分布式系统的演进和架构34页PPT
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分布式控制系统概述PPT课件
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第二节 DCS组成
2.操作站： 完成人机界面功能、供操作员操作监视。
1. 画面种类：流程图、总貌、控制组、调整趋势、 报警归档等。
2. 宝钢高炉控制系统：800多幅流程图画面（操 作）、200多幅报警画面。
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第二节 DCS组成
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本章知识点
第一章 概述
1.分布式控制系统的概念 2.分布式控制系统的组成、结构 3.分布式控制系统的特点 4.分布式控制系统的体系结构
和技术特点 5.分布式控制系统的发展
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第一节 DCS概念
一、概念
• 分布式计算机控制系统又称集散控制系统，简称 DCS（Distributed Control System)
工厂停工，重则导致设备的损坏甚至发生火灾、爆炸
等恶性事故，这就是所谓“危险集中”。
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☞而采用一台计算机工作、另一台计算机备用的双机双 工系统，或采用常规仪表备用方式，虽可提高控制系 统的可靠性，但成本太高，如果工厂的生产规模不大， 则经济性更差，用户难以接受。因此，有必要吸收常 规模拟仪表和计算机控制系统的优点，并且克服它们 的弱点，利用各种新技术和新理论，研制出新型的控 制系统。
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☞20 世纪 70 年代初，大规模集成电路的问世及微处理 器的诞生，为新型控制系统的研制创造了物质条件。 同时，CRT 图形显示技术和数字通信技术的发展，为 新型控制系统的研制提供了技术条件，现代控制理论 的发展为新型控制系统的研制和开发提供了理论依据 和技术指导。根据“危险分散”的设计思想，过去由 一台大型计算机完成的功能，现在可以由几十台甚至 几百台微处理机来完成。各微处理机之间可以用通信 网络连接起来，从而构成一个完整的系统。
分布式操作系统
分布式操作系统的设计方法
基于云计算
利用云计算技术，将系统资源、数据和服务进行 集中管理和调度，以实现资源的动态分配和共享 。
基于分布式数据库
采用分布式数据库系统，实现数据的分布式存储 和处理，提高系统的并发性能和可扩展性。
基于容错性
通过冗余设计和故障检测与恢复机制，保证系统 的高可用性和稳定性。
基于分布式计算
THANKS
谢谢您的观看
安全审计
记录并分析系统运行过程中的安全 事件，及时发现并阻止潜在的安全 威胁。
04
分布式操作系统的应用场景和领域
分布式操作系统应用场景
数据中心
工业控制
分布式操作系统可以应用于数据中心，提供 高效、可靠、安全的数据处理和分析能力。
在工业控制领域，分布式操作系统可以支持 智能制造、工业物联网等应用场景。
采用分布式计算模型，如MapReduce、Spark等 ，实现大规模数据的并行处理和计算任务的分布 式执行。
分布式操作系统的关键技术
通信协议
为保证系统各个节点之间的可靠通信，需 设计并实现高效、安全的通信协议。
故障恢复
通过冗余设计、备份和恢复机制，快速恢 复系统正常运行。
数据一致性
通过数据复制、同步和事务处理等技术， 保证系统数据的实时性和一致性。
高可用性
分布式操作系统可以容忍部分节点 的故障，保证系统整体的可用性和 稳定性。
灵活性
分布式操作系统可以根据需求灵活 地配置和管理资源，满足多样化的 应用需求。
可维护性
分布式操作系统通常具有友好的用 户界面和易于理解的系统结构，方 便管理员进行维护和管理。
03
分布式操作系统的设计和实现
分布式操作系统设计原则
分布式文件系统HDFSPPT课件
《大数据技术及应用》
信息科学与技术学院
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3.1 分布式文件系统
• 3.1.1 • 3.1.2
计算机集群结构 分布式文件系统的结构
《大数据技术及应用》
信息科学与技术学院
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3.1.1计算机集群结构
•分布式文件系统把文件分布存储到多个计算机节点上，成千上万的计算 机节点构成计算机集群 •与之前使用多个处理器和专用高级硬件的并行化处理装置不同的是，目 前的分布式文件系统所采用的计算机集群，都是由普通硬件构成的，这就 大大降低了硬件上的开销
客户端 文件名或数据块号 名称节点
(Client)
(NameNode)
数据块号、数据块位置
写数据 读数据
数据节点 (DataNode)
数据节点 （DataNode）
……
本地Linux文件系统
本地Linux文件系统
机架1
……
备份
数据节点
数据节点
（DataNode）
（DataNode）
……
本地Linux文件系统
Ø名称节点起来之后，HDFS中的更新操作会重新写到EditLog 文件中，因为FsImage文件一般都很大（GB级别的很常见）， 如果所有的更新操作都往FsImage文件中添加，这样会导致系 统运行的十分缓慢，但是，如果往EditLog文件里面写就不会这 样，因为EditLog 要小很多。每次执行写操作之后，且在向客户 端发送成功代码之前，edits文件都需要同步更新。
《大数据技术及应用》
信息科学与技术学院
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3.4.3通信协议
• HDFS是一个部署在集群上的分布式文件系统，因此，很多 数据需要通过网络进行传输。 • 所有的HDFS通信协议都是构建在TCP/IP协议基础之上的。 • 客户端通过一个可配置的端口向名称节点主动发起TCP连 接，并使用客户端协议与名称节点进行交互。 • 名称节点和数据节点之间则使用数据节点协议进行交互。 • 客户端与数据节点的交互是通过RPC（Remote Procedure Call）来实现的。在设计上，名称节点不会主动发起RPC， 而是响应来自客户端和数据节点的RPC请求。
第9章 分布式计算机系统ppt课件计算机操作系统汤小丹梁红兵版
的同步及控制是通过消息传递实现的。
第9章
分布式计算机系统
9.2 分布式系统的设计
1．透明性(Transparency) 分布式系统的透明性具体表现在： (1) 位置透明性。在一个分布式系统中，用户不必 知道硬件或软件资源的具体位置。资源的名字不能用 资源的位置编码。
第9章
分布式计算机系统
(2) 迁移(Migration)透明性。迁移透明性是指资源 可以随意从一个计算机(节点)迁移到另一个计算机上， 而无需改变资源的名字。 (3) 复制(Replication)透明性。复制透明性是指用户 不知道系统拥有多少副本。
(4) 故障检测与恢复及系统重构和可靠性等问题的
处理和实现都比较复杂。
第9章
分布式计算机系统
9.1.2 分布式系统的特征 由分布式系统的定义可知，分布式系统是由多台 计算机组成的系统。更确切地说，分布式系统是具有 以下特点的多计算机系统。 (1) 分布性：组成系统的部件在物理上是分散的，
这些部件包括处理机、数据、算法和操作系统。
A1 An A2
A1
A2
A3
…
An A6 A5 A4
(a)
…
A3
(b)
图9.6 总线结构 (a) 线形总线；(b) 环形总线
第9章
分布式计算机系统
7．立方体结构 立方体结构又称n维立方体分布式网络结构。这种
结构把2n＝N个计算机互连起来，各计算机分别位于该
立方体的角顶。立方体的每条边把两个场点连接起来， 而每个场点则有n个全双向通路把它和n个其他计算机
第9章
分布式计算机系统
9.1 分布式计算机系统
9.1.1 概述 网络技术的发展使一些计算机系统从集中式走向 分布式，那么什么是分布式系统呢?分布式计算机系统 (Distributed Computer Systems)是由多个分散的计算机 经互连网络连接而成的计算机系统。
分布式文件系统ppt
蓝鲸分布式文件系统采用针对元数据的分布式 日志，保证系统元数据的一致性，缩短系统灾 难恢复的时间。
蓝鲸分布式文件系统支持数百个应用节点，多 个元数据服务器和网络存储服务器。 采集自系统中各个节点有关系统运行的实时信 息，为系统故障分析和性能调整提供了依据。
[1] 吴思宁，贺劲，熊劲，孟丹, DCFS 机群文件系统服务器组的设计与实现, 2002 全国开放式分布与并行计算学术会（DPCS2002），2002. [2] 张晓春，刘弓，浅谈分布式文件系统关键技术，青岛大学学报 ，2005. [3] DFS.distribured filesysytem . /data-recovery/
3 DFS 映射为用户提 供了对他们所需网络 资源的统一和透明的 访问。
4 对于系统管理员， DFS 映射是单个 DNS 名称空间：具有域 DFS，DFS 根目录目 标的 DNS 名称将解析 为 DFS 根目录的主机 服务器。
1 除了授予必要的权限之外，分布式文件系统 (DFS) 服务 不实施任何超出 Windows Server 2003 家族系统所提供的其 他安全措施。
1995---2000
•Global File System（GFS）吸取了对称多处理器（SMP）系统设计和实现的原理， 将系统中的每一个客户机类比于SMP中的一个处理器。客户机间没有任何区别， 可以平等地访问系统中的所有存储设备，就像处理器可以机会均等地访问主存一 样。这样的设计可以更好地利用系统中的资源，消除单个服务器带来的性能瓶颈 和单点失效问题。客户端之间无需通信，因此可以很好地消除客户机失效带来的 威胁。GFS采用特殊设计的DLOCK锁机制，同步多个客户机对同一设备的访问， 具有很高的效率。
吸取了很多其他本地文件系统和分布式文件系统的高级特性， 克服了在某些分布式文件系统中存在的瓶颈，使其能够真正 满足海量数据并发访问的需求。
分布式控制系统的体系结构PPT课件
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4. 管理级
• 厂级管理计算机,或是若干个机组的管理计算 机。
• 使用者：厂长、经理、总工程师、值长等行政 管理或运行管理人员。
• 主要任务：监测企业各部分的运行情况，利用 历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况， 从企业全局利益出发辅助企业管理人员进行决 策，帮助企业实现其规划目标。
Network)
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 分布控制系统典型结构
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分布控制系统典型结构
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1.现场级
• 现场级设备：传感器、变送器和执行器 现场级的信息传递方式： （1）传统的4～20mA 模拟量传输方式 （2）现场总线的全数字量传输方式 （3）在4～20mA模拟量信号上，叠加上调制 后的数字量信号的混合传输方式 现场信息传递方式发展方向：以现场总线为基 础的全数字传输
1.分布式控制系统的结构分为哪几层?各层设备有哪些? 2.怎样理解分布式控制系统的分散方式? 3.层次分散型和水平分层型的特点是什么？ 4.何为分级递阶控制结构？
第23页/共24页
感谢您的欣赏！
第24页/共24页
些。
第17页/共24页
3. 地理分散
• 分布式控制系统的安装布置方式：
• 地理集中式——把所有的基本控制单元集中在 中央控制室或附近的电子设计室内；
• 地理分散式——把基本控制单元安装在被控生 产过程的附近，即在整个厂房内分散布置。
第18页/共24页
2.2.2 DCS的体系结构
• 体系结构：分级递阶控制结构——分布式控制系 统在水平和垂直方向都是分层（级）的。
AC 800F
HSE
FIO 100
FF-H1
4. 管理级
• 厂级管理计算机,或是若干个机组的管理计算 机。
• 使用者：厂长、经理、总工程师、值长等行政 管理或运行管理人员。
• 主要任务：监测企业各部分的运行情况，利用 历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况， 从企业全局利益出发辅助企业管理人员进行决 策，帮助企业实现其规划目标。
Network)
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 分布控制系统典型结构
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分布控制系统典型结构
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1.现场级
• 现场级设备：传感器、变送器和执行器 现场级的信息传递方式： （1）传统的4～20mA 模拟量传输方式 （2）现场总线的全数字量传输方式 （3）在4～20mA模拟量信号上，叠加上调制 后的数字量信号的混合传输方式 现场信息传递方式发展方向：以现场总线为基 础的全数字传输
1.分布式控制系统的结构分为哪几层?各层设备有哪些? 2.怎样理解分布式控制系统的分散方式? 3.层次分散型和水平分层型的特点是什么？ 4.何为分级递阶控制结构？
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3. 地理分散
• 分布式控制系统的安装布置方式：
• 地理集中式——把所有的基本控制单元集中在 中央控制室或附近的电子设计室内；
• 地理分散式——把基本控制单元安装在被控生 产过程的附近，即在整个厂房内分散布置。
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2.2.2 DCS的体系结构
• 体系结构：分级递阶控制结构——分布式控制系 统在水平和垂直方向都是分层（级）的。
AC 800F
HSE
FIO 100
FF-H1
分布式系统的演进和架构
阶段七：数据库的水平/垂直拆分
我们的网站演进的变化过程， 交易、商品、用户的数据都还 在同一 个数据库中，尽管采 取了增加缓存，读写分离的方 式，但是随着数据库的压力持 续增加，数据库的瓶颈仍然是 个最大的问题。因此我 们可 以考虑对数据的垂直拆分和水 平拆分。
垂直拆分:把数据库中不同业 务数据拆分到不同的数据库。
处理，只需知道 CPU 这个组件的地址就可以了。
主流的分布式架构
微服务的特征
通过服务实现组件化
开发者不再需要协调其它服务部署对本服务的影响。
按业务能力来划分服务和开发团队
开发者可以自由选择开发技术，提供 API 服务
微服务的特征
去中心化
每个微服务有自己私有的数据库持久化业务数据
去解决的问题。
分布式系统的优势
资源共享。系统中的数据、程序、外设等资源都可由各子系统共享，这也是提高性 能价格比的重要方面，同时也增加了系统的适应性与灵活性。
性能价格比高。采用低价的微机构成高性能的系统，与同样功能的大、中型 计算机 相比，分布式多微机系统的价格仅为几分之一甚至几十分之一
采用模块化结构。使系统容易实现通用化与系列化，系统的扩充也很方便，还可以 对系统进行重构，实时地动态分配与管理系统，以适应不同环境和用户的要求。
阶段四：数据库压力变大，数据库读写分离
这个架构设计的变化会带来如 下几个问题：
主从数据库之间的数据需要同 步(可以使用 mysql 自带的 master-slave 方式实现主从复 制)
应用中需要根据业务进行对应 数据源的选择( 采用第三方数 据库中间件，例如 mycat )
阶段五：使用搜索引擎缓解读库的压力
分布式系统第二章PPT
节点的加入
节点的删除
可自行离开，无需通知其他节点。 当其他节点发现某节点P不再响应时，将其从表中删除
计算机软件所 于戈
2011-9-14
17
P2P网络的拓扑结构
主动线程和被动线程的执行步骤
do forever do forever wait(T time units) receive bufferp from p p←view.selectPeer() if pull then if push then // 0 is the initial age // 0 is the initial age buffer← buffer← ((MyAddress,0)) ((MyAddress,0)) view.permute() view.permute() move oldest H items to end of view move oldest H items to buffer.append(view.head(c/2-1)) end of view send buffer to p else // empty view to trigger response buffer.append(view.head(c/2send (null) to p 1)) if pull then send buffer to p receive bufferp from p view.select(c,H,S,bufferp) view.select(c,H,S,bufferp) view.increaseAge() view.increaseAge() （b） （ a ） 计算机软件所 于戈 2011-9-14
• 例：Globule差分复制策略
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13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称1、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
15、机会是不守纪律的。——雨果
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❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称1、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)