分散式系统简介.ppt

《分散式系统简介.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分散式系统简介.ppt（50页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、1,分散式系統,分散式系統簡介,2,集中式系統,最早期的電腦是由電腦主體及簡單的輸出輸入裝置所構成 集中式系統 多台終端機共用一部主電腦 分時系統 可執行批次作業,3,分散式系統,分散式系統的概念與電腦網路的發展有密切的關係 電腦網路利用通訊線路，將兩地的電腦連接在一起，讓終端機可以存取許多部電腦，也可在不同的電腦間處理應用程式,4,建構電腦網路的原因,提供各種資源的遠程存取與資料庫存取功能 資源共享 提供資源受損時的備份功能 提供高可靠度的通信方法，來進行資源的遠程存取和分散式處理,5,電腦網路發展,1979年，美國國防部正式成立ARPANET(阿帕網路)網路，將遠端的電腦連接在一起。 19

2、83年，ARPANET分割為ARPANET（民間研究機構使用）與MILNET（軍事網路）（軍事、國防單位所使用）。 現在，連結的電腦讓我們能將資料或是軟體送到任何角落。,6,電腦網路,電腦網路實質上就是一種對等的分散式系統，但在當初並沒有特別稱為分散式系統 電腦網路的重點在將不同的電腦或作業系統連接在一起，因此需要制定通訊協定,7,分散式系統類型,區域分散式系統 LAN分散式系統,8,區域分散式系統,數個機體可以構成一個區域分散式系統，一個機體可以內藏數個CPU 系統的各項功能沒有集中在同一電腦中，而是分散在各個獨立的電腦 電腦與電腦之間的溝通透過匯流排,9,LAN分散式系統,使用Ethern

3、et將電腦相互連接 不同功能的電腦透過區域網路或廣域網路連接 現今稱為Client-Server架構,10,早期分散式系統的定義,分散式系統式透過通信線路來連接處理器，而處理器之間可以共用所擁有的資源 此處理器可以是一部電腦，或是作業系統上運作的程序,11,早期分散式系統的定義,虛擬分散式系統 主從架構,12,虛擬分散式系統,以邏輯概念來掌握分散式系統 構成分散式系統的元件（裝置）不一定要分散 透過多重程式設計的方式來進行分散處理,13,虛擬分散式系統,程式並行處理的種類 完全從屬型 部份從屬型 對等型 程序之間的同步必須利用雙方都可以存取的共同變數,14,主從架構,透過網路來委託處理並接收處

4、理結果 處理內容依靠主從模式(client/server model)來解決 早期概念以LAN或RPC（Remote Procedure Call，遠程程序呼叫）應用在工作站方面 近期則是客戶端的個人電腦能夠利用伺服器端的主電腦或專用伺服器,15,系統通訊,在分散式系統中，不同電腦行程間也必須有相互溝通的機制 主從架構模式是最常見的溝通方式 分散式系統上實作系統通訊，有以下問題必須注意 定址 阻隔 緩衝 可靠性,16,主從架構示意圖,17,定址,基本上有三種方法可以達成定址的目的 第一種是利用電腦編號，行程編號，也就是電腦編號加行程編號的機制來達到定址的功能 第二種是讓行程從一個很大的範圍中挑

5、選一個號碼，然後廣播通知彼此的位址 第三種是利用一部名稱伺服器記錄各個行程在系統中的位址，當需要溝通時，再向名稱伺服器詢問對方的位址,18,三種定址的做法,19,三種定址的做法(續),20,阻隔,所謂阻隔就是在送訊息時，行程會被暫停，等到訊息被核心送出去後，行程才會繼續執行 非阻隔則是行程在送訊息時，只要在訊息被拷貝到核心的緩衝區後，送訊息的行程就可以繼續執行 非阻隔的做法有一個缺點，就是可能會有緩衝區中的訊息還沒傳送出去就被覆蓋掉了,21,阻隔與非阻隔的示意圖,2.將行程暫停並將控制權交給核心,3,4,5,2,1,6,1.行程執行,(a),2.將行程暫停並將控制權交給核心,3.訊息複製到核心

6、,4.核心將訊息傳送出去,5.喚醒行程,6.行程繼續執行,3,4,2,1,5,1.行程執行,(b),3.訊息複製到核心,4.喚醒行程,5.行程繼續執行,時間,22,緩衝,緩衝是行程間傳送訊息的重要機制，設置緩衝區可大幅減少訊息傳送的複雜度與出錯機率 擁有緩衝區的系統，系統核心會有一個緩衝區儲存傳送到的訊息。當接收者要接收訊息時，再呼叫接收訊息函式從緩衝區拿出所需要的訊息 對於一個沒有緩衝區的系統，接收者會被阻隔，當傳送者的訊息到達後，核心馬上將訊息複製給接收者，並解除接收者的阻隔狀態,23,緩衝區與非緩衝區機制示意圖,24,可靠性,主從架構的另一個問題是訊息可能在傳送的過程中遺失，基本上有三種

7、解決的方式 第一種方式是假設訊息一定會傳送到，而且就算訊息遺失也沒關係 第二種方式是加入確認機制，確認機制是指伺服端收到客戶端訊息後會回送一個確認訊息，表示伺服端確定收到訊息 第三種方法則是阻隔傳送訊息的行程，直到伺服端收到訊息並做完處理再回應給客戶端，被阻隔的行程於收到訊息後才能繼續執行,25,較具可靠性的兩種機制示意圖,1.客戶端送要求訊息到伺服端,26,封包傳送,客戶端與伺服端相互傳遞的訊息長度大小不一，為了簡化系統設計，通常是設計為傳送固定大小的訊息，這個固定大小的訊息就稱為封包 封包的傳送可能發生封包碰撞的問題發，所以電腦間必須要有機制來解決封包碰撞的問題 CSMA/CD 令牌傳遞(

8、token passing) 訊息槽位(message slots),27,封包傳送(續),封包傳送路徑也是一個重要問題，路由表的建立與維護有以下三種常用的方法 固定路由(fit routing) 虛擬路由(virtual routing) 動態路由(dynamic routing) 兩個行程經網路建立起連線後，兩個行程間持續相互傳送訊息的這段期間內，一般會有以下三種訊息交換模式 線路交換(circuit switching) 訊息交換(message switching) 封包交換(package switching),28,遠端服務,遠端服務的模式是本地端的行程呼叫使用遠端電腦所提供的服務

9、，遠端電腦收到這些訊息後，就開始執行所提供的服務，並將結果回傳 執行遠端服務也可以像呼叫函式一樣，也就是有一套機制幫忙處理底層的訊息傳遞，就可以簡化遠端服務系統的開發，這樣的機制稱為遠端程序呼叫,29,遠端程序呼叫模型,RPC 的設計理念基本上是想要讓執行遠端服務也像呼叫內部函式一樣簡單 stub分成客戶端 stub 與伺服端 stub，是用來處理 RPC 模式中參數傳遞、訊息交換、與錯誤處理等工作的函式 stub 將參數包裝成適合傳送的封包型態，稱為整碼 (marshal) stub 從接收的封包中將回傳值解開，稱為反整碼 (unmarshal) Skeleton 負責將訊息解開，還負責將回

10、傳的資料也包裝成封包並傳回客戶端,30,RPC機制示意圖,31,動態連結,當客戶端要使用某個伺服端中的服務時，必須要先知道伺服端的位址才能與伺服端溝通，這個過程稱為連結 動態連結讓客戶端不必事先知道伺服端的位置，在要使用 RPC 前，再詢問伺服端目前的位址 優點 客戶端不用事先知道伺服端的位址 缺點 客戶端向連結器詢問與向連結器註冊的額外負擔,32,分散處理的概念,在資料產生的地方進行處理 冗餘性 專用系統的架構,33,在資料產生的地方進行處理,系統內的資料分散在各地，所以資料的處理式個別處理 處理完後再進行通信，可減少通訊量 範例 分散式資料庫，系統先搜尋分散在各地的資料，然後在資料產生的地

11、方進行處理，因為處理後的資料量縮減，因此可以減少通訊量,34,冗餘性,資料處理並部侷限在一個地方處理 電腦之間具有互相調換的特性 一台裝置故障時並不會使整個系統都故障 系統具有彈性,35,專用系統的架構,分散式系統為了執行各種工作，必須由組成系統的裝置群分擔每一像工作，而不是通用系統 裝置的設計越簡單越好，可以降低維護與出錯的機會 功能單一,36,分散式系統的通透性,通透性最主要的議題是在如何讓分散式系統的使用者感覺像是在使用單處理器系統 通透性可以分成八大類,37,分散式系統的通透性,位址通透性 不標示網路上的任何一個資源位置 不知道物件存放的位置，但仍然可以存取物件 存取通透性 可以用同一

12、種方法存取 以相同的操作可以存取本地和遠端的檔案，以及其他物件,38,分散式系統的通透性,規模透通性 與系統規模無關 不變更系統架構或應用程式的演算法，可以制定系統或應用程式的規模 並行透通性 可以同時處理許多程序 使用者或應用程式沒有互相干擾，但仍然可以同時操作共有資料,39,分散式系統的通透性,備份透通性 具有備份，可以提高可靠度和性能 使用者或應用程式不知道複製，但為了提高可靠度和性能，可以使用檔案或其他資料的備份 故障透通性 可以承受故障 將故障隱藏起來，不管硬體和軟體的故障，使用者或應用程式都可以完成工作,40,分散式系統的通透性,搬移透通性 可視需要搬移位置 不會對使用者會應用程式

13、產生影響，仍然可以在系統內搬移物件 性能透通性 可重新架構，以提升性能 隨著負荷的變化，重新架構系統，以提升性能,41,分散系統的組合程度,42,分散式系統的技術,系統管理、安全保護,應用軟體,應用服務,通信服務,作業系統,硬體,開發支援工具,43,硬體,硬體是實際構成分散式系統的裝置 包含電腦本身需要的裝置外，也含括電腦之間互相連接的通信設備,44,作業系統,作業系統是分散式系統運作的基本軟體 目前常見的有 Windows UNIX 專用作業系統,45,通信服務,分時管理 目錄/名稱服務 物件管理 遠程程序呼叫(RPC),46,應用服務,分散檔案 分散資料庫 分散交易處理 分散列印 圖形使用者介面,47,系統管理/安全保護,系統管理是指從組織、性能、使用費、故障和安全保護等觀點，來管理執行應用程式、應用服務及通信服務的各項資源 安全保護是指確認使用者及可利用的資源，使分散式系統能夠安全運作,48,開發支援工具,為了實現分散式系統，需要各種開發支援工具 用來發展系統程式與應用軟體,49,應用軟體,許多應用均可發展利用分散式系統 分散式計算 分散式資料存取,50,The End,