网络与分布式系统课件.ppt
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- 网络 分布式 系统 课件
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1、操作系统(第3版)第 8 章 网络与分布式处理第 8 章 网络与分布式处理8.1 8.1 分布式系统概述分布式系统概述8.2 8.2 网络服务器网络服务器8.3 8.3 分布式进程管理分布式进程管理8.4 8.4 进程迁移进程迁移8.5 8.5 分布式进程通信分布式进程通信8.6 8.6 分布式进程同步与互斥分布式进程同步与互斥 8.7 8.7 分布式进程死锁问题分布式进程死锁问题8.1 分布式系统概述q 分布式能力包括以下几个方面分布式能力包括以下几个方面 通信结构通信结构 、网络操作系统、网络操作系统 、分布式操作系统、分布式操作系统 q 通信结构通信结构 具有结构的一组模块构成了通信结构
2、具有结构的一组模块构成了通信结构 一个简单的通信结构一个简单的通信结构 通常,通信涉及三个方面:应用、计算机和网络通常,通信涉及三个方面:应用、计算机和网络 。因此,。因此,一个通信任务组织成相对独立的三层:网络存取层、传输层一个通信任务组织成相对独立的三层:网络存取层、传输层和应用层:和应用层:网络存取层负责的是计算机与其连接网络之间的数据交网络存取层负责的是计算机与其连接网络之间的数据交换换传输层为所有应用提供了可靠的传输机制传输层为所有应用提供了可靠的传输机制应用层包含了支持各用户应用所需的逻辑应用层包含了支持各用户应用所需的逻辑q 开放式系统互连通信结构开放式系统互连通信结构 开放式系
3、统互连开放式系统互连OSIOSI七层模型七层模型 物理层物理层 数据链路层数据链路层 网络层网络层 传输层传输层 会话层会话层 表示层表示层 应用层应用层8.1 分布式系统概述8.2 网络服务器q 服务器的结构服务器的结构 服务器与网络上的其它工作站服务器与网络上的其它工作站样,它有一个网络接样,它有一个网络接口模块,该模块包括了与局域网交互所需的硬件和软件;用口模块,该模块包括了与局域网交互所需的硬件和软件;用户工作站也包括了一个网络接口。此外它还包含了与服务器户工作站也包括了一个网络接口。此外它还包含了与服务器通信的一些网络逻辑通信的一些网络逻辑 这种结构的服务器功能强,而且灵活,其功能表
4、现在这种结构的服务器功能强,而且灵活,其功能表现在它可用于控制各种类型的资源它可用于控制各种类型的资源 q 磁盘和文件服务器磁盘和文件服务器 文件服务器文件服务器 对文件进行几种存储和管理、自动备份和恢复、用户流对文件进行几种存储和管理、自动备份和恢复、用户流动性动性 、与其它文件服务器进行连接、与其它文件服务器进行连接 磁盘服务器磁盘服务器 许多文件服务器只不过提供了一个中心磁盘设施,作为个人计许多文件服务器只不过提供了一个中心磁盘设施,作为个人计算机用户局部存储器的扩充,这样的系统有时叫磁盘服务器算机用户局部存储器的扩充,这样的系统有时叫磁盘服务器 文件高速缓冲存储器的一致性问题文件高速缓
5、冲存储器的一致性问题 问题的产生问题的产生 因为使用文件高速缓冲存储器保留最近存取的文件记录,减因为使用文件高速缓冲存储器保留最近存取的文件记录,减少对远程服务器必须进行的存取次数,致使有时产生文件高速缓少对远程服务器必须进行的存取次数,致使有时产生文件高速缓冲存储器的一致性问题冲存储器的一致性问题 解决办法解决办法 - - 最简单方法是对文件采用加锁技术,以防止多个客户机同最简单方法是对文件采用加锁技术,以防止多个客户机同时存取一个文件时存取一个文件 8.2 网络服务器 更有效的方法是允许任意多的进程同时打开一个文件读更有效的方法是允许任意多的进程同时打开一个文件读并创建各自的客户机高速缓存
6、。但当有一个对服务器的请求是并创建各自的客户机高速缓存。但当有一个对服务器的请求是打开文件的写请求,而其它进程打开文件是读存取对,文件服打开文件的写请求,而其它进程打开文件是读存取对,文件服务器采取两个活动。务器采取两个活动。 打印机服务器打印机服务器 打印机服务器可以处理许多用户工作站的打印请求。这不打印机服务器可以处理许多用户工作站的打印请求。这不仅可以节省打印费用,而且使得打印更加容易和打印速度更快仅可以节省打印费用,而且使得打印更加容易和打印速度更快 调制解调器服务器调制解调器服务器 当用户向服务器请求存取调制解调器并提供一个电话号码当用户向服务器请求存取调制解调器并提供一个电话号码后
7、,服务器启动调制解调器,拨号、并报告结果。如果呼叫成后,服务器启动调制解调器,拨号、并报告结果。如果呼叫成功,向用户提供一个连接。功,向用户提供一个连接。8.2 网络服务器8.3 分布式进程管理q 分布式互斥分布式互斥 互斥算法分类互斥算法分类 集中式算法集中式算法 算法:一个节点作为控制节点,控制对所有共享目标的算法:一个节点作为控制节点,控制对所有共享目标的存取。只有控制节点才能对资源分配进行决策;控制节点中存取。只有控制节点才能对资源分配进行决策;控制节点中集中了所有必要信息,包括所有资源的标识和位置,以及每集中了所有必要信息,包括所有资源的标识和位置,以及每个资源的分配状态个资源的分配
8、状态 优缺点:集中式互斥算法比较简单,容易实现,但如优缺点:集中式互斥算法比较简单,容易实现,但如果控制节点失败了,互斥机制就无法实现;每个资源的分配果控制节点失败了,互斥机制就无法实现;每个资源的分配和回收要求与控制节点交换信息,因此,控制节点可能变为和回收要求与控制节点交换信息,因此,控制节点可能变为瓶颈瓶颈 分布式算法分布式算法 特征:平均来讲,所有节点有着等量的信息。每个节点只特征:平均来讲,所有节点有着等量的信息。每个节点只有整个系统的一部分描述,且必须基于这个信息进行决策。所有整个系统的一部分描述,且必须基于这个信息进行决策。所有节点对于系统的最后决策有着完全相等的作用。有节点对于
9、系统的最后决策有着完全相等的作用。 克服时钟同步困难所采用的一个常见方法克服时钟同步困难所采用的一个常见方法 分布式系统中的事件定序法分布式系统中的事件定序法8.3 分布式进程管理q 分布式算法分布式算法 Lamport分布式算法分布式算法 数据结构:数据结构:qj=(Release,0,j) j=1,n 使用的三类信息:使用的三类信息: (Request,Ti,i)表示进程表示进程Pi访问资源的请求信息。访问资源的请求信息。 (Reply,Tj,j)表示在表示在Pj的控制下允许访问资源的信息。的控制下允许访问资源的信息。 (Release,Tk,k)表示进程表示进程Pk释放先前分配给它的资源
10、释放先前分配给它的资源 8.3 分布式进程管理 算法描述:算法描述: 当当Pi请求访问一个资源时,它泄放一个请求信息请求访问一个资源时,它泄放一个请求信息(Request,Ti,i),时标,时标Ti是本地时钟的当前值,它把这个信息放是本地时钟的当前值,它把这个信息放在它自己的数组项在它自己的数组项qi中,并将这个信息发送给其它所有进程中,并将这个信息发送给其它所有进程 当当Pj接收到信息接收到信息(Request,Ti,i),时,它把这个信息放在,时,它把这个信息放在它自己的数组它自己的数组qj中,并发送信息中,并发送信息(Reply,Tj,j)给其它所有进程给其它所有进程 当下面两个条件成立
11、时,当下面两个条件成立时,PiPi可以访问一个资源:可以访问一个资源: 在数组在数组q q中,中,PiPi自己的请求信息是数组中最早请求的信自己的请求信息是数组中最早请求的信息。由于信息在所有节点的顺序是一致的,这个规则允许一个息。由于信息在所有节点的顺序是一致的,这个规则允许一个而且只有一个进程在任何时刻访问所请求的资源而且只有一个进程在任何时刻访问所请求的资源8.3 分布式进程管理 在本地数组中的所有其它信息比在本地数组中的所有其它信息比qiqi中的信息都晚一中的信息都晚一些。这保证些。这保证PiPi已了解了它的当前请求在所有请求之前已了解了它的当前请求在所有请求之前 进程进程PiPi释放
12、资源时,它泄放信息释放资源时,它泄放信息(Release,Ti,i)(Release,Ti,i),把,把它放在自己的数组中,并传送给其它所有进程它放在自己的数组中,并传送给其它所有进程 当当PiPi接收到信息接收到信息(Release,Tj,j(Release,Tj,j) )时,它用这个信息置时,它用这个信息置换换qjqj的当前内容的当前内容 当当PiPi接收到接收到(Reply,Tj,j(Reply,Tj,j) )信息时,它用这个信息置换信息时,它用这个信息置换qjqj 的当前内容的当前内容8.3 分布式进程管理 令牌传递法令牌传递法 令牌:令牌(令牌:令牌(tokentoken)是进程在任
13、何时间持有的一个实体,)是进程在任何时间持有的一个实体,持有令牌的进程不必请求许可权就可以进入它的临界区。当进程持有令牌的进程不必请求许可权就可以进入它的临界区。当进程离开它的临界区时,再将令牌传递给另一个进程离开它的临界区时,再将令牌传递给另一个进程 数据结构:这个算法需要两个数据结构。一个是被传递的数据结构:这个算法需要两个数据结构。一个是被传递的令牌,另一个是请求数组令牌,另一个是请求数组 算法描述:算法描述:算法的描述程序算法的描述程序 8.3 分布式进程管理8.4 进程迁移q 进程迁移进程迁移 定义定义 进程迁移是指,为了使进程在另一个机器上执行,源机器进程迁移是指,为了使进程在另一
14、个机器上执行,源机器向目标机传送足够数量的进程的状态信息向目标机传送足够数量的进程的状态信息 在分布式系统中,希望进程迁移的理由在分布式系统中,希望进程迁移的理由 负载均衡、通信性能的改善、可用性、利用专用的能力负载均衡、通信性能的改善、可用性、利用专用的能力q 进程迁移机制进程迁移机制 启动迁移启动迁移 由谁启动迁移将依赖于迁移设施要实现的目标由谁启动迁移将依赖于迁移设施要实现的目标 需要迁移哪些信息需要迁移哪些信息 当一个进程被迁移时,需要撤消源系统上的进程,并在当一个进程被迁移时,需要撤消源系统上的进程,并在目标系统上创建它。这是一个进程的移动,而不是进程映像的目标系统上创建它。这是一个
15、进程的移动,而不是进程映像的复制复制 迁移的两种策略:迁移进程的整个地址空间;仅迁移进迁移的两种策略:迁移进程的整个地址空间;仅迁移进程在内存的那部分地址空间程在内存的那部分地址空间 对尚未完成的信息和信号的考虑对尚未完成的信息和信号的考虑q 迁移处理迁移处理 在有些情况下,进程迁移由一个实体进行决策在有些情况下,进程迁移由一个实体进行决策 8.4 进程迁移8.5 分布式进程通信q信息传送机制信息传送机制 分布式信息传送的最普通的模型:客户机分布式信息传送的最普通的模型:客户机/ /服务器模型服务器模型 采用这种最简单的形式时,信息传送仅需要两个功能:采用这种最简单的形式时,信息传送仅需要两个
16、功能:发送和接收发送和接收q 远程过程调用远程过程调用 概念概念 远程过程调用是对信息传送基本模型的修改,允许不同远程过程调用是对信息传送基本模型的修改,允许不同机器上的程序使用简单的过程调用和返回方式进行交互对话机器上的程序使用简单的过程调用和返回方式进行交互对话 远程过程调用的一般结构远程过程调用的一般结构 命令格式命令格式 :CALL P(xCALL P(x,y)y) P P是过程名字,是过程名字,x x为传送的变量,为传送的变量,y y是返回值参数是返回值参数 远程过程调用中涉及的几个设计问题远程过程调用中涉及的几个设计问题 参数传递问题参数传递问题 参数表示参数表示 客户机与服务器的
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