第 1章 分布式系统东北大学信息学院于 戈
2002年 5月
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
2
1.1 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
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
3
“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，感觉该系统就像一台计算机一样。,
硬件方面：每台计算机都是独立、自主的计算机
软件方面：用户感觉在独占系统
1.1 分布式系统概念
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
4
Sun ULTRA5
with 32GB disk
１6 Units
Eathernet Switch
100M
Sun ULTRA10
32GB disk
One unit
NOW(Network of Workstations)
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
5
应用举例
银行“一卡通”系统
电信“神州行”系统
连锁店
从集中式系统到分布式系统
1.高性能微型计算机 (PC)的普及
2.高速计算机网络（ LAN,WAN）的普及
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
6
集中式系统
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
7
网格计算
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
8
优点 -- 与集中式系统相比较
1、经济性：高的性能 /价格比
Grosch’Law,Power ↑ Price 2
NOPC vs,大型机（ mainframe）
1.2 分布式系统的特点
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
9
2、性能：
10,000 X 50MIPS? 500,000MIPS（ 5千亿次）
= 0.002ns/次 =〉 0.7mm（相对论,360000km/s）
优点 -- 与集中式系统相比较
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
10
3、应用的固有的分布性,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
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
11
1、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
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
12
3,P2P通信
email
BBS
4、灵活性
负载分配优点 --与独立 PC机 比较
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
13
1、缺乏充分的软件产品和应用经验
操作系统、中间件、编程语言、工具
2、网络性能的限制
QoS(带宽、速度 )
3、安全性
黑客、泄密、盗用、破坏存在的问题
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
14
Flynn分类：
（ 1972）
1,SISD：普通计算机（ PC机）
2,SIMD：矩阵计算机
3,MISD：无
4,MIMD：分布式系统
1.3 硬件概念
CPU
指令流个数数据流个数
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
15
存储器使用：共享式、私有式
1,多处理器系统（ multi-processor）
2,多计算机系统（ multi-computer）
MIMD分类
P P
M
P P P
M
P
M M
连接方式：总线式、交换式
关联程度：紧耦合式、松耦合式
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
16
MIMD系统分类
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
17
（ 1）总线型多处理机高速缓存（ cache）：
命中率（ hit rate）
缓存一致性（ coherency）
直写（ Write-through）,监听（ Snoopy）
共享内存控制线,数据线,地址线
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
18
（ 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 (log2n)?n/2个
NUMA(NonUniform Memory Access)：分层存储
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
19
（ 3）总线型多计算机
本地内存
局域网络（ 10M ~ 100M）
Share-nothing结构
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
20
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
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
21
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 OS
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
22
场地 2场地 1
网络操作系统（ NOS）
远程登录
– telnet
– rlogin
网络文件 NFS
– mount
– 磁盘映射
/
games
software
share
word
graphic
player
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
23
多处理机分时系统（ MPOS）
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
24
分布式操作系统
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
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
25
三种操作系统比较
NOS DOS MPOS
虚拟单机系统 X
运行相同 OS X
OS副本个数 n n 1
通信的实现方式 共享文件 消息 共享内存统一的网络协议 X
单个运行队列 X X?
共享文件的语义 X（一般）
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
26
透明性（ Transparency）
位置透明性：用户不必知道资源位于何处
迁移透明性：资源可以不改名，而随意移动
复制透明性：用户不必知道有多少个备份存在
并发透明性：多个用户可以自动地共享资源
并行透明性：在用户没有感觉的情况下并行发生
1.5 分布式系统设计中的关键问题
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
27
灵活性微内核的四种基本服务：
（ 1） 进程间通信机制
（ 2） 少量内存管理功能
（ 3） 必要的低层进程管理和调度
（ 4）低层输入／输出服务
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
28
可靠性
可用性（ availability）
,或“相关性、”与”相关性
安全性
身份认证、入侵监测
容错性
硬软件冗余
恢复和接管
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
29
性 能
吞吐率（ throughput）
– TPC-C基准测试
实时性（ real-time）
– 响应速度
并行性
– 细粒度并行性
– 粗粒度并行性
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
30
可伸缩性（ scalability）
集中式硬件
集中式算法
集中式的数据结构
2002-5-24
东北大学软件所 于戈 第一章 分布式系统概述
31
1,比较分布式操作系统、网络操作系统、多处理机分式操作系统的特点和应用范围。
2,比较单内核系统和微内核系统的优缺点。
3,解释透明性问题对系统和用户的重要性习题：