第12章 分布式系统的应用

缺陷：顺序号丢失（空序）或乱序需要重传或可 能会产生错误。
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存储器相关性问题
• 第 3 类的读复制算法是 DSM 系统中普遍采用的。 Li 和Hudak进一步提出了这类算法的3种实现方法。
– 集中管理者算法 – 分布式管理者算法 – 动态分布式管理者算法 （P272）
缺陷：发生颠簸。
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存储器相关性问题
3. 读复制算法（转移和复制）
是一个“多读/单写”协议，其写操作：
1) （客户端）如果需要的数据不在本地，确定它的位置， 然后发出请求； 2)（远程主机）收到请求，发出数据对象；（转移） 3) （客户端）收到对象，并对所有拥有数据对象拷贝的站 点发出使无效或更新的组播； 4) （远程主机）收到使无效信号，使本地拷贝无效，或接 受更新信号并且更新本地拷贝；（复制） 5)（客户端）访问数据对象（写）。
设访问控制的文件访问）
• 用本地系统和远程系统的 UID 映射（域映射或域信 任等），以控制访问权； （如 Windows 域信任或 Unix 的
主机信任）
• 分布式系统中，每个用户有一个确定且唯一的 UID ， 这个 UID 在任何处理机上有效而且不需要映射。 （全局统一的用户UID和文件访问控制）
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分布式操作系统
• 因此，分布式操作系统较网络操作系统的 关键区别是 Tanenbaum 提出的 8 个不同程度 的透明性概念：
– – – – – – – – 访问透明性 并发透明性 错误透明性 位置透明性 移植透明性 并行透明性 性能透明性 复制透明性
(P263)
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存储器相关性问题
读操作：
1) （客户端）如果需要的数据不在本地，确定一个拷贝的 的位置并发出请求； 2)（远程主机）收到请求，发出数据对象；（转移） 3)（客户端）访问数据对象（读）。
缺陷：写操作变得复杂。
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存储器相关性问题
返回 (文件传输单元)
磁盘文件
远程过程
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缓存
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分布式文件系统
• 文件共享语义
– 文件共享语义决定什么时候一个用户对易变 （更新覆盖）文件的修改可以让其他用户知道。 – 主要有三种文件共享语义：
• Unix语义：写操作其他用户立刻可见； • 会话语义：多个用户可同时会话，会话期间其他用 户不可见。会话结束后有一个用户的结果被保存， 并被其他用户可见； • 事务语义：多个用户可同时启动事务，对文件的共 享操作满足事务特征要求，且完成的事务满足可串 行性要求。
4. 全复制算法（没有转移和复制） 是一个“多读/多写”协议，保持数据拷贝一致性的 方法是在全局范围内设立一个排序者，并根据全局 排序者给出的时戳，顺序化写操作（类似11章中的活 动复制方法），有2种算法：
算法一：（排序者分配写请求的顺序号，并由排序者负责把 请求连同顺序号一起广播） 1)（客户端）如果是写操作，向排序者发出数据对象； 2) （排序者）收到数据对象，加上一个顺序号。给客户端 一个带顺序号的信号，然后把数据对象连同顺序号一起 广播到所有站点； 3) （客户端）收到回答，根据每个数据对象的顺序号更新 本地存储器； 4) （其它站点）收到数据对象，根据每个数据对象的顺序 号更新本地存储器 。
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存储器相关性问题
算法二：（客户端收到顺序号后负责广播更新） 1)（客户端）如果是写操作，向排序者发出信号； 2) （排序者）收到信号，回答给客户端一个带顺序号的信 号； 3) （客户端）收到顺序号，把数据对象连同顺序号一起广 播到所有站点，根据每个数据对象的顺序号更新本地存 储器； 4) （其它站点）收到数据对象，根据每个数据对象的顺序 号更新本地存储器 。
– 分布式系统的名字服务应当提供：
• 位置透明性：名字和位置无关联； • 位置无关性：位置的变化不影响名字。
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分布式文件系统
• 密钥和身份认证
– 实现分布式系统资源存取时的身份认证。 – 常用2种认证方法：
• 认证服务器：维护一个用户口令列表的数据库；认 证对所有处理器有效； • 公共密钥机制（RSA），以用户口令作为私人密钥， 同时维护一个公开密钥的数据库用于服务方的认证。 （数字签名） 后者较好，它是一种分布式的《分布式系统》(十二) 08-06 19
存储器相关性问题
2. 转移算法（转移但没有复制）
总是把数据转移到要访问的站点，是一个“单读/单 写”协议：
1) （客户端）如果需要的数据不在本地，确定它的位置， 然后发出请求； 2)（远程主机）收到请求，发出数据对象；（转移） 3)（客户端）收到回答，访问数据对象（读或写）。
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分布式数据库系统
• 分布式数据库是一系列物理上分布、逻辑上互相关 联的数据库的集合。分布式数据库由分布式数据库 管理系统（分布式DBMS）负责管理，使系统对用 户透明。 • 分布式DBMS相对集中式DBMS的优点体现在：
– 透明性：提供多种形式的透明性（分布、复制、分段）。 – 可靠性：消除单点故障，数据复制增加数据库的可用性。 – 高性能：分布的数据服务减少对CPU和I/O的竞争，支持 并行操作。 – 可扩展性：容易实现数据库尺度的增长。 – 可共享性：实现广域分布的数据和资源共享。
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分布式文件系统
• 保护
– 有4种保护远程文件访问的方法：
• 用远程系统的用户帐户（UID ）登录，以控制访问 权；（如FTP或Windows设置访问控制的文件访问） • 不用登录或用远程系统的公开UID （如guest）登录， 对访问几乎没有控制；（如Anonymous FTP或Windows不
分布式操作系统
• 分布式系统是介于网络系统和多处理器系 统之间的系统：
网络系统 多处理器系统
– 多处理器系统是紧密耦合的系统；网络系统是 松耦合的系统；分布式系统的耦合程度介于它 们之间。 – 多处理器系统是紧密的、单一的操作系统来管 理，对用户来说是一个整体；网络系统是松散 的、多操作系统组成，用户需要显式知道各组 成部分的细节；分布式系统的操作系统也介于 它们之间。
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分布式数据库系统
• 根据自治、分布、异构性将分布式数据库系统进行 归类（IEEE 1991） ：
– 缓存位于客户端主存的好处：
• 可以在无盘工作站上实现； • 提供更快速的访问（切实减少网络流量）。
– 缓存位于客户端磁盘的好处：
• 更可靠（失电保护）； • 缓存容量大。
– 缓存可由客户端发起或服务器发起的方法来确 保一致性。
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分布式共享存储器
• 分布式共享存储器（DSM）的结构：
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存储器相关性问题
• Stumm和Zhou将实现相关性分为4种途径：
1. 中心服务器算法（没有转移和复制）
由中心服务器维护一份共享数据的拷贝，负责所有 对共享数据的访问：
1)（客户端）发一个数据请求给中心服务器； 2) （中心服务器）收到请求，完成数据访问（读或写）并 发出回答； 3)（客户端）收到回答。
和全局地址空间，但每个线程有独立的局部变量栈）
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分布式操作系统
– 分布式操作系统应具备向用户提供下列 8 种服 务：
• • • • • • • • 文件服务 打印服务 进程服务 终端服务 邮件服务 时间服务 启动服务 网关服务
(P264~265)
– 服务针对不同的应用需要来设计，可以在硬件 或微内核提供基本服务的基础上实现。（在微内
核基础上实现可以极大地解决分布式操作系统开发日益增长的复 杂性）
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分布式文件系统
• 分布式文件系统是多用户单节点文件系统的分布 式实现，其关键是要高效、可靠地实现。而且， 广域分布的服务器和存储设备的多样性必须对客 户端透明。
讨论： • 文件存取模型
客户端
请求
服务器
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分布式操作系统
– 多处理器系统的PE是不能单独工作的，所有的 PE组成一个硬件整体，并由一个操作系统来管 理；网络系统的PE是可以独立工作的，且各自 由相同或不同的操作系统来管理；分布式系统 的PE是在硬件和底层软件系统（微内核）上是 独立的，但需由一个统一、集成的分布式操作 系统(DOS)来调度。 – 物理上，多处理器系统是本地系统；网络系统 和分布式系统是地理上分散的远程系统组成的， 但在远程资源的访问上，网络系统的用户需要 知道远程资源的位置；而分布式系统的用户不 需要知道远程资源的位置。 – 分布式系统有更强的、透明的容错性。
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分布式文件系统
• 缓存
– 提高分布式系统文件（数据）访问的性能。 – 缓存可位于3处：
客户端
*
主存储器
服务器
*
主存储器
*
硬盘
硬盘 (原始文件)
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分布式文件系统
– 缓存位于服务器主存的好处：
• 容易实现对客户端透明； • 容易确保原始文件和缓存版本的一致性。
第12章 分布式系统的应用
分布式系统的应用
• 本章概述性地介绍了分布式系统在下述方 面：
– – – – – 分布式操作系统 分布式文件系统 分布式共享存储器 分布式数据库系统 异构型处理