分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)一致性解決方案

1、1.1.分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性存在的困分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性存在的困 難難 1.1.高度并行帶來(lái)的問(wèn)題高度并行帶來(lái)的問(wèn)題 本機(jī)內(nèi)多任務(wù)并行帶來(lái)的困難本機(jī)內(nèi)多任務(wù)并行帶來(lái)的困難 多機(jī)并行帶來(lái)的困難多機(jī)并行帶來(lái)的困難 網(wǎng)絡(luò)延遲不可預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)延遲不可預(yù)測(cè) 2.2.多副本帶來(lái)的問(wèn)題多副本帶來(lái)的問(wèn)題 系統(tǒng)中存在多個(gè)副本，數(shù)據(jù)的修改通常會(huì)在不同的副系統(tǒng)中存在多個(gè)副本，數(shù)據(jù)的修改通常會(huì)在不同的副 本上進(jìn)行本上進(jìn)行 3. 空間數(shù)據(jù)所存在的特殊困難空間數(shù)據(jù)所存在的特殊困難 跨機(jī)圖幅的接邊問(wèn)題跨機(jī)圖幅的接邊問(wèn)題 拓?fù)潢P(guān)系的全局動(dòng)態(tài)改變與生成問(wèn)題拓?fù)潢P(guān)系的全局動(dòng)態(tài)改變與生成問(wèn)題 4. 分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性保證的不同

2、模型分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)一致性保證的不同模型 嚴(yán)格一致性：讀出的數(shù)據(jù)始終為最近寫(xiě)入的數(shù)據(jù)嚴(yán)格一致性：讀出的數(shù)據(jù)始終為最近寫(xiě)入的數(shù)據(jù) 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)A 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)A 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)A 讀讀x 寫(xiě)寫(xiě)x 時(shí)刻時(shí)刻T1時(shí)刻時(shí)刻T2 T T2 2 T T1 1，如果兩，如果兩 者非常接近，有者非常接近，有 可能因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)原可能因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)原 因讀請(qǐng)求比寫(xiě)請(qǐng)因讀請(qǐng)求比寫(xiě)請(qǐng) 求晚到！求晚到！ 太嚴(yán)格！實(shí)現(xiàn)太嚴(yán)格！實(shí)現(xiàn) 難度極大！幾難度極大！幾 乎不可能！乎不可能！ 順序一致性：只要所有的程序都以一定的順序運(yùn)行順序一致性：只要所有的程序都以一定的順序運(yùn)行 （即所有程序的訪問(wèn)操作在別的程序看來(lái)都是一樣的），（即所有程序的訪

3、問(wèn)操作在別的程序看來(lái)都是一樣的）， 每個(gè)程序的操作都以程序規(guī)定的次序?qū)崿F(xiàn)，結(jié)果都應(yīng)該被每個(gè)程序的操作都以程序規(guī)定的次序?qū)崿F(xiàn)，結(jié)果都應(yīng)該被 接受。接受。 例例1 程序程序P1：W（x，1） 程序程序P2 ： R（x）0 R（x）1 或者兩次都為或者兩次都為1，都應(yīng)該接受。，都應(yīng)該接受。 順序一致性看似很順序一致性看似很“弱弱”，實(shí)際很強(qiáng)，對(duì)多副本一致，實(shí)際很強(qiáng)，對(duì)多副本一致 性有很強(qiáng)的要求，實(shí)際實(shí)現(xiàn)也是難以做到的。只能在單一性有很強(qiáng)的要求，實(shí)際實(shí)現(xiàn)也是難以做到的。只能在單一 服務(wù)器上使用。服務(wù)器上使用。 例例2 2 程序程序A A 程序程序B B 程序程序C C a=1; b=1 a=1; b=

4、1； c=1c=1； printprint（b,cb,c） printprint（a,ca,c） printprint（a,ba,b） 理論上有理論上有9090個(gè)執(zhí)行的次序。以個(gè)執(zhí)行的次序。以a=1a=1開(kāi)頭說(shuō)明，共有開(kāi)頭說(shuō)明，共有5 5！=120=120 個(gè)順序，但個(gè)順序，但b=1b=1不能在不能在printprint（a,ca,c）之后，因此一半是無(wú)效）之后，因此一半是無(wú)效 的；同理程序的；同理程序C C也如此，只剩下也如此，只剩下3030個(gè)有效，共個(gè)有效，共9090個(gè)有效順序。個(gè)有效順序。 但是，打印結(jié)果只有但是，打印結(jié)果只有6 6個(gè)數(shù)字、個(gè)數(shù)字、6464種可能。其中，種可能。其中，00

5、0000000000 和和001001001001顯然不可能。顯然不可能。 應(yīng)該承認(rèn)所有合理的結(jié)果。例如，應(yīng)該承認(rèn)所有合理的結(jié)果。例如，001011001011，表示執(zhí)行的次，表示執(zhí)行的次 序?yàn)椋盒驗(yàn)椋?A=1 print（b,c） b=1 print（a,c） c=1 print（a,b）A=1 print（b,c） b=1 print（a,c） c=1 因果一致性：可能因果相關(guān)的寫(xiě)操作應(yīng)對(duì)所有程序可因果一致性：可能因果相關(guān)的寫(xiě)操作應(yīng)對(duì)所有程序可 見(jiàn)并保持順序一致。并發(fā)的寫(xiě)操作在不同計(jì)算機(jī)上看來(lái)可以見(jiàn)并保持順序一致。并發(fā)的寫(xiě)操作在不同計(jì)算機(jī)上看來(lái)可以 順序不同。順序不同。 例例1 程序程序P

6、1：W（x,1） W（x,3） P2： R（x）1 W（x,2） P3： R（x）1 R（x）2 R（x）3 P4： R（x）1 R（x）3 R（x）2 符合因果一致性要求，但違反了順序一致性。因?yàn)榉弦蚬恢滦砸?，但違反了順序一致性。因?yàn)镻3和和P4見(jiàn)見(jiàn) 到訪問(wèn)順序不同。到訪問(wèn)順序不同。 例例2 P1： W（x,1） P2： R（x）1 W（x,2） P3： R（x）1 R（x）2 P4： R（x）2 R（x）1 違反了因果一致性。因?yàn)檫`反了因果一致性。因?yàn)镻2讀出了讀出了x=1，所以，所以P1和和P2的兩的兩 個(gè)寫(xiě)操作順序必定為個(gè)寫(xiě)操作順序必定為W（x,1）在）在W（x,2）前。）前。

7、P3的結(jié)果才的結(jié)果才 是正確的。是正確的。 因果一致性在實(shí)現(xiàn)時(shí)必須建立與維護(hù)依賴(lài)圖，這里涉及因果一致性在實(shí)現(xiàn)時(shí)必須建立與維護(hù)依賴(lài)圖，這里涉及 到語(yǔ)義上的以來(lái)，是相當(dāng)困難的。到語(yǔ)義上的以來(lái)，是相當(dāng)困難的。 PRAM一致性：一個(gè)程序的寫(xiě)操作被其他進(jìn)程以指定一致性：一個(gè)程序的寫(xiě)操作被其他進(jìn)程以指定 的順序見(jiàn)到，不同程序的寫(xiě)操作在不同程序看來(lái)次序可以不的順序見(jiàn)到，不同程序的寫(xiě)操作在不同程序看來(lái)次序可以不 同。同。 例例1 P1： W（x,1） P2： R（x）1 W（x,2） P3： R（x）1 R（x）2 P4： R（x）2 R（x）1 符合符合PRAM一致性的要求。一致性的要求。 PRAM與順序一

8、致性的差別在于，后者雖然為確定語(yǔ)句與順序一致性的差別在于，后者雖然為確定語(yǔ)句 的順序，但要求所有程序遵從共同的順序；而前者則允許不的順序，但要求所有程序遵從共同的順序；而前者則允許不 同程序見(jiàn)到的順序可以不同。同程序見(jiàn)到的順序可以不同。 例例2 在前面的例子中，結(jié)果在前面的例子中，結(jié)果001001是可以接受的。這時(shí)，是可以接受的。這時(shí)， 各程序看到的順序：各程序看到的順序： 程序程序A a=1 Print（b,c） 程序程序B a=1 Print（a,c） C=1 程序程序C a=1 Print（a,b） b=1 這里只列出本程序感興趣（與自己的打印有關(guān)）的語(yǔ)句執(zhí)行次序這里只列出本程序感興趣（

9、與自己的打印有關(guān)）的語(yǔ)句執(zhí)行次序 PRAM一致性要求雖然較弱，但它要求程序的寫(xiě)操作必一致性要求雖然較弱，但它要求程序的寫(xiě)操作必 須被其他程序看到（盡管他們的順序可以不同）。實(shí)際上，須被其他程序看到（盡管他們的順序可以不同）。實(shí)際上， 這樣的要求有點(diǎn)過(guò)高，每一個(gè)程序只要能夠看到與自己有關(guān)這樣的要求有點(diǎn)過(guò)高，每一個(gè)程序只要能夠看到與自己有關(guān) 的其他程序的寫(xiě)操作就可以了。的其他程序的寫(xiě)操作就可以了。 弱排序：弱排序只要求對(duì)共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問(wèn)保證順弱排序：弱排序只要求對(duì)共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問(wèn)保證順 序一致性。即：序一致性。即： 對(duì)同步變量（可與信號(hào)量類(lèi)比）的訪問(wèn)是順序一致的；對(duì)同步變量（可與信號(hào)量類(lèi)比）的

10、訪問(wèn)是順序一致的； 在所有以前的寫(xiě)操作結(jié)束之前，不的訪問(wèn)同步變量；在所有以前的寫(xiě)操作結(jié)束之前，不的訪問(wèn)同步變量； 在先前所有的同步變量訪問(wèn)完成以前，不得訪問(wèn)共享數(shù)在先前所有的同步變量訪問(wèn)完成以前，不得訪問(wèn)共享數(shù) 據(jù)。據(jù)。 實(shí)現(xiàn)考慮：實(shí)現(xiàn)考慮： 為保證第一點(diǎn)，對(duì)同步變量的訪問(wèn)必須立即廣播。在廣播完成之前，為保證第一點(diǎn)，對(duì)同步變量的訪問(wèn)必須立即廣播。在廣播完成之前， 其他程序不的訪問(wèn)別的同步變量；其他程序不的訪問(wèn)別的同步變量； 對(duì)第二點(diǎn)，強(qiáng)制要求所有的同步訪問(wèn)開(kāi)始前，已經(jīng)開(kāi)始的所有的寫(xiě)操對(duì)第二點(diǎn)，強(qiáng)制要求所有的同步訪問(wèn)開(kāi)始前，已經(jīng)開(kāi)始的所有的寫(xiě)操 作必須完成，在更新共享數(shù)據(jù)后立即進(jìn)行同步，將新值傳

11、遍所有副本；作必須完成，在更新共享數(shù)據(jù)后立即進(jìn)行同步，將新值傳遍所有副本； 第三點(diǎn)，保證在讀共享數(shù)據(jù)之前，完成同步操作，以便可以讀到最新第三點(diǎn)，保證在讀共享數(shù)據(jù)之前，完成同步操作，以便可以讀到最新 值。值。 做法：做法： 任何程序編制時(shí)，在對(duì)共享數(shù)據(jù)寫(xiě)操作后都必須緊接著訪問(wèn)同步變量；任何程序編制時(shí)，在對(duì)共享數(shù)據(jù)寫(xiě)操作后都必須緊接著訪問(wèn)同步變量； 任何讀共享數(shù)據(jù)操作前，訪問(wèn)同步變量。任何讀共享數(shù)據(jù)操作前，訪問(wèn)同步變量。 例如：例如： P1：W（x,1） S1 W（y,2）S2 P2： S1 R（x）1 P3: s2 R（y）2 弱一致性的缺陷在于沒(méi)有區(qū)分對(duì)弱一致性的缺陷在于沒(méi)有區(qū)分對(duì) 共享變量的

12、修改與讀取。所以同共享變量的修改與讀取。所以同 步變量的訪問(wèn)即要確保本地寫(xiě)全步變量的訪問(wèn)即要確保本地寫(xiě)全 部完成（所有副本均已更新）還部完成（所有副本均已更新）還 要收集其它計(jì)算機(jī)的寫(xiě)操作信息。要收集其它計(jì)算機(jī)的寫(xiě)操作信息。 釋放一致性：類(lèi)似臨界區(qū)，提供釋放一致性：類(lèi)似臨界區(qū)，提供“獲取獲取”和和“釋放釋放” 兩類(lèi)原子同步操作。強(qiáng)制：兩類(lèi)原子同步操作。強(qiáng)制： 程序在訪問(wèn)共享變量之前必須成功完成程序在訪問(wèn)共享變量之前必須成功完成“獲取獲取”操作；操作； 完成完成“釋放釋放”操作前，程序的訪問(wèn)操作必須結(jié)束；操作前，程序的訪問(wèn)操作必須結(jié)束； “獲取獲取”、“釋放釋放”應(yīng)保證順序一致性。應(yīng)保證順序一致

13、性。 釋放一致性與用信號(hào)量和釋放一致性與用信號(hào)量和P、V操作來(lái)保證臨界區(qū)訪問(wèn)正操作來(lái)保證臨界區(qū)訪問(wèn)正 確性何其相似乃爾！確性何其相似乃爾！ 與此相對(duì)應(yīng)，還可以有入口一致性。與此相對(duì)應(yīng)，還可以有入口一致性。 小結(jié)：小結(jié)： 一致性模型可以分為兩類(lèi)：一致性模型可以分為兩類(lèi)： 不使用同步操作不使用同步操作 嚴(yán)格：所有訪問(wèn)時(shí)間絕對(duì)順序嚴(yán)格：所有訪問(wèn)時(shí)間絕對(duì)順序 順序：所有程序以相同順序檢測(cè)所有順序：所有程序以相同順序檢測(cè)所有 共享訪問(wèn)事件共享訪問(wèn)事件 因果：所有程序以相同順序檢測(cè)所有因果：所有程序以相同順序檢測(cè)所有 因果聯(lián)系事件因果聯(lián)系事件 PRAM：所有程序按預(yù)定次序到來(lái)自一：所有程序按預(yù)定次序到來(lái)自

14、一 臺(tái)機(jī)器的寫(xiě)操作，來(lái)自其他機(jī)臺(tái)機(jī)器的寫(xiě)操作，來(lái)自其他機(jī) 器的寫(xiě)操作順序不必相同器的寫(xiě)操作順序不必相同 最強(qiáng)最強(qiáng) 使用同步操作使用同步操作 弱：同步完成后共享數(shù)據(jù)才保持一致弱：同步完成后共享數(shù)據(jù)才保持一致 釋放：離開(kāi)臨界區(qū)后共享數(shù)據(jù)才保持釋放：離開(kāi)臨界區(qū)后共享數(shù)據(jù)才保持 一致一致 入口：進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)共享數(shù)據(jù)保持一致入口：進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)共享數(shù)據(jù)保持一致 5.實(shí)現(xiàn)問(wèn)題 維護(hù)副本一致性的兩種策略： 寫(xiě)有效：修改本地?cái)?shù)據(jù)時(shí)，將修改值組播所有副本節(jié)寫(xiě)有效：修改本地?cái)?shù)據(jù)時(shí)，將修改值組播所有副本節(jié) 點(diǎn)，副本節(jié)點(diǎn)據(jù)此修改本地?cái)?shù)據(jù)。點(diǎn)，副本節(jié)點(diǎn)據(jù)此修改本地?cái)?shù)據(jù)。 要求修改傳送次序嚴(yán)格保證。要求修改傳送次序嚴(yán)格保證

15、。 每次修改必須傳送修改值，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)大每次修改必須傳送修改值，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)大 寫(xiě)無(wú)效：修改本地?cái)?shù)據(jù)前，通知所用副本停止使用寫(xiě)無(wú)效：修改本地?cái)?shù)據(jù)前，通知所用副本停止使用 （無(wú)效），組播完成后才進(jìn)行修改。其他副本需使用前，（無(wú)效），組播完成后才進(jìn)行修改。其他副本需使用前， 向它申請(qǐng)發(fā)送修改值，進(jìn)行修改后再使用。向它申請(qǐng)發(fā)送修改值，進(jìn)行修改后再使用。 多次修改可能一次傳送，但每次需發(fā)送無(wú)效通知。多次修改可能一次傳送，但每次需發(fā)送無(wú)效通知。 2.2.對(duì)分布式文件系統(tǒng)的要求對(duì)分布式文件系統(tǒng)的要求 1. 1. 存取透明性存取透明性 用戶(hù)無(wú)須知道文件的分布，傳統(tǒng)的本地文件操作手段可以直接用于遠(yuǎn)用戶(hù)無(wú)須知道文件的

16、分布，傳統(tǒng)的本地文件操作手段可以直接用于遠(yuǎn) 程文件操作，對(duì)已有的用戶(hù)程序不必刻意進(jìn)行改動(dòng)就可以適應(yīng)分布式程文件操作，對(duì)已有的用戶(hù)程序不必刻意進(jìn)行改動(dòng)就可以適應(yīng)分布式 環(huán)境。環(huán)境。 用戶(hù)無(wú)須注意環(huán)境中其他用戶(hù)是否與自己競(jìng)爭(zhēng)使用同一個(gè)文件，無(wú)須用戶(hù)無(wú)須注意環(huán)境中其他用戶(hù)是否與自己競(jìng)爭(zhēng)使用同一個(gè)文件，無(wú)須 用戶(hù)在自己的程序中對(duì)共享文件數(shù)據(jù)添加并發(fā)控制，并能保持文件數(shù)用戶(hù)在自己的程序中對(duì)共享文件數(shù)據(jù)添加并發(fā)控制，并能保持文件數(shù) 據(jù)的完整性。據(jù)的完整性。 2.2.位置透明性位置透明性 用戶(hù)看到的是全局的文件名空間，文件或文件組在機(jī)器間遷移和重新用戶(hù)看到的是全局的文件名空間，文件或文件組在機(jī)器間遷移和重新

17、 定位時(shí)不必改變其路徑，用戶(hù)程序無(wú)須改動(dòng)。無(wú)論用戶(hù)處于哪個(gè)節(jié)點(diǎn)，定位時(shí)不必改變其路徑，用戶(hù)程序無(wú)須改動(dòng)。無(wú)論用戶(hù)處于哪個(gè)節(jié)點(diǎn)， 看到的是相同的文件名空間。出于可靠性考慮，同一個(gè)文件可能在不看到的是相同的文件名空間。出于可靠性考慮，同一個(gè)文件可能在不 同的節(jié)點(diǎn)上保留副本，副本的使用對(duì)用戶(hù)無(wú)關(guān)，用戶(hù)意識(shí)不到當(dāng)前使同的節(jié)點(diǎn)上保留副本，副本的使用對(duì)用戶(hù)無(wú)關(guān)，用戶(hù)意識(shí)不到當(dāng)前使 用的是哪一個(gè)副本用的是哪一個(gè)副本 3. 3. 故障透明性故障透明性 在文件服務(wù)執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生故障并修復(fù)（例如文件服務(wù)器故障，啟用在文件服務(wù)執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生故障并修復(fù)（例如文件服務(wù)器故障，啟用 備用服務(wù)器；網(wǎng)絡(luò)傳輸故障，需要重發(fā)等）

18、對(duì)用戶(hù)屏蔽。備用服務(wù)器；網(wǎng)絡(luò)傳輸故障，需要重發(fā)等）對(duì)用戶(hù)屏蔽。 4. 4. 性能透明性性能透明性 用戶(hù)不會(huì)感到由于遠(yuǎn)程存取文件而帶來(lái)性能上的顯著降低。此外，還用戶(hù)不會(huì)感到由于遠(yuǎn)程存取文件而帶來(lái)性能上的顯著降低。此外，還 應(yīng)該滿(mǎn)足硬件和本地操作系統(tǒng)的異構(gòu)性，客戶(hù)端和服務(wù)器端的軟件可以應(yīng)該滿(mǎn)足硬件和本地操作系統(tǒng)的異構(gòu)性，客戶(hù)端和服務(wù)器端的軟件可以 在不同的硬件和本地操作系統(tǒng)上運(yùn)行。因此接口定義必須良好。在不同的硬件和本地操作系統(tǒng)上運(yùn)行。因此接口定義必須良好。 5. 5. 可擴(kuò)展性可擴(kuò)展性 系統(tǒng)必須具備增量擴(kuò)展的能力，以適應(yīng)負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充的需要。系統(tǒng)必須具備增量擴(kuò)展的能力，以適應(yīng)負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充的需要

19、。 需要指出的是，目前這個(gè)問(wèn)題還在研究和探討中，還沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)完全需要指出的是，目前這個(gè)問(wèn)題還在研究和探討中，還沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)完全 實(shí)現(xiàn)這種能力。特別是系統(tǒng)擴(kuò)展到包含大量有源節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這個(gè)問(wèn)實(shí)現(xiàn)這種能力。特別是系統(tǒng)擴(kuò)展到包含大量有源節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這個(gè)問(wèn) 題就更加突出。題就更加突出。 6.6. 支持細(xì)粒度數(shù)據(jù)存取支持細(xì)粒度數(shù)據(jù)存取 盡可能支持用戶(hù)對(duì)細(xì)粒度數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。這要求制定和實(shí)現(xiàn)更加完備盡可能支持用戶(hù)對(duì)細(xì)粒度數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。這要求制定和實(shí)現(xiàn)更加完備 的數(shù)據(jù)請(qǐng)求協(xié)議。的數(shù)據(jù)請(qǐng)求協(xié)議。 這個(gè)問(wèn)題在空間數(shù)據(jù)分布式處理系統(tǒng)中更為突出。這個(gè)問(wèn)題在空間數(shù)據(jù)分布式處理系統(tǒng)中更為突出。 7. 7. 網(wǎng)絡(luò)分割適應(yīng)

20、性網(wǎng)絡(luò)分割適應(yīng)性 盡可能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)分割的情形，避免由于網(wǎng)絡(luò)的分割和重組引起盡可能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)分割的情形，避免由于網(wǎng)絡(luò)的分割和重組引起 系統(tǒng)的問(wèn)題，影響用戶(hù)的使用。系統(tǒng)的問(wèn)題，影響用戶(hù)的使用。 3.3.分布式文件系統(tǒng)的組成分布式文件系統(tǒng)的組成 用戶(hù)程序用戶(hù)程序用戶(hù)程序用戶(hù)程序用戶(hù)程序用戶(hù)程序 文件系統(tǒng)組件文件系統(tǒng)組件 客客 戶(hù)戶(hù) 組組 件件 展展 開(kāi)開(kāi) 文文 件件 服服 務(wù)務(wù) 目錄服務(wù)目錄服務(wù) 目錄服務(wù)目錄服務(wù)RPC接口接口 用戶(hù)程序接口用戶(hù)程序接口 展開(kāi)文件展開(kāi)文件RPC接口接口 其中：其中： 展開(kāi)文件服務(wù)提供了一個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)用接口供用戶(hù)程序使用。展開(kāi)文件服務(wù)提供了一個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)用接口供用戶(hù)程序使用

21、。 它與目錄服務(wù)結(jié)合起來(lái)，為文件的存取提供一系列復(fù)雜的操它與目錄服務(wù)結(jié)合起來(lái)，為文件的存取提供一系列復(fù)雜的操 作。作。 客戶(hù)組件則將展開(kāi)文件服務(wù)和目錄服務(wù)所提供的功能組織客戶(hù)組件則將展開(kāi)文件服務(wù)和目錄服務(wù)所提供的功能組織 和集成在一起，輔以統(tǒng)一的接口，向用戶(hù)提供單一的編程接和集成在一起，輔以統(tǒng)一的接口，向用戶(hù)提供單一的編程接 口，是用戶(hù)就向使用傳統(tǒng)文件系統(tǒng)那樣來(lái)使用分布式文件系口，是用戶(hù)就向使用傳統(tǒng)文件系統(tǒng)那樣來(lái)使用分布式文件系 統(tǒng)。統(tǒng)。 1. 展開(kāi)文件服務(wù)展開(kāi)文件服務(wù) 展開(kāi)文件服務(wù)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)文件內(nèi)容的操作。在展開(kāi)文件展開(kāi)文件服務(wù)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)文件內(nèi)容的操作。在展開(kāi)文件 服務(wù)中，文件通過(guò)標(biāo)識(shí)符來(lái)識(shí)

22、別。通常，文件表示符用一個(gè)服務(wù)中，文件通過(guò)標(biāo)識(shí)符來(lái)識(shí)別。通常，文件表示符用一個(gè) 長(zhǎng)整數(shù)來(lái)表示，以便保證分布式系統(tǒng)中所有文件表示的唯一長(zhǎng)整數(shù)來(lái)表示，以便保證分布式系統(tǒng)中所有文件表示的唯一 性。文件標(biāo)識(shí)符在創(chuàng)建文件和打開(kāi)時(shí)產(chǎn)生并向用戶(hù)返回，與性。文件標(biāo)識(shí)符在創(chuàng)建文件和打開(kāi)時(shí)產(chǎn)生并向用戶(hù)返回，與 傳統(tǒng)方式一樣。傳統(tǒng)方式一樣。 展開(kāi)文件服務(wù)的模型根據(jù)文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求來(lái)組織，展開(kāi)文件服務(wù)的模型根據(jù)文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求來(lái)組織， 提供一個(gè)簡(jiǎn)單通用的操作集合。原則上，這些操作及和與傳提供一個(gè)簡(jiǎn)單通用的操作集合。原則上，這些操作及和與傳 統(tǒng)的文件系統(tǒng)提供的服務(wù)并無(wú)兩樣。統(tǒng)的文件系統(tǒng)提供的服務(wù)并無(wú)兩樣。 在分布式

23、環(huán)境中，傳統(tǒng)的文件控制塊內(nèi)容也發(fā)生了變化，在分布式環(huán)境中，傳統(tǒng)的文件控制塊內(nèi)容也發(fā)生了變化， 文件的保護(hù)也是由文件展開(kāi)服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其實(shí)現(xiàn)技術(shù)與傳文件的保護(hù)也是由文件展開(kāi)服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其實(shí)現(xiàn)技術(shù)與傳 統(tǒng)方法一樣，例如通過(guò)存取控制表、存取域等。統(tǒng)方法一樣，例如通過(guò)存取控制表、存取域等。 文文 件件 名名 文文 件件 長(zhǎng)長(zhǎng) 度度 創(chuàng)創(chuàng) 建建 時(shí)時(shí) 間間 郵郵 戳戳 讀讀 時(shí)時(shí) 間間 郵郵 戳戳 寫(xiě)寫(xiě) 時(shí)時(shí) 間間 郵郵 戳戳 屬屬 性性 時(shí)時(shí) 間間 郵郵 戳戳 用用 戶(hù)戶(hù) 計(jì)計(jì) 數(shù)數(shù) 文文 件件 所所 有有 者者 文文 件件 類(lèi)類(lèi) 型型 存存 取取 權(quán)權(quán) 限限 表表 文文 件件 控控 制制 快快 展

24、開(kāi)文件服務(wù)負(fù)責(zé)維護(hù)其中文件長(zhǎng)度、創(chuàng)建時(shí)間郵戳、讀展開(kāi)文件服務(wù)負(fù)責(zé)維護(hù)其中文件長(zhǎng)度、創(chuàng)建時(shí)間郵戳、讀 時(shí)間郵戳、寫(xiě)時(shí)間郵戳、屬性時(shí)間郵戳等。而另外的一些時(shí)間郵戳、寫(xiě)時(shí)間郵戳、屬性時(shí)間郵戳等。而另外的一些 屬性則由目錄服務(wù)來(lái)維護(hù)。文件展開(kāi)服務(wù)提供某些訪問(wèn)和屬性則由目錄服務(wù)來(lái)維護(hù)。文件展開(kāi)服務(wù)提供某些訪問(wèn)和 修改文件屬性的原語(yǔ)，供目錄服務(wù)使用。也允許用戶(hù)自己修改文件屬性的原語(yǔ)，供目錄服務(wù)使用。也允許用戶(hù)自己 定義部分屬性。定義部分屬性。 文件的保護(hù)也是由文件展開(kāi)服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其實(shí)現(xiàn)技術(shù)與文件的保護(hù)也是由文件展開(kāi)服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其實(shí)現(xiàn)技術(shù)與 傳統(tǒng)方法一樣，例如通過(guò)存取控制表、存取域等。傳統(tǒng)方法一樣，例如

25、通過(guò)存取控制表、存取域等。 兩類(lèi)文件展開(kāi)服務(wù)兩類(lèi)文件展開(kāi)服務(wù) 客客 戶(hù)機(jī)戶(hù)機(jī) 服務(wù)器服務(wù)器 下載下載 上載上載 在客戶(hù)機(jī)上修改在客戶(hù)機(jī)上修改 老文件老文件 新文件新文件 上載上載/ /下載模式下載模式 客客 戶(hù)機(jī)戶(hù)機(jī) 服務(wù)器服務(wù)器 遠(yuǎn)程訪問(wèn)模式遠(yuǎn)程訪問(wèn)模式 在上載在上載/ /下載模式，文件展開(kāi)服務(wù)只提供讀文件和寫(xiě)文件下載模式，文件展開(kāi)服務(wù)只提供讀文件和寫(xiě)文件 兩種方式服務(wù)，即下載兩種方式服務(wù)，即下載/ /上在整個(gè)文件。概念比較簡(jiǎn)單，接上在整個(gè)文件。概念比較簡(jiǎn)單，接 口非常簡(jiǎn)潔，服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)也方便。但客戶(hù)端必須具備較大口非常簡(jiǎn)潔，服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)也方便。但客戶(hù)端必須具備較大 的空間以便存放整個(gè)文件，

26、客戶(hù)端應(yīng)該具有復(fù)雜的文件訪問(wèn)的空間以便存放整個(gè)文件，客戶(hù)端應(yīng)該具有復(fù)雜的文件訪問(wèn) 功能，如讀、寫(xiě)、偏移植移動(dòng)等等。而它們是本地文件系統(tǒng)功能，如讀、寫(xiě)、偏移植移動(dòng)等等。而它們是本地文件系統(tǒng) 的事。而且，當(dāng)客戶(hù)只需要文件的一小部分時(shí)，這種方式顯的事。而且，當(dāng)客戶(hù)只需要文件的一小部分時(shí)，這種方式顯 然不夠經(jīng)濟(jì)，加大了網(wǎng)絡(luò)的壓力和用戶(hù)空間。然不夠經(jīng)濟(jì)，加大了網(wǎng)絡(luò)的壓力和用戶(hù)空間。 在遠(yuǎn)程訪問(wèn)模式，展開(kāi)文件服務(wù)提供在遠(yuǎn)程訪問(wèn)模式，展開(kāi)文件服務(wù)提供RPCRPC接口包括打開(kāi)文接口包括打開(kāi)文 件、關(guān)閉文件、度、寫(xiě)、修改偏移植、檢查件、關(guān)閉文件、度、寫(xiě)、修改偏移植、檢查/ /修改屬性等等，修改屬性等等， 這些都

27、在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)。顯然這種方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，但運(yùn)行開(kāi)這些都在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)。顯然這種方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，但運(yùn)行開(kāi) 銷(xiāo)（網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)）較省，只需要傳輸要求的文件部分，在客戶(hù)銷(xiāo)（網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)）較省，只需要傳輸要求的文件部分，在客戶(hù) 端也不必開(kāi)辟較大的空間。端也不必開(kāi)辟較大的空間。 2. 文件目錄服務(wù)文件目錄服務(wù) 目錄服務(wù)提供了文件的創(chuàng)建、刪除、命名、改名以及從一個(gè)目錄下移目錄服務(wù)提供了文件的創(chuàng)建、刪除、命名、改名以及從一個(gè)目錄下移 動(dòng)到另一個(gè)目錄下等操作。這些并不涉及文件體的操作，也不涉及文件動(dòng)到另一個(gè)目錄下等操作。這些并不涉及文件體的操作，也不涉及文件 是整體傳輸還是遠(yuǎn)程訪問(wèn)的問(wèn)題。這里，關(guān)鍵的問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)文件名到唯是

28、整體傳輸還是遠(yuǎn)程訪問(wèn)的問(wèn)題。這里，關(guān)鍵的問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)文件名到唯 一標(biāo)識(shí)符的轉(zhuǎn)換。一標(biāo)識(shí)符的轉(zhuǎn)換。 為了完成這種轉(zhuǎn)換，設(shè)立了目錄文件。目錄文件實(shí)際上是文件名到唯為了完成這種轉(zhuǎn)換，設(shè)立了目錄文件。目錄文件實(shí)際上是文件名到唯 一標(biāo)識(shí)符的對(duì)照表，組織成文件的形式，所以目錄文件也有自己的文件一標(biāo)識(shí)符的對(duì)照表，組織成文件的形式，所以目錄文件也有自己的文件 標(biāo)識(shí)符。目錄允許有子目錄，這樣用戶(hù)可以將有關(guān)的文件組合到一個(gè)目標(biāo)識(shí)符。目錄允許有子目錄，這樣用戶(hù)可以將有關(guān)的文件組合到一個(gè)目 錄下。同樣，目錄服務(wù)提供的文件服務(wù)對(duì)象也包括目錄文件。通常，分錄下。同樣，目錄服務(wù)提供的文件服務(wù)對(duì)象也包括目錄文件。通常，分 布式

29、文件系統(tǒng)的目錄文件組織成樹(shù)型結(jié)構(gòu)，從而使整個(gè)文件系統(tǒng)呈現(xiàn)出布式文件系統(tǒng)的目錄文件組織成樹(shù)型結(jié)構(gòu)，從而使整個(gè)文件系統(tǒng)呈現(xiàn)出 樹(shù)型結(jié)構(gòu)。不少系統(tǒng)允許目錄之間建立指針連接（象樹(shù)型結(jié)構(gòu)。不少系統(tǒng)允許目錄之間建立指針連接（象UNIXUNIX的的LinkLink），這），這 樣，樹(shù)型結(jié)構(gòu)就變成了樣，樹(shù)型結(jié)構(gòu)就變成了“格格”。這在分布式系統(tǒng)中尤其重要。在這里，。這在分布式系統(tǒng)中尤其重要。在這里， 每個(gè)目錄中又一個(gè)指針計(jì)數(shù)，表示指向該目錄的連接數(shù)。每個(gè)目錄中又一個(gè)指針計(jì)數(shù)，表示指向該目錄的連接數(shù)。 A BC 2 0 1 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)1 DE 11 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)2 圖中，右上角的數(shù)字圖中，右上角的數(shù)字 是指向該

30、文件的目錄是指向該文件的目錄 數(shù)量數(shù)量 兩臺(tái)計(jì)算機(jī)中的目錄兩臺(tái)計(jì)算機(jī)中的目錄 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：是否每一個(gè)文件都是整個(gè)目錄樹(shù)可見(jiàn)的？進(jìn)而，如果是否每一個(gè)文件都是整個(gè)目錄樹(shù)可見(jiàn)的？進(jìn)而，如果 系統(tǒng)中有多個(gè)服務(wù)器（顯然每個(gè)服務(wù)器上都有一顆獨(dú)立系統(tǒng)中有多個(gè)服務(wù)器（顯然每個(gè)服務(wù)器上都有一顆獨(dú)立 的目錄樹(shù)），系統(tǒng)是否存在一個(gè)全局的根目錄？再進(jìn)一的目錄樹(shù)），系統(tǒng)是否存在一個(gè)全局的根目錄？再進(jìn)一 步，能否知道每個(gè)文件所在的計(jì)算機(jī)名？步，能否知道每個(gè)文件所在的計(jì)算機(jī)名？ 回答：應(yīng)該讓每一臺(tái)系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)知道系統(tǒng)中所有的文件；回答：應(yīng)該讓每一臺(tái)系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)知道系統(tǒng)中所有的文件； 如果應(yīng)用需要，應(yīng)該知道它所需要的文件

31、所在的機(jī)器名。如果應(yīng)用需要，應(yīng)該知道它所需要的文件所在的機(jī)器名。 但是，不一定需要存在一個(gè)全局的根目錄。但是，不一定需要存在一個(gè)全局的根目錄。 辦法辦法: 1.: 1. 文件命名采用文件命名采用 機(jī)器名機(jī)器名+ 文件路徑名文件路徑名 2.2. 將遠(yuǎn)程文件安裝到本機(jī)的分層文件目錄結(jié)構(gòu)中將遠(yuǎn)程文件安裝到本機(jī)的分層文件目錄結(jié)構(gòu)中 3.3. 存在并維護(hù)一個(gè)在所有計(jì)算機(jī)上單名字空間存在并維護(hù)一個(gè)在所有計(jì)算機(jī)上單名字空間 4 4 分布式系統(tǒng)中地理空間數(shù)據(jù)一致性保障分布式系統(tǒng)中地理空間數(shù)據(jù)一致性保障 1. 1. 全局目錄的組織全局目錄的組織 反映系統(tǒng)全部空間數(shù)據(jù)的全局?jǐn)?shù)據(jù)目錄反映系統(tǒng)全部空間數(shù)據(jù)的全局?jǐn)?shù)據(jù)目錄 反映系統(tǒng)全部節(jié)點(diǎn)的全局節(jié)點(diǎn)目錄（含負(fù)載）反映系統(tǒng)全部節(jié)點(diǎn)的全局節(jié)點(diǎn)目錄（含負(fù)載） 2. 2. 全局?jǐn)?shù)據(jù)目錄全局?jǐn)?shù)據(jù)目錄 采用基于空間位置的數(shù)據(jù)定