分布式系统介绍说明课件

1、分布式系统介绍说明分布式系统介绍说明21.1 分布式系统概念1.2 分布式系统的特点1.3 硬件概念1.4 软件概念1.5 分布式系统设计问题主要内容41.1 分布式系统概念主要内容3 What is a Distributed System? “一个分布式系统是若干个独立的计算机的集合，但是对该系统的用户来说，系统就像一台计算机一样。” 两个方面的含义： 硬件方面：各个计算机都是自治的 软件方面：用户将整个系统看作是一台计算机 1.1 分布式系统概念5 What is a Distributed Sys4集中式系统6集中式系统5Sun ULTRA5 with 32GB disk6 Units

2、Eathernet Switch100MSun ULTRA1032GB diskOne unitNOW(Network of Workstations)7Sun ULTRA5 Eathernet SwitchSu6The Grid8The Grid7分布式系统定义一个分布式系统组织成中间件形式，中间件层分布在多台机器上。1.19分布式系统定义一个分布式系统组织成中间件形式，1.18应用举例 银行“一卡通”系统电信“神州行”系统 SETIHome从集中式系统到分布式系统高性能微型计算机(PC)的普及高速计算机网络（LAN、WAN）的普及 10应用举例91.1 分布式系统概念1.2 分布式系统的特

3、点1.3 硬件概念1.4 软件概念1.5 分布式系统设计问题主要内容111.1 分布式系统概念主要内容10优点 - 与集中式系统相比较1、经济性：高的性能/价格比 GroschLaw: Power Price2 NOPC vs. 大型机（mainframe）1.2 分布式系统的特点12优点 - 与集中式系统相比较1.2 分布式系统的特点112、性能：能产生单个大型主机不能达到的绝对性能 10,000 X 50MIPS 500,000MIPS（5千亿次）= 0.002ns/次=0.7mm优点 - 与集中式系统相比较132、性能：能产生单个大型主机不能达到的绝对性能 优点 -123、应用的固有的分

4、布性, 例如： CSCW 工作流4、可靠性高 多工系统的容错能力5、可扩充性强 系统演进能力（evolution）优点 - 与集中式系统相比较143、应用的固有的分布性, 例如：优点 - 与集中式系统13总结：优点 - 与集中式系统相比较项目描 述经济 微处理机提供了比大型主机更好的性能价格比速度分布式系统总的计算能力比单个大型主机更强固有的分布性一些应用涉及到空间上分散的机器可靠性如果一个机器崩溃,整个系统还可以运转渐增计算能力可以逐渐有所增加15总结：优点 - 与集中式系统相比较项目描 述经济141、支持数据共享 文件 数据库2、支持设备共享 高档打印机 海量磁盘优点 -与独立PC机比较1

5、61、支持数据共享优点 -与独立PC机比较153、P2P通信 email BBS4、灵活性负载分配优点 -与独立PC机比较173、P2P通信优点 -与独立PC机比较16总结：优点 -与独立PC机比较项目描 述数据共享允许多个用户访问一个公共的数据库设备共享允许多个用户共享昂贵的外围设备(如彩色打印机)通信使得人们之间的通信更加容易,如通过电子邮件灵活性用最有效的方式将工作负荷分配到可用的机器上18总结：优点 -与独立PC机比较项目描 述数据共享允许17存在的问题项目描 述软件目前为分布式系统开发的软件还很少网络通信网络可能的问题: 如 QoS等等安全容易造成对保密数据的访问19存在的问题项目描

6、 述软件目前为分布式系统开发的软件还很181.1 分布式系统概念1.2 分布式系统的特点1.3 硬件概念1.4 软件概念1.5 分布式系统设计问题主要内容201.1 分布式系统概念主要内容19Flynn分类：（1972）SISD（单指令流、单数据流 ）：（PC机）SIMD （单指令流、多数据流 ） ：矩阵计算机MISD （多指令流、单数据流 ） ：无MIMD （多指令流、多数据流 ） ：分布式系统1.3 硬件概念：多台计算机是如何联结在一起 ？CPU指令流个数数据流个数21Flynn分类：1.3 硬件概念：多台计算机是如何联结20存储器使用：共享式、私有式多处理器系统（multi-proces

7、sor）多计算机系统（multi-computer） MIMD分类PPMPPPMPMM具有共享存储器的通常称为多处理机（multiprocessor）或多处理器；而不具有共享存储器的则称为多计算机(multicomputer) 22存储器使用：共享式、私有式MIMD分类PPMPPPMPM21连接方式：总线式交换式关联程度：紧耦合式：多用于并行系统 松耦合式 ：多用于分布式系统 MIMD分类23MIMD分类22MIMD系统分类 sequent 超级计算机 LAN工作站 超立方 Encor RP3 Transputer 24MIMD系统分类 sequent 23（1）总线型多处理机解决总线过载：高

8、速缓存（cache）： 命中率（hit rate） 缓存一致性（coherency）直写（Write-through）监听（ Snoopy）控制线、数据线、地址线SMP？25（1）总线型多处理机解决总线过载：高速缓存（cache）24（2）交换型多处理机交叉开关线：n2个交叉开关点Omega开关网：2 2开关点，共n (log2n) /2个NUMA(NonUniform Memory Access)：分层存储26（2）交换型多处理机交叉开关线：n2个交叉开关点25（3）总线型多计算机 本地内存 局域网络（10M 1000M）只用于CPU和CPU之间的通信 27（3）总线型多计算机 本地内存26

9、网格（grid）：二维平面(n2个节点)。超立方（hypercube）：n维立方（2n个节点）（4）交换型多计算机28网格（grid）：二维平面(n2个节点)。（4）交换型多27Intel 单核CPU芯片29Intel 单核CPU芯片28Intel多核结构Replicate multiple processor cores on a single die.30Intel多核结构Replicate multiple 29多核处理器是一类特殊的多处理机所有处理器在同一个芯片上多核处理器是MIMD: 不同的核执行不同的指令，操作内存的不同位置 多核是一个共享内存的多处理机：所有核共享同一个内存31多

10、核处理器是一类特殊的多处理机所有处理器在同一个芯片上302 Processors vs. 2 Cores2 CoresTwo cores on same die connected directlyMultiple threads and processes automatically processed in parallelOnly a small increase in power consumption2 ProcessorsTwo separate chips connected externally by a system busRequires explicit software

11、 supportMuch greater power consumption322 Processors vs. 2 Cores2 Co31Inter-Core Bus InterfacePentium D with 975X ChipsetMemory ControllerHubI/O Controller HubDDR2 MemoryPCI Express x166 PCI4 Serial ATA Ports6 PCI Express x1High-Definition Audio2 PCI Express x8orDMI (2 GB/s)1066 / 800 MHz FSBCore 1L

12、2 Cache(for Core 1)Core 0L2 Cache(for Core 0)6 USB 2.0Intel Matrix StorageBIOS SupportIntel Pro 1000 LAN33Inter-Core Bus InterfacePent321.1 分布式系统概念1.2 分布式系统的特点1.3 硬件概念1.4 软件概念1.5 分布式系统设计问题主要内容341.1 分布式系统概念主要内容33分类： 紧耦合式、 松耦合式1.4 软件相关概念紧耦合 松耦合 软件硬件松耦合紧耦合 分布式OS多处理机分时OS 网络OS35分类：1.4 软件相关概念紧耦合 松耦34软件相关概

13、念An overview of DOS (Distributed Operating Systems)NOS (Network Operating Systems)MiddlewareSystemDescriptionMain GoalDOSTightly-coupled operating system for multi-processors and homogeneous multicomputersHide and manage hardware resourcesNOSLoosely-coupled operating system for heterogeneous multico

14、mputers (LAN and WAN)Offer local services to remote clientsMiddlewareAdditional layer atop of NOS implementing general-purpose servicesProvide distribution transparency36软件相关概念An overview of SystemD35网络操作系统（NOS）网络操作系统的一般结构37网络操作系统（NOS）网络操作系统的一般结构36网络操作系统（NOS）远程登录telnetrlogin38网络操作系统（NOS）远程登录37网络操作系统

15、（NOS）网络文件NFSmount磁盘映射39网络操作系统（NOS）网络文件NFS38真正的分布式系统单一的、全局的进程间通信机制协议、位置全局进程管理创建、启动、挂起、撤销全局文件系统文件名、目录、操作统一的系统调用接口40真正的分布式系统单一的、全局的进程间通信机制39多处理机分时系统（MPOS）具有一个运行队列的多处理机系统 41多处理机分时系统（MPOS）具有一个运行队列的多处理机系40多处理机分时系统（MPOS）存在一个唯一的运行队列 文件系统的结构不同特点：42多处理机分时系统（MPOS）存在一个唯一的运行队列 特点41多计算机操作系统多件算机操作系统的一般结构1.1443多计算机

16、操作系统多件算机操作系统的一般结构1.1442多计算机操作系统消息传递的阻塞和缓冲1.1544多计算机操作系统消息传递的阻塞和缓冲1.1543多计算机操作系统Relation between blocking, buffering, and reliable communications.Synchronization pointSend bufferReliable comm. guaranteed?Block sender until buffer not fullYesNot necessaryBlock sender until message sentNoNot necessaryB

17、lock sender until message receivedNoNecessaryBlock sender until message deliveredNoNecessary45多计算机操作系统Relation between blo44分布式共享内存系统Pages of address space distributed among four machinesSituation after CPU 1 references page 10Situation if page 10 is read only and replication is used46分布式共享内存系统Pages

18、 of address sp45分布式共享内存系统False sharing of a page between two independent processes.47分布式共享内存系统False sharing of a 46中间件分布式系统作为中间件的一般结构1-2248中间件分布式系统作为中间件的一般结构1-2247中间件和开放性 In an open middleware-based distributed system, the protocols used by each middleware layer should be the same, as well as the in

19、terfaces they offer to applications.1.2349中间件和开放性 In an open middle48三种操作系统比较项 目网络操作系统分布式操作系统多处理机操作系统中间件看起来象一个虚拟的单处理机系统?否是是所有的机器只运行相同的操作系统?否是是否有多少操作系统的拷贝?NN1N怎样通信?共享文件消息共享存储器模型特定需要共同一致的网络协议?是是否是是否只有一个运行队列?否否是否文件共享是否有良好的语义定义?通常没有是是通常有资源管理每个节点全局分布全局集中每个节点可扩性好一般差变化的开放性好一般差好50三种操作系统比较项 目网络操分布式操多处理机中间491.1 分布式系统概念1.2 分布式系统的特点1.3 硬件概念1.4 软件概念1.5 分布式系统设计问题主要内容511.1 分布式系统概念主要内容50透明性（Transparency）（对用户、对程序）1.5 分布式系统设计中的关键问题种 类含 义位置透明用户不知道资源位于何处迁移透明资源可以不改名地随意移动复制透明用户不知道有多少个拷贝存在并发透明多个用户可以自动的共享资源并行透明系统活动可以在用户没有感觉的情况下并行发生52透明性（Trans