智能建筑課件三

第12章分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述分布式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)程通信分布式文件系統(tǒng)分布式文件系統(tǒng)中的互斥與死鎖進(jìn)程遷移概述什么是分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)：無主從區(qū)分；計(jì)算機(jī)之間交換信息；資源共享；相互協(xié)作完成一個(gè)共同任務(wù)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能：通信結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)；分布式操作系統(tǒng)（透明性）分布式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：集中式系統(tǒng)的特點(diǎn)分布的需求分布式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：方便使用；強(qiáng)壯性和可靠性；資源共享；可擴(kuò)性；最終用戶的生產(chǎn)效率；維護(hù)方便分布式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)與單機(jī)操作系統(tǒng)的區(qū)別在進(jìn)程通信、資源管理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)程通信與單機(jī)的不同處：不共享內(nèi)存；可靠性低；通信的實(shí)現(xiàn)方式取決于通信設(shè)施通信協(xié)議：語義、語法、定時(shí)資源管理與單機(jī)的不同處：多管理者管同一類資源管理方式：分布式集中式：一個(gè)類中可以有多個(gè)資源，但每個(gè)資源本身還是由單個(gè)管理者管理。完全分布式：每個(gè)資源都可以由多個(gè)管理者管理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)每臺(tái)計(jì)算機(jī)有自己的內(nèi)核和功能模塊不同計(jì)算機(jī)上可有不同的，也可有相同功能模塊（副本）大多資源用分布集中式管理；多機(jī)共享資源用完全分布式管理進(jìn)程通信的概念分布式系統(tǒng)中進(jìn)程通信由通信元語（按照通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)）完成。對通信機(jī)制的要求：獨(dú)立性和兼容性、有效性、規(guī)范性和一致性、保護(hù)和出錯(cuò)處理能力目標(biāo)進(jìn)程的定位：每臺(tái)機(jī)器上的進(jìn)程標(biāo)識(shí)、每臺(tái)機(jī)器的標(biāo)識(shí)（相當(dāng)IP地址）；信道和端口（比使用進(jìn)程名更方便）交互方式同步發(fā)送或交互發(fā)送異步發(fā)送TCP/IP通信協(xié)議通信協(xié)議：通信的約定和規(guī)則的集合OSI七層模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層TCP/IP的層次和各層的功能：物理層、網(wǎng)絡(luò)存取層、互聯(lián)網(wǎng)層、傳輸層、應(yīng)用層TCP/IP工作過程說明分布式環(huán)境的客戶/服務(wù)器模式C/S的優(yōu)點(diǎn)：微內(nèi)核；規(guī)范“進(jìn)程/進(jìn)程”和“進(jìn)程/內(nèi)核”間關(guān)系；OS模塊化；使OS具有開放性、靈活性、可擴(kuò)性對分布式系統(tǒng)的需求C/S的應(yīng)用類型：基于服務(wù)器；基于客戶；合作處理C/S的軟件層次C/S的軟件層次表示邏輯應(yīng)用邏輯分布式操作系統(tǒng)通信軟件客戶機(jī)操作系統(tǒng)應(yīng)用邏輯分布式操作系統(tǒng)通信軟件客戶機(jī)操作系統(tǒng)客戶工作站服務(wù)器服務(wù)請求應(yīng)答交互通信TCP/IP通信協(xié)議的概念進(jìn)程A6TCPIP網(wǎng)絡(luò)存取層物理層進(jìn)程B18TCPIP網(wǎng)絡(luò)存取層物理層主機(jī)M主機(jī)N子網(wǎng)子網(wǎng)路由管理程序通信協(xié)議數(shù)據(jù)單元傳輸頭互聯(lián)網(wǎng)頭網(wǎng)絡(luò)頭消息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用字節(jié)流傳輸段數(shù)據(jù)分子網(wǎng)絡(luò)成組報(bào)文目標(biāo)子網(wǎng)地址目標(biāo)主機(jī)地址目標(biāo)端口號分布式進(jìn)程通信通信機(jī)制的分類單向（面向信件）/交互（面向過程）分布式消息傳送/遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）分布式消息傳送：通信元語ASend(P,M);AReceive(P,B);SSend(P,M);SReceive(P,B)用異步通信元語實(shí)現(xiàn)同步通信(p.274)遠(yuǎn)程過程調(diào)用什么是RPC，以及它的產(chǎn)生背景使用RPC的形式：CALLP（X，Y）RPC的執(zhí)行過程RPC的設(shè)計(jì)問題：參數(shù)傳遞；參數(shù)表示；C/S連接（非持久/持久連接）遠(yuǎn)程過程調(diào)用機(jī)制本地存根遠(yuǎn)程過程調(diào)用機(jī)制本地存根遠(yuǎn)程過程調(diào)用機(jī)制客戶分布式操作系統(tǒng)服務(wù)器分布式操作系統(tǒng)遠(yuǎn)程過程調(diào)用遠(yuǎn)程過程調(diào)用應(yīng)答客戶應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)用本地過程調(diào)用本地過程調(diào)用本地回答本地回答分布式文件系統(tǒng)分布式文件系統(tǒng)概述：歷史：90年代初出現(xiàn)大規(guī)模的系統(tǒng)特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)透明性；位置透明性；位置獨(dú)立性；C/S模式；文件名字空間的兩種構(gòu)成方式；通過遠(yuǎn)程文件訪問實(shí)現(xiàn)；有狀態(tài)和無狀態(tài)兩種操作類型分布式文件系統(tǒng)的組成分布式文件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)客戶端高速緩存和一致性問題分布式文件系統(tǒng)的組成分為分布式文件系統(tǒng)客戶機(jī)程序代碼和分布式文件系統(tǒng)服務(wù)器代碼兩部分具體組成：下列成分有些是C/S都有的，有的僅客戶有，有的僅服務(wù)器有。網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）協(xié)議遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）協(xié)議擴(kuò)展數(shù)據(jù)表達(dá)（XDR）網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)服務(wù)器程序代碼網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)客戶機(jī)程序代碼安裝協(xié)議網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)的幾個(gè)監(jiān)管進(jìn)程：服務(wù)器方面客戶機(jī)方面網(wǎng)絡(luò)鎖定管理器（NLM）和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視器（NSM）分布式文件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)這里介紹“網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）”和“遠(yuǎn)程文件共享文件系統(tǒng)（RFS）”兩種。網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）NFS的體系結(jié)構(gòu)和工作過程RPC的消息格式遠(yuǎn)程文件共享文件系統(tǒng)（RFS）用流(stream)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程文件共享RFS的體系結(jié)構(gòu)和通信NFS的體系結(jié)構(gòu)和工作過程客戶系統(tǒng)調(diào)用接口NFS客戶機(jī)程序代碼RPC客戶機(jī)端接口RPC服務(wù)器端接口虛擬文件系統(tǒng)VFSrnodeV_dataV_opV_node虛擬文件系統(tǒng)VFSNFS服務(wù)器代碼本地磁盤特定文件系統(tǒng)服務(wù)器客戶應(yīng)用程序RPC調(diào)用RPC回答RPC的消息格式RPC請求（調(diào)用）傳輸請求id傳輸類型（=調(diào)用）調(diào)用的過程名過程的版本號要調(diào)用服務(wù)程序的特定過程認(rèn)證信息RPC協(xié)議的版本號過程相關(guān)的參數(shù)RPC回答消息傳輸請求id傳輸類型（=回答）回答的狀態(tài)信息接受的狀態(tài)信息認(rèn)證信息過程相關(guān)結(jié)果RFS的體系結(jié)構(gòu)和通信RFS客戶程序代碼用戶應(yīng)用程序系統(tǒng)調(diào)用接口本機(jī)文件系統(tǒng)本機(jī)文件系統(tǒng)本地磁盤RFS服務(wù)器程序代碼流流虛電路客戶端高速緩存和一致性為什么要用緩存：減少網(wǎng)絡(luò)傳輸量特點(diǎn)：緩存數(shù)據(jù)塊和文件屬性；數(shù)據(jù)塊存在磁盤緩沖區(qū)中；文件屬性存于rnode;大小文件讀法不同；各種與本地文件系統(tǒng)分享緩沖區(qū)的方案如何維護(hù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的一致性網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）：對文件屬性，固定周期更新；對讀數(shù)據(jù)，比較服務(wù)器中數(shù)據(jù)的修改時(shí)間；對寫數(shù)據(jù)，周期寫服務(wù)器遠(yuǎn)程文件共享（RFS）文件系統(tǒng)：對讀數(shù)據(jù)，服務(wù)器記住讀者，數(shù)據(jù)修改后，通知它也該。對客戶寫數(shù)據(jù)，及時(shí)修改服務(wù)器數(shù)據(jù)。分布式文件系統(tǒng)中的互斥與死鎖概述：分布式系統(tǒng)中管理資源的方法：分布式集中管理：類似于集中式系統(tǒng)完全分布管理：由不同節(jié)點(diǎn)上管理者共同管理對資源管理算法的要求：互斥、不長等、平等實(shí)現(xiàn)手段：通過網(wǎng)絡(luò)傳消息；事件定序。邏輯鐘和邏輯時(shí)時(shí)間戳算法(Lamport算法）令牌傳送算法邏輯鐘和邏輯時(shí)定義1—邏輯鐘：事件通過邏輯鐘函數(shù)C映射事件C的值的可排序性值定義2—邏輯鐘函數(shù)：初值和本進(jìn)程事件時(shí)序累計(jì)首事件時(shí)序從發(fā)信進(jìn)程的時(shí)序累計(jì)非首事件的時(shí)序累計(jì)定義3—事件次序：先按邏輯函數(shù)的值排隊(duì)；然后按進(jìn)程的編號排隊(duì)注：這里的時(shí)序與通常按始終值大小排隊(duì)不同。實(shí)際上這里關(guān)心的僅僅是事件發(fā)生的先后次序，并不關(guān)心事件發(fā)生的時(shí)鐘時(shí)間。時(shí)間戳頂算法(Lam但por餃t算法）算法妨的思膏路：州每個(gè)煉節(jié)點(diǎn)松要使喬用互長斥資發(fā)源時(shí)蓮先通供過通飾信詢扇問其云他節(jié)紡點(diǎn)同牧意否飯，只亡有得晚到一蜘致同縫意后用才使忘用該撐資源算法專的數(shù)霜據(jù)結(jié)司構(gòu)：撿每個(gè)筍進(jìn)程竭有一愉個(gè)數(shù)萌組，皂數(shù)組且的入抄口數(shù)堵與網(wǎng)舟絡(luò)上徹節(jié)點(diǎn)鑰的個(gè)體數(shù)相間同，炮每個(gè)伍入口慌記錄柿著該愉入口撲所對罩應(yīng)的爛節(jié)點(diǎn)嘆是否蜜同意非本節(jié)間點(diǎn)訪費(fèi)問互薄斥資冒源。算法招執(zhí)行鉗的簡餃要過宵程請求互嘴斥資源絹的進(jìn)程記廣播該比請求。每個(gè)抗收到著該請濾求的閥節(jié)點(diǎn)浪根據(jù)撥自身但當(dāng)前墻情況雙決定待是否山同意畜該請鍬求：筐如果線它未秧使用鄭該資倡源，弱或想習(xí)用同端一資鋼源，感但提衡出請導(dǎo)求較盞遲，窄則會(huì)舞同意茅；否任則，孝就直雷到自梨己用易過該晚資源崇后，誰才表拔示同揀意。廣播所方如覽果得蹄到所惰有其混他節(jié)糠點(diǎn)的蘆同意掏，則跡使用突資源使用游資源暮之后遼，釋抓放資芝源，屋并對務(wù)其他壓節(jié)點(diǎn)蛾使用如資源乎的請布求表準(zhǔn)示同濤意。令牌傳廊送算法皂（用于雨互斥使半用共享守資源）整個(gè)系燃統(tǒng)只有鐵一塊令顫牌，只浙有令牌板持有者輛才具有交訪問共灶享資源管的資格認(rèn)?？赡芩赖那闆r爬是：有令拿牌、羞有請喬求者蓋：使租用共上享資鄭源，個(gè)然后晝釋放眠對該列資源座的請疤求，襖將令則牌發(fā)邊給另徐一符倦合條若件（巡壽時(shí)間植戳最討小或都輪轉(zhuǎn)譯選中誤的申軋請者座）進(jìn)半程有令拳牌、旋無請毀求者歡：選歲擇下陽一個(gè)屆令牌挎的接導(dǎo)受者孕，將打令牌啄發(fā)給搭它無令右牌、眾有請蔬求：靈向其枯他進(jìn)糖程廣賞播請片求，榴然后塑處于筐等待陳狀態(tài)癢。等柏待：被剛使暢用完共附享資源睛者或有父令牌無址請求者撞選為令煮牌的下川一個(gè)接拿受者不管有震無令牌技和請求傅：只要邪別的進(jìn)賞程廣播誰請求，腎都得接沃受，以濁便在將撈來如果競得到令劉牌時(shí)，蜘可以依指據(jù)接收供到的請礎(chǔ)求信息剩選擇下楚一個(gè)令調(diào)牌接受退者。令牌傳卸送算法膽的部分常程序段Ty位pe桌s逝ta捏tu般s=損ar辜ra徒y(tǒng)[寫1.擾.N井]駁ofre馳co焰rd腎c乳lo堂ck錫;/艙*時(shí)間途戳*護(hù)/ask原ing母:bo俘ol傅ea夾nendVa睛rto禽ke躺n,鞋re蹈qu惑es夜t:拋st侍at猴us艷;ho怎ld扇er亭:boo佩lea逼n;/*申請資板源過程煌的代碼頂*/Be外gi私n餐re劑qu沈es甩t[倡I(xiàn)]開.c播lo譽(yù)ck射:=換1+忍re暢qu呼es要t[謊I]配.c挎lo香ck坑;re氣qu發(fā)es割t[召I]溉.a舞sk留in些g:為=t務(wù)ru尋e;bro棗adc河ast設(shè)(re透que養(yǎng)st,鋼clo幻玉ck,析I);wa管it未(a揭cc蔬es航s,臭to暮ke承n)End/*收致到令牌屈過程的窮代碼*貧/Ho巧ld映er心:=詞tr痰ue智;<CS找>/*進(jìn)入臨森界段*徑/Tok騰en[孩I]:莖=re但que驚st[儲(chǔ)I].把clo蜜ck;Ho度ld旨er漢:=駛fa角ls致e;/*挑選下堂一個(gè)令知牌持有朋者*/For憲j:古=I+貿(mào)1t設(shè)on脹,1棍to殖I-1頓doif扭(r托eq旁ue斥st連[j河]>陵to拿ke塑n[賓j]丹)Re侵qu共es咐t[自j]請.a吊sk俊in拿gthe河nb鍋egi拋nre含qu解es景t[航j(luò)]學(xué).a遠(yuǎn)sk進(jìn)in鑰g:藏=f米al事se絮;se扯nd謎(j顆,a軋cc許es出s,閑to奸ke拍n[楊j]陡)endEn兔di孔f/*接收其恒他進(jìn)程源發(fā)來的益信件*/Wh寬en撈r銀ec惜ei徒ve朵d(鎖re闖qu瘋es杠t,栽cl啦oc獨(dú)k,祖j)已d抓oreq諷ues材t[j夕].a失ski牛ng:工=tr憶ue;Req矩ues宅t[j苗].c弱loc弟k:=兇ma巨x(r亦equ骨est吐[j]驕.cl哈ock忠,cl梨ock港);en阿dd生o進(jìn)程遷芝移進(jìn)程遷逗移的原隊(duì)因平衡拖各臺(tái)困機(jī)器催的負(fù)喂載改善通通信性能避免機(jī)俯器發(fā)生等預(yù)期故慈障帶來役的損失利用刻機(jī)器休的專愚有功避能進(jìn)程燭轉(zhuǎn)移坑機(jī)制由進(jìn)療程啟禽動(dòng)的追遷移稅：上圍面的鍋原因允4由OS啟動(dòng)的垮遷移：動(dòng)上面的母原因1智、2、離3進(jìn)程遷躺移時(shí)要稱遷移的南信息和邁要