分布式设计与开发(二)_几种必须了解的分布式算法
分布式系统中的任务调度算法
分布式系统中的任务调度算法1. 轮询调度算法（Round Robin）：将任务按顺序分配给所有可用的计算节点，每个节点依次接收任务直到全部节点都接收到任务，然后重新开始分配。
这种调度算法简单易实现，但不能根据节点负载情况做出合理调度决策。
2. 随机调度算法（Random）：随机选择一个可用的计算节点，将任务分配给它。
这种调度算法简单高效，但不能保证节点的负载平衡。
3. 加权轮询调度算法（Weighted Round Robin）：为每个计算节点设置一个权重值，根据权重值的大小将任务分配给相应的计算节点。
这种调度算法可以根据节点的性能和资源情况进行灵活调整，实现负载均衡。
4. 最小任务数优先算法（Least Task First）：选择当前任务最少的计算节点，将任务分配给它。
这种调度算法可以实现最小负载优先策略，但不能考虑计算节点的性能差异。
1. 最短任务时间优先算法（Shortest Job First）：根据任务的处理时间，选择处理时间最短的计算节点，将任务分配给它。
这种调度算法可以最小化任务的执行时间，但无法适应节点负载波动的情况。
2. 最靠近平均负载算法（Nearest Load First）：选择负载最接近平均负载的计算节点，将任务分配给它。
这种调度算法可以实现负载均衡，但每次任务调度需要计算计算节点的负载，并更新平均负载值，造成一定的开销。
3. 动态加权轮询调度算法（Dynamic Weighted Round Robin）：根据各个计算节点的负载情况动态调整其权重值，实现负载均衡。
这种调度算法能够根据系统负载情况作出灵活调度决策，并适应系统负载波动的情况。
4. 自适应任务调度算法（Adaptive Task Scheduling）：根据任务的执行状态动态调整任务分配策略。
这种调度算法可以根据任务执行情况实时调整任务分配，提高系统的性能和吞吐量。
1.基于遗传算法的任务调度算法：将任务调度问题建模为一个优化问题，并使用遗传算法等优化算法进行求解。
分布式算法ppt课件
§2.1.1 系统
容许执行：(满足活跃性条件) 异步系统中，若某个处理器有无限个计算事件，每 个发送的msg都最终被传递，则执行称为容许的。 Note: 无限个计算事件是指处理器没有出错，但它 不蕴含处理器的局部程序必须包括一个无限循环 非形式地说：一个算法终止是指在某点后转换函数 不改变处理器的状态。
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§2.1.1 系统
配置：配置是分布式系统在某点上整个算法 的全局状态
向量=(q0, q1,…qn-1), qi是pi的一个状态 一个配置里的outbuf变量的状态表示在通信信道上 传输的信息，由del事件模拟传输 一个初始的配置是向量=(q0, q1,…qn-1), 其中每个qi 是pi的初始状态，即每个处理器处于初始状态
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§1.1 分布式系统 演示界面-支持的文件类型
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§1.1 分布式系统 Agents工作界面
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§1.1 分布式系统 NASA SETI寻找外星人计划
SETI (搜寻外星智慧) 是一个寻找地球外智慧生命的科学性实验计划， 使用射电望远镜来监听太空中的窄频无线电讯号。假设这些讯号中有 些不是自然产生的，那么只要我们侦测到这些讯号就可以证明外星科 技的存在。
ElcomSoft 的密码恢复软件主要是面向 Office，包括（Word, Excel, Access, Outlook, Outlook Express, VBA, PowerPoint and Visio)
其他的面向微软的产品有（Project, Backup, Mail, Schedule+), archive products (including ZIP, RAR, ACE and ARJ files)等
第二部分 分布式算法
分布式公式算法
分布式公式算法分布式公式算法是一种在分布式系统中进行计算的方法。
在传统的计算模式中，计算任务通常由单个计算机完成，而分布式公式算法则将计算任务分散到多个计算节点上进行并行计算，从而提高计算效率和性能。
分布式公式算法的核心思想是将复杂的计算任务分解成多个子任务，并将这些子任务分配给不同的计算节点进行计算。
每个计算节点独立地计算自己分配到的子任务，并将计算结果返回给主节点进行整合。
通过这种方式，分布式公式算法能够充分利用多个计算节点的计算能力，加快计算速度。
在分布式公式算法中，任务的分配和结果的整合是关键的环节。
通常情况下，主节点负责将计算任务分配给各个计算节点，并收集和整合计算结果。
为了保证任务的均衡分配，主节点需要根据计算节点的计算能力和负载情况来进行任务分配。
同时，为了保证计算结果的正确性，主节点需要对计算结果进行验证和整合。
分布式公式算法在实际应用中有着广泛的应用。
例如，在科学计算领域，分布式公式算法可以用于加速大规模的数值计算和模拟实验。
在互联网领域，分布式公式算法可以用于处理大规模的数据集和复杂的数据分析任务。
在人工智能领域，分布式公式算法可以用于训练深度神经网络和进行大规模的机器学习任务。
然而，分布式公式算法也面临着一些挑战和问题。
首先，任务的分配和结果的整合需要消耗一定的通信和计算资源，可能会引入额外的延迟和开销。
其次，分布式公式算法需要解决节点故障和网络故障等问题，以保证计算的正确性和可靠性。
此外，分布式公式算法还需要考虑数据的一致性和隐私保护等问题。
为了克服这些挑战和问题，研究者们提出了许多改进和优化的方法。
例如，可以使用动态任务分配策略来根据计算节点的负载情况和网络状况来动态地调整任务的分配。
同时，可以使用冗余计算和容错机制来提高计算的可靠性和容错性。
此外，还可以使用加密和隐私保护技术来保护数据的安全性和隐私性。
总之，分布式公式算法是一种在分布式系统中进行计算的方法，能够充分利用多个计算节点的计算能力，提高计算效率和性能。
分布式计算
分布式计算分布式计算是一种能够以集群的方式来增强计算能力的计算模型，它把一个复杂的计算问题拆分成一系列更简单的子任务，这些子任务可以在分布式的计算机系统中同时进行。
每台计算机都将处理其分配到的子任务，每台计算机之间通过交换信息来协调它们之间的工作。
最终，每台计算机的结果都被结合起来，从而获得原来复杂的计算问题的正确答案。
分布式计算的历史以分布式计算的形式，可以追溯到20世纪60年代末期，当时，研究人员开始使用网络连接多台计算机，以共同完成计算任务。
根据它的定义，非集中式计算机也可以被视为分布式计算，但它一直没有得到特别关注，直到20世纪90年代中期，随着Internet的普及，分布式计算变得更加容易，开始受到更多关注。
分布式计算的应用分布式计算的实际应用包括电子商务，数据挖掘，以及许多其他分析应用程序，用于收集和分析海量数据，进行预测或发现新趋势。
此外，分布式计算也用于支持复杂的科学和工程计算，如多维数值模拟，还用于解决资源管理问题，物联网应用，供应链管理，以及被称为智能合约的分布式智能合约。
分布式计算的技术分布式计算的技术主要涉及分布式计算模型、分布式调度技术、分布式存储技术、分布式通信技术、分布式并行编程技术，以及相关的软件开发工具和技术。
其中，分布式计算模型描述整个分布式系统的架构，并用于定义任务分配和系统结构。
分布式调度技术用于调度分布式任务，确定任务的执行顺序，以及如何在子任务之间传递结果。
分布式存储技术可以实现任务计算的数据共享，将数据分布在多个节点中。
分布式通信技术是分布式计算中非常重要的技术，它负责系统中节点之间通信和数据传输，而分布式并行编程技术是一种将复杂问题拆分成独立任务的开发技术，用于实现多个节点同时执行任务。
分布式计算的发展随着技术的不断发展，分布式计算正在让计算能力更加强大，从而实现一个新的计算模型，更加灵活的计算平台和计算技术。
未来，将更加注重在计算方面的软件自定义和计算性能优化。
常见的分布式算法
常见的分布式算法分布式算法是一种能够处理大规模分布式系统的算法。
随着云计算和大数据的不断发展，分布式算法也逐渐成为了计算机科学领域的热门研究方向。
本文将介绍几种常见的分布式算法。
1. Paxos算法Paxos算法是一种用于解决分布式一致性问题的经典算法。
它能够确保在一个分布式环境中，多个进程能够达成一致的决策，即使发生网络故障或进程崩溃等异常情况。
Paxos算法被广泛应用于分布式数据库、分布式文件系统等领域。
2. Raft算法Raft算法是一种新兴的分布式一致性算法，它与Paxos算法类似，但更易于理解和实现。
Raft算法的设计目标是使分布式系统的可理解性更高，从而降低系统实现和维护的难度。
因此，Raft算法在近年来得到了广泛的关注和应用。
3. MapReduce算法MapReduce算法是一种用于处理大规模数据的分布式算法。
它通过将大规模数据分解成多个小数据块，并将这些数据块分散到多个计算机节点上进行并行计算，从而实现高效的数据处理。
MapReduce算法被广泛应用于搜索引擎、数据仓库等领域。
4. Gossip算法Gossip算法是一种用于分布式信息传播的算法。
它通过模拟人类社交网络中的信息传播行为，实现分布式节点之间的信息传输和共享。
Gossip算法在分布式系统中具有很高的可扩展性和容错性，因此在云计算、分布式数据库等领域得到了广泛应用。
总之，分布式算法是一种非常重要的计算机科学研究方向，它能够提高分布式系统的可扩展性、可靠性和性能。
通过学习和应用以上几种常见的分布式算法，我们可以更好地理解和应用分布式系统，从而促进分布式计算的发展。
深入理解分布式计算的基本原理与方法
深入理解分布式计算的基本原理与方法分布式计算是一种利用多个计算机协同工作来完成一个任务的计算模型。
它将一个大的计算任务分解成多个小的子任务，并将这些子任务分派给多台计算机同时运算，最后将结果进行整合。
分布式计算具有高效、可伸缩、容错等特点，广泛应用于数据处理、科学计算、云计算等领域。
分布式计算的基本原理是任务分解与结果整合。
具体来说，分布式计算将一个大的计算任务分解成多个小的子任务，并将这些子任务分配给不同的计算机节点进行并行计算。
每个计算机节点负责完成自己的子任务，并将运算结果返回。
最后，将各个计算节点的结果进行整合，得到最终的计算结果。
在分布式计算中，有三个关键概念：任务调度、数据通信和容错处理。
任务调度是指如何将任务分解成多个子任务，并将这些子任务分派给计算机节点进行计算。
数据通信是指节点之间如何进行信息交流和数据传输，以便节点可以相互协作完成任务。
容错处理是指如何处理节点故障或通信异常等异常情况，以保证整个分布式系统的稳定性和可靠性。
在分布式计算中，有多种任务调度方式，如静态任务划分、动态任务划分和任务合作。
静态任务划分是指在任务开始之前就将任务划分成多个子任务，并在各个计算机节点上进行并行计算。
动态任务划分是指根据实际运行情况，动态地将任务划分成多个子任务，并动态地分配给计算机节点。
任务合作是指计算机节点之间相互协作，共同完成一个任务，每个节点负责计算任务中的一部分，并将计算结果传递给其他节点进行进一步计算。
数据通信在分布式计算中起着至关重要的作用。
分布式计算系统需要能够进行高效的数据传输和信息交流，以保证节点之间能够及时、准确地进行任务分发和结果传递。
为了实现高效的数据通信，可以采用消息传递机制，即通过消息传递的方式进行节点之间的通信。
消息传递可以分为同步消息传递和异步消息传递两种方式。
同步消息传递是指发送方等待接收方接收完消息后再继续执行，而异步消息传递是指发送方发送消息后立即继续执行，不等待接收方的响应。
分布式协调算法
分布式协调算法是一组用于在分布式系统中协调各个节点行为的算法。
这些算法的目标是确保系统的一致性、可靠性和性能。
下面介绍几种常见的分布式协调算法：1. 选举算法：用于从多个节点中选举出一个节点作为主节点或领导者。
常见的选举算法有Bully算法和Ring算法。
这些算法通过交换消息来确定哪个节点应该成为领导者，并确保在领导者出现故障时能够重新选举。
2. 原子广播算法：用于向分布式系统中的所有节点广播消息，确保所有节点都能收到消息。
典型的两阶段提交协议实现了原子广播。
这种算法可以确保消息被可靠地传输到所有节点，从而保持系统的一致性。
3. 一致性算法：用于确保分布式系统中每个节点的数据状态能够保持一致。
例如，Paxos算法可以实现高可用的强一致性。
这种算法通过节点间的协商和投票来达成一致的数据状态，从而确保系统的正确性。
4. 成员管理算法：负责维护分布式系统的成员状态，用于动态监测节点加入和离开。
例如，Gossip算法实现了扇出方式的信息传播。
这种算法通过定期交换信息来检测节点的状态变化，从而保持系统的动态平衡。
5. 负载均衡算法：将任务和请求均衡分配给后端各个节点，以确保系统的负载均衡和高可用性。
常见的负载均衡算法包括轮询、最少连接和一致哈希等。
这些算法根据节点的负载情况和请求的特性来分配任务，从而提高系统的整体性能。
6. 动态配置协议：允许集群中的节点更新配置信息并通知给其他节点，确保集群配置视图一致。
这种协议通过定期同步配置信息来保持系统的配置一致性，从而确保系统的稳定性和可靠性。
7. 心跳检测算法：通过定期交换keepalive或heartbeat消息来检测节点存活状态。
例如，Hazelcast心跳机制就是通过这种方式来检测节点的健康状况。
这种算法可以及时发现并处理节点故障，从而保持系统的可用性。
这些分布式协调算法在分布式系统中发挥着重要作用，它们通过协调各个节点的行为来确保系统的正确性、可靠性和性能。
CAD软件中的分布式设计和计算方法
CAD软件中的分布式设计和计算方法分布式设计和计算是一种基于计算机网络和云计算技术的CAD（计算机辅助设计）软件开发和运行的方法。
这种方法的核心理念是将计算和设计任务分发到多个计算节点上进行并行处理，以提高计算效率和设计质量。
本文将详细介绍CAD软件中的分布式设计和计算方法及其应用。
一、分布式设计和计算的基本概念分布式设计和计算是一种以计算机网络为基础的计算模式，其核心思想是将计算和设计任务分发到多个计算节点上进行并行处理。
分布式设计和计算的基本概念包括：1.计算节点：计算节点是指网络中的一个计算机或计算机集群，可以完成分布式计算任务。
2.任务分发：任务分发是指将设计和计算任务分发到计算节点上进行并行处理的过程。
任务分发可以根据不同的算法或策略进行。
3.任务协作：任务协作是指计算节点间的协同工作，包括任务结果的传输和共享，以及计算节点的互相通信和协调。
4.任务调度：任务调度是指根据任务的优先级、资源的利用率和计算节点的负载等因素，将任务分发到最适合的计算节点上进行处理的过程。
二、分布式设计和计算的优势分布式设计和计算在CAD软件中的应用有很多优势，包括：1.提高计算效率：分布式设计和计算能够将设计和计算任务分发到多个计算节点上进行并行处理，大大提高了计算效率。
2.降低硬件成本：分布式设计和计算可以利用计算节点的空闲资源进行计算，减少了硬件投资和维护成本。
3.增加数据安全性：分布式设计和计算可以将数据分割成多个部分，并分别存储在不同的计算节点上，提高了数据的安全性。
4.提高系统可伸缩性：分布式设计和计算可以根据计算节点的数量和负载进行动态调整，具有良好的系统可伸缩性。
5.提供灵活的计算资源：通过分布式设计和计算，用户可以根据实际需求请求不同规模的计算资源，提高了资源的利用率。
三、分布式设计和计算的应用分布式设计和计算在CAD软件中的应用非常广泛，包括：1.大规模模拟计算：分布式设计和计算可以将大规模的模拟计算任务分发到多个计算节点上进行并行处理，提高计算效率。
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分布式设计与开发（二）------几种必须了解的分布式算法
分布式设计与开发中有些疑难问题必须借助一些算法才能解决，比如分布式环境一致性问题，感觉以下分布式算法是必须了解的（随着学习深入有待添加）：
∙Paxos算法
∙一致性Hash算法
Paxos算法
1）问题描述
分布式中有这么一个疑难问题，客户端向一个分布式集群的服务端发出一系列更新数据的消息，由于分布式集群中的各个服务端节点是互为同步数据的，所以运行完客户端这系列消息指令后各服务端节点的数据应该是一致的，但由于网络或其他原因，各个服务端节点接收到消息的序列可能不一致，最后导致各节点的数据不一致。
举一个实例来说明这个问题，下面是客户端与服务端的结构图：
当client1、client2、client3分别发出消息指令A、B、C时，Server1~4由于网络问题，接收到的消息序列就可能各不相同，这样就可能由于消息序列的不同导致Server1~4上的数据不一致。
对于这么一个问题，在分布式环境中很难通过像单机里处理同步问题那么简单，而Paxos算法就是一种处理类似于以上数据不一致问题的方案。
2）算法本身
算法本身我就不进行完整的描述和推导，网上有大量的资料做了这个事情，但我学习以后感觉莱斯利·兰伯特（Leslie Lamport，paxos算法的奠基人，此人现在在微软研究院）的Paxos Made Simple是学习paxos 最好的文档，它并没有像大多数算法文档那样搞一堆公式和数学符号在那里吓唬人，而是用人类语言让你搞清楚Paxos要解决什么问题，是如何解决的。
这里也借机抨击一下那些学院派的研究者，要想让别人认可你的成果，首先要学会怎样让大多数人乐于阅读你的成果，而这个描述Paxos算法的文档就是我们学习的榜样。
言归正传，透过Paxos算法的各个步骤和约束，其实它就是一个分布式的选举算法，其目的就是要在一堆消息中通过选举，使得消息的接收者或者执行者能达成一致，按照一致的消息顺序来执行。
其实，以最简单的想法来看，为了达到大伙执行相同序列的指令，完全可以通过串行来做，比如在分布式环境前加上一个FIFO 队列来接收所有指令，然后所有服务节点按照队列里的顺序来执行。
这个方法当然可以解决一致性问题，但
它不符合分布式特性，如果这个队列down掉或是不堪重负这么办？而Paxos的高明之处就在于允许各个client互不影响地向服务端发指令，大伙按照选举的方式达成一致，这种方式具有分布式特性，容错性更好。
说到这个选举算法本身，可以联想一下现实社会中的选举，一般说来都是得票者最多者获胜，而Paxos算法是序列号更高者获胜，并且当尝试提交指令者被拒绝时（说明它的指令所占有的序列号不是最高），它会重新以一个更好的序列参与再次选举，通过各个提交者不断参与选举的方式，达到选出大伙公认的一个序列的目的。
也正是因为有这个不断参与选举的过程，所以Paxos规定了三种角色（proposer，acceptor，和 learner）和两个阶段（accept和learn），三种角色的具体职责和两个阶段的具体过程就见Paxos Made Simple，另外一个国内的哥们写了个不错的PPT，还通过动画描述了paxos运行的过程。
不过还是那句话不要一开始就陷入算法的细节中，一定要多想想设计这些游戏规则的初衷是什么。
Paxos算法的最大优点在于它的限制比较少，它允许各个角色在各个阶段的失败和重复执行，这也是分布式环境下常有的事情，只要大伙按照规矩办事即可，算法的本身保障了在错误发生时仍然得到一致的结果。
3）算法的实现
Paxos的实现有很多版本，最有名的就是google chubby，不过看不了源码。
开源的实现可见libpaxos。
另外，ZooKeeper也基于paxos解决数据一致性问题，也可以看看它是如果实现paxos的。
4）适用场景
弄清楚paxos的来龙去脉后，会发现它的适用场景非常多，Tim有篇blog《Paxos在大型系统中常见的应用场景》专门谈这个问题。
我所见到的项目里，naming service是运用Paxos最广的领域，具体应用可参考ZooKeeper
一致性Hash算法
1）问题描述
分布式常常用Hash算法来分布数据，当数据节点不变化时是非常好的，但当数据节点有增加或减少时，由于需要调整Hash算法里的模，导致所有数据得重新按照新的模分布到各个节点中去。
如果数据量庞大，这样的工作常常是很难完成的。
一致性Hash算法是基于Hash算法的优化，通过一些映射规则解决以上问题
2）算法本身
对于一致性Hash算法本身我也不做完整的阐述，有篇blog《一致性hash算法 - consistent hashing》描述这个算法非常到位，我就不重复造轮子了。
实际上，在其他设计和开发领域我们也可以借鉴一致性Hash的思路，当一个映射或规则导致有难以维护的问题时，可以考虑更一步抽象这些映射或规则，通过规则的变化使得最终数据的不变。
一致性hash实际就是把以前点映射改为区段映射，使得数据节点变更后其他数据节点变动尽可能小。
这个思路在操作系统对于存储问题上体现很多，比如操作系统为了更优化地利用存储空间，区分了段、页等不同纬度，加了很多映射规则，目的就是要通过灵活的规则避免物理变动的代价
3）算法实现
一致性Hash算法本身比较简单，不过可以根据实际情况有很多改进的版本，其目的无非是两点：∙节点变动后其他节点受影响尽可能小
∙节点变动后数据重新分配尽可能均衡
实现这个算法就技术本身来说没多少难度和工作量，需要做的是建立起你所设计的映射关系，无需借助什么框架或工具，sourceforge上倒是有个项目libconhash，可以参考一下
以上两个算法在我看来就算从不涉及算法的开发人员也需要了解的，算法其实就是一个策略，而在分布式环境常常需要我们设计一个策略来解决很多无法通过单纯的技术搞定的难题，学习这些算法可以提供我们一些思路。