分布式系统设计1

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1、下载第1章概论显然，未来对计算速度、系统可靠性和成本实效性的要求必将促使发展另外的计算机模型来取代传统的冯·诺依曼型结构的计算机。随着计算机网络的出现，一个新的梦想成为可能—分布式计算。当用户需要完成任何任务时，分布式计算提供对尽可能多的计算机能力和数据的透明访问，同时实现高性能与高可靠性的目标。在过去的10年里，人们对分布式计算系统的兴趣迅猛发展。有关分布式计算的主题是多种多样的，许多研究人员正在研究关于分布式硬件结构和分布式软件设计的各方面问题以开发利用其潜在的并行性和容错性。在这一章里，我们将考虑一些基本概念以及与分布式计算相关的一些问题，并列

2、出了本书所覆盖的主题。1.1推动因素计算机技术的发展可以通过使用计算机的不同方式来描述。在50年代，计算机是串行处理机，一次运行一个作业直至完成。这些处理机通过一个操作员从控制台操纵，而对于普通用户则是不可访问的。在60年代，需求相似的作业作为一个组以批处理的方式通过计算机运行以减少计算机的空闲时间。同一时期还提出了其他一些技术，如利用缓冲、假脱机和多道程序等的脱机处理。70年代产生了分时系统，不仅作为提高计算机利用率的手段，也使用户离计算机更近了。分时是迈向分布式系统的第一步：用户可以在不同的地点共享并访问资源。80年代是个人计算的10年：人们有了

3、他们自己专用的机器。由于基于微处理器的系统所提供的出色的性能/价格比和网络技术的稳步提高，90年代是分布式系统的10年。分布式系统可以有不同的物理组成：一组通过通信网络互连的个人计算机，一系列不仅共享文件系统和数据库系统而且共享CPU周期的工作站（而且在大部分情况下本地进程比远程进程有更高的优先级，其中一个进程就是一个运行中的程序），一个处理机池（其中终端不隶属于任何一个处理机，而且不论本地进程还是远程进程，所有资源得以真正的共享）。分布式系统是无缝的，也就是说网络功能单元间的接口很大程度上对用户不可见。分布式计算的思想还被应用在数据库系统[16、3

4、8、49]，文件系统[4、24、33、43、54]，操作系统[2、39、46]和通用环境[19、32、35]。另一种表示同样思想的说法是用户把系统看成一个虚拟的单处理机而不是不同处理机的集合。向分布式系统发展的主要推动因素在于：¥固有的分布式应用。分布式系统以一种很自然的方式开始存在，例如，在我们的社会中，人群在地理上是分布式的并且分布式地共享信息。一方面，一个分布式数据库系统中的信息产生于不同的分支机构（子数据库），因此本地访问可以很快进行；另一方面，系统也提供了全局视图来支持各种全局操作。¥性能/成本。分布式系统的并行性减少了处理瓶颈，全方位提高

5、了性能，也就是说，分布式系统提供了更好的性能价格比。2部分分布式系统设计下载¥资源共享。分布式系统能有效地支持不同地方的用户对信息和资源(硬件和软件)的共享。¥灵活性和可扩展性。分布式系统可以增量扩展，并能方便地修改或扩展系统以适应变化的环境而无需中断其运行。¥实用性和容错性。依靠存储单元和处理单元的多重性，分布式系统具有在系统出现故障的情况下继续运行的潜力。¥可伸缩性。分布式系统容易扩大规模以包括更多的资源（硬件和软件）。LeLann[23]讨论了分布式系统的目的与目标，并通过区分物理的分布和逻辑的分布解释了其中一些与众不同的特征。可扩展性、逐渐增

6、加的实用性和更好的资源共享被认为是最重要的目标。目前对分布式系统[5、23]的兴趣主要有两种刺激因素：技术上的变化和用户的需求。技术上的变化有两方面：微电子技术的进步生产出快速而廉价的处理器；通信技术的进步使得高效的计算机网络进入实用阶段。计算机间长距离而且相对慢速的通信链路长期以来存在着，然而就是最近出现了快速、廉价而且可靠的局域网（LAN）技术。这些局域网通常以10～100Mbps（兆比特每秒）的速率运行。与此同时，城域网（MAN）和广域网（WAN）也变得越来越快和更加可靠。通常情况下，局域网跨越的地域直径不超过几公里，城域网可覆盖的直径达几十公

7、里，广域网可扩展到整个世界。最近异步传输模式（ATM）被认为是未来的新兴技术，它可以为局域网和广域网提供高达1.2Gbps（千兆比特每秒）的数据传输速率。在用户需求上，很多企业实际上都是相互合作的，例如办事处、跨国公司、大学计算中心等等，它们都要求共享资源和信息。1.2基本计算机组成冯·诺依曼型的计算机包括CPU、存储部件和I/O。CPU是计算机的大脑。它通过读取、检查并逐条执行指令来执行存储在存储器中的程序。存储器单元存储指令（指令的序列叫做程序）和数据。I/O负责指令和数据进出处理器。两个基本的计算机组织结构如下：¥物理共享式存储器结构（图1-1

8、a）有一个被所有CPU共享的单一存储器地址空间。这样一个系统叫做紧耦合系统。在一个物理共享式存储器系统中，C