网络与分布计算

网络与分布计算分布计算(distributedcomputing)也称网络计算(networkingcomputing),它是充分利用网络资源的计算模型。该模型旨在提供一套有组织的系统方法 ,以实现一种开放型的标准化系统结构,使程序和数据都具有透明的分布能力和网络联结能力 ,以及互操作性和可移植性的能力。开放软件基金会OSF(OpenSoftwareFoundation),是一个由200家计算机公司组成的非营利组织,专门从事于创立一个将所有平台联网的标准。它定义的分布计算由三个层次组成 :基础性物理连接和分组交换机构,分布式计算环境,用户与网络接口。分布式计算环境(distributedcomputingenviroment,缩写为DCE)是利用操作系统提供韵功能，统一管理网络资源,向用户和应用程序提供方便的管理机制、使用方法和开发手段 ,充分利用网络性能和资源。它的目标是使不同厂家的计算机或具有不同操作系统平台的计算机 ,能集成为一个统一的计算环境 ,使程序和数据具有透明的分布能力和网络联结能力以及互操作性、可移植性的能力。最早的分布计算环境是以 SunMicrosystem公司提出的SUNNFS网络文件系统)为基础的ONC开放网络计算)，这是一个连接各种机型的通信体系。在这个网络环境中，网络内各用户能透明地共享文件,应用开发人员可高效地使用网络分散资源和异构机上的资源 ,并为网络管理员提供了各种网络管理工具。 ONC环境目前已得到世界上主要计算机厂家的支持 ，如IBM公司、Microsoft公司等。尽管如此，目前的计算环境仍存在不少问题 ，如不同厂商的网络环境不能协同工作、网络计算能力未能得到充分利用等，而且网络新技术层出不穷。为适应这种潮流，需要一种全新的统一的分布式计算环境标准。未来的分布式计算环境与现在的联网环境大有区别。现在的网络环境 ，只是把一大批机器连在一起，计算机之间进行异步的信息传输。在新的分布式环境中，将是异种机器联网的紧耦合系统，也就是说，最终用户、应用开发者、系统管理人员所看到的是一个单一的系统 ，他们共处在一个共同的界面上，机器与机器之间的数据、资源、名称等的差异都是透明的。2DCE的特征新的分布式环境至少需要具备以下特征:每个对象如用户、文件、资源和服务等，在这个系统中有其唯一的名称 ，即无论在系统的何处访问这个对象，其名称不变。可以在系统的任何地方使用系统提供的任何一种服务 ，而不管该种服务现居何处。系统各处使用相同的用户认证方式 ，此外，系统的所有设备(打印机、文件等)采用相同的访问控制机制。4） 有相应权限的用户可以在系统的任何地方管理系统的资源和对象。为此，开放软件基金会OSF于1991年9月17日在波土顿推出了分布式计算环境 DCE在这个环境中,世界上所有的机器联成一个网络 ,网上任何机器可以方便地进行互访、资源共享和互相协同工作。DCE软件由OSF组织成员分别负责开发,最近，各厂家纷纷推出各自的DCE产品,如IBMRS/6000上的AIXV3.0;HP公司也在其HP—VXMPE/XL上实现DCE功能。估计在不久的将来，DCE将成为使用网络资源和开发分布式应用程序的有力工具。DCE是基于操作系统之上的一层系统软件 ,可运行在微机、工作站、小型机和大型主机上 ,其目的是以可移植性操作系统接口 POSIX和X/OpenCompliant规范为标准，从而独立于操作系统,便于在不同的平台和操作系统中实现。DCE用C语言编写,并按模块化结构来建造。我们从DCE结构可以看到，在DCE上执行的应用通过RPC可以将任务合理地分配到网上的机器分别执行，充分利用分布系统的功能，同时，网络上的任何用户，在系统提供的安全服务下，可在任何平台上登录，只需经过安全系统注册一次，即可访问系统中的所有平台。3DCE提供的服务图1是OSF/DCE结构模型。DCE由两部分组成，一部分是基础型分布服务，它为应用开发者提供了基本工具，如RPC安全服务、目录服务、时间服务、线程等 ；另一部分是数据共享服务，如分布文件系统等。下面分别简要介绍 DCE所提供的核心服务。1）远程过程调用（remoteprocedurecall,缩写为RPC）RPC是网络应用的一种高级通信范例。 通过使用RPC网络平台上的程序能够与远程（及本地）的资源进行通信，它的实现是将控制从一个进程传递到另一个进程中 ，返回时，再将控制归还给调用者。对于 clinet/server模式，也就是在server方具体实现远程过程，而在client方即像调用本地过程一样调用远程过程。使用RPC机制，避免了网络接口的细节，用户只需按平时本地过程调用方式那样调用远程过程即可。至于一些诸如网络接口、转换不同机器的数据表示差异、精度差异等细节 ，由RPC机构处理，用户无须顾及，基于这个机制，DCE通过RPC在对计算负荷进行全网合理分配下 ，充分利用网络资源。DCERPC由两部分组成：一部分是IDL语宵（接口定义语育），另一部分是RPC机构本身。用户程序使用IDL语言定义RPC接口，如接口属性、类裂定义、数据属性、常量和远程过程说明筹，然后由DCEIDL编译10将该定义转换成可在网上进行传送的可移植 C代码，这些代码既可供客户机运行，又可供服务器运行。RPC机构本身提供以下几方面的支持：确定网络传输协议，搜索目录服务器，查找server的宿主机client/server之间的联接I转换RPC。这样,用户只需实现IDL文件,client方程序、server初始化程序、远程过程即可实现分布计算,其他复杂过程(如数据表示的转换、安全管理辞方面 )由RPC机制自动完成。总之,RPC使二个应用程序中的过程能在网络中任何计算机上运行 ，而无须顾及它所在位置及体系结构，这样QCERPC使程序员工作大为简化，与本地过程调用模式相似，简单明了地实现了应用的分布功能。DCE的目录服务DCE的目录服务提供资源全局一致的命名环境 ，也就是说，用户可以在任何地方使用同一名字访问该资源。在详细描述DCE的目录服务之前，首先提及一下DCE中的一个重要名词cell(单元),DCE是以cell为单位进行操作和管理的 ，一个cell是由一组联网的计算机组成，这组计算机并不是随意组合的一组，而是在该组计算机上的用户、计算机系统、各种资源均服务于同一目的 ，具有一定紧密性。每个cell可包含两台计算机以至上千台计算机不等。cell的确定因素很多，如安全性、用户目的，等等。DCE的目录服务包括：单元目录服务(CDS)全局目录代理(GDA)全局目录服务(GDS和X/Open目录服务(XDS),CDS处理采自单元客户机的目录查询，若存在，则返回请求的数据，如不存在则将请求传给GDA,由GDA在GDS中查找，直到找到为止，然后由该CDS将结果返回给请求的客户。DCE的命名符合CCITTX.500和ISO9594标准。另外，还可采用DNS(domainnameservice)格式,符合InternetRFCl034，1035标准。X.500提供全球层次式命名方法。 这是一种非常灵活的机制，在X.500的支持下,用户通过分层关系，可方便、快捷地查询到所需的服务。DCE分布时间服务DCE分布时间服务(DTS)是用于同步系统中所有机器的时钟，提供用户全局一致的时间服务，以协调事件发生的顺序，以免由于不同机器上时间的漂移，造成误操作，甚至引起系统崩溃，如事件出错记录、出错恢复、数据访问与更新等 ，都需要时间协调。DCE的时间服务是以cell为单位的，一个cell中有若干个DTSServe淇他主机上装有DTSClerkDTS采用间隔(interval)表示时间，DTSClerk或Server从DTSServe冲获取Interval。DTS在每个LAN上配置一个GlobalServer,连接到一个外部时钟上，从而实现整个cell的同步。安全服务DCE的安全服务是防止非法用户侵入 ,同时也防止进网用户进行授权之外的操作和访问 ,从而保护系统的安全。DCE的安全服务包括三个部分：认证(authentication),授权(authorization)和用户注册。安全服务通过RPC实现。认证、授权是DCE安全服务的两个关键概念，认证是检验用户是否具有对所请求资源的存储和使用权,授权则是系统赋予用户使用、存取特定资源的能力。认证服务由三个重要部件组成 ：中心数据库，验证服务器和Ticket批准服务器(TGS。这三个部件都安置在网中相对安全的主机上 ,其中,中心数据库是安全服务的关键部分,在库中存有全系统的安全信息,包括用户注册名及相关口令、网上所有工作站和服务器的网络地址、服务器密钥及存取控制表等。在该系统中,客户机与服务器之间连接需要有密钥 ,该密钥只有系统和相关服务器才知道。授权服务是通过 ACL存取控制表管理器)进行的，通过使用该管理器，可设定和更改用户对Server和其他系统资源的访问和存取权限。当用户在任何一个工作站上登录注册后，注册进程将访问验证服务器，获取一张Ticket建立与TGS联系。该Ticket是用存在数据库中的口令字和用户注册名进行加密。为了从 TGS中申请Ticket，以便与其他Server通信，需使用用户口令字，符合即可进网。当用户进程欲访问某个服务器时，TGS通过查找数据库中的存取表，在确认该用户已被授权使用该服务器时，将会把与该服务器相连的密钥加密后的 Ticket分发给该用户和服务器。由于该Ticket被加密,所以客户机无法破译Ticket,但能凭借它与所需的服务器进行通信 ，服务器在验证该Ticket后，才能接受用户的请求。DCE服务器密钥的加密，目前采用美国国务院的DES(dataencryptionstandard)，这种验证与授权方法简单，无须将口令传遍整个网络。多线程DCE的运行是基于多线程机制的 ，且多线程进程处于公共地址空间。线程是进程中可以并发执行的小程序段，进程按照其包含的线程的数目 ，可分为单线程进程和多线程进程两种。 DCE进程属于多线程进程，服务器进程可以利用多线程 ，同时处理多个客户机的多个请求，而它的客户机进程则可以同时将多个RPC分配到网上一个或多个服务器上。由于不同的线程可以在不同处理机上执行，此外线程能并发执行，与分布式环境的并行性匹配 ，有效地提高了系统的性能。DCE的线程服务为应用程序提供了移植功能，同时也为DCE的其他核心服务所应用，如RPG由于RPC是同步操作，所以发出RPC请求时能利用另一线程并发处理来自于不同请求的数据 ，从而大大改善了分布式程序的性能。DCE的线程技术最初以DEC公司的ConcertMultithreadArchitecture为基础,而现在转向以POSIXI003,4a规范为基础。分布文件系统(DFS)DCE分布文件系统提供单一的全局文件系统,从而达到对网上任何节点的任何文件提供透明访问。DFS是基于Trunsarc公司的Andrew文件系统(AFS发展起来的。DFS提供几个重要的功能：文件定位:记录文件迁移,