個分布式對象構架中，客戶機和服