第四章-分布式资源管理要点课件.ppt
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- 第四 分布式 资源管理 要点 课件
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1、1第四章第四章 分布式资源管理分布式资源管理策略策略2实现资源共享的三种方法。实现资源共享的三种方法。4.1.1 数据迁移数据迁移l数据迁移的两种方法:数据迁移的两种方法: 第一种方法是将整个文件转移给场点第一种方法是将整个文件转移给场点A,尔后,所有对该,尔后,所有对该文件的存取都是局部的了。当用户不再需要访问该文件文件的存取都是局部的了。当用户不再需要访问该文件时,它的副本(如果它被修改过)被回送给场点时,它的副本(如果它被修改过)被回送给场点B。对一。对一个文件的任何微小的修改,都得将这整个文件传送回去个文件的任何微小的修改,都得将这整个文件传送回去3 另一种方法是只将该文件中实际需要的
2、部分另一种方法是只将该文件中实际需要的部分 转移给转移给A。一旦用户不再使用该文件,该文件的任何已作过修改时部一旦用户不再使用该文件,该文件的任何已作过修改时部分必须回送给场点分必须回送给场点B。 显然,如果只访问一个较大文件的一小部分,显然,如果只访问一个较大文件的一小部分,那么采用后一种方法较好;否则采用第一种方法较那么采用后一种方法较好;否则采用第一种方法较合适。不过,仅仅从一个场点向另一个场点转移数合适。不过,仅仅从一个场点向另一个场点转移数据是不够的,系统还得执行各种数据转换(如果两据是不够的,系统还得执行各种数据转换(如果两个场点不是直接兼容的话)。例如,如果它们使用个场点不是直接
3、兼容的话)。例如,如果它们使用了不同的字符代码表示。了不同的字符代码表示。 4 4.1.2 计算迁移计算迁移 在某些情形中,转移计算比转移数据更有效。例如,在某些情形中,转移计算比转移数据更有效。例如,考虑这样一个作业,它需要存取位于不同场点上的若干较考虑这样一个作业,它需要存取位于不同场点上的若干较大的文件,以获得它们的概况。一种比较有效的办法是在大的文件,以获得它们的概况。一种比较有效的办法是在它们驻留的场点上各自存取这些文件,然后分别回送所需它们驻留的场点上各自存取这些文件,然后分别回送所需要的值给初启该计算的那个场点要的值给初启该计算的那个场点 。 l计算的实现方式:计算的实现方式:可
4、用一个远程过程调用来初启。进程可用一个远程过程调用来初启。进程p引用场点引用场点A上预定义的上预定义的一个过程,该过程执行完后给一个过程,该过程执行完后给p回送回送 所需要的结果。所需要的结果。5 通过消息传递的方式通过消息传递的方式 。进程。进程p可以发送一条消息给场点可以发送一条消息给场点A,操作系统在场点操作系统在场点A创建一个新进程创建一个新进程q,q的功能是执行由的功能是执行由该消息所指定的任务,当该消息所指定的任务,当q完成其执行后,它又通过消息完成其执行后,它又通过消息系统给系统给p回送所需要的结果。回送所需要的结果。 这两种方案都可用来存取驻留在各个场点上的若干这两种方案都可用
5、来存取驻留在各个场点上的若干文件。文件。64.1.3 作业迁移作业迁移 当一个作业提交给系统后,系统可以在一特定的场点当一个作业提交给系统后,系统可以在一特定的场点上执行这整个作业,或在不同的场点上执行它的某一部分上执行这整个作业,或在不同的场点上执行它的某一部分 利用这种方案的主要原因是:利用这种方案的主要原因是: 负载均衡:作业(或子作业)可以分散到系统中以负载均衡:作业(或子作业)可以分散到系统中以 均衡系统的工作负载。均衡系统的工作负载。 计算速度的提高:如果单个作业可以分解成若干子计算速度的提高:如果单个作业可以分解成若干子 作业,这些子作业可以在不同的场点并发地执行,那么,作业,这
6、些子作业可以在不同的场点并发地执行,那么, 整个作业的周转时间将会减少。整个作业的周转时间将会减少。 7 硬件特性:该作业可能有这祥一些特性,即它硬件特性:该作业可能有这祥一些特性,即它比较适合于在某些特殊的处理机上执行。例如,矩阵比较适合于在某些特殊的处理机上执行。例如,矩阵转换就比较适合于在阵列机上执行。转换就比较适合于在阵列机上执行。 软件特性:该作业可能需要特定场点上的软件软件特性:该作业可能需要特定场点上的软件或不能移动的软件,或者移动该作业比较划算。或不能移动的软件,或者移动该作业比较划算。u显示迁移显示迁移u隐式迁移隐式迁移84.2资源管理管理策略资源管理管理策略 分布式系统对于
7、资源管理有两种基本的观点:分布式系统对于资源管理有两种基本的观点:l 单个资源管理单个资源管理单个资源与多个管理机构相互关系的角度进行分析。单个资源与多个管理机构相互关系的角度进行分析。l 多个资源管理多个资源管理多个资源与多个管理机构相互关系的角度进行分析。多个资源与多个管理机构相互关系的角度进行分析。前者是后者的基础,后者是前者的提高。前者是后者的基础,后者是前者的提高。9 单个资源管理,有四种资源管理方式:单个资源管理,有四种资源管理方式:n集中管理方式:集中管理方式:只有一个管理者对该资源的各种活动统一只有一个管理者对该资源的各种活动统一进行管理,其它管理者对该资源均不具有管理职能和责
8、任。进行管理,其它管理者对该资源均不具有管理职能和责任。该方式也称为专制(该方式也称为专制(autocratic)管理方式。)管理方式。n功能分布管理方式:功能分布管理方式:多个管理者按照不同的资源活动分担多个管理者按照不同的资源活动分担管理职能和责任,且每种活动只由一个管理者管理。该方管理职能和责任,且每种活动只由一个管理者管理。该方式也称为分担管理方式或分割(式也称为分担管理方式或分割(partitioned)管理方式。管理方式。10n浮动管理方式:浮动管理方式:多个管理者均可同等地担负管理职能和多个管理者均可同等地担负管理职能和责任,但在一段时间内,只有一个管理者行使职权,责任,但在一段
9、时间内,只有一个管理者行使职权,“任期任期”满后再由另一管理者接替,如此轮流下去。该满后再由另一管理者接替,如此轮流下去。该方式也称轮流(方式也称轮流(successive)管理方式。)管理方式。n分散管理方式:分散管理方式:多个管理者采取协商一致的原则对资源多个管理者采取协商一致的原则对资源活动进行全面管理,其中各个管理者的地位和功能是完活动进行全面管理,其中各个管理者的地位和功能是完全平等的。该方式也称民主全平等的。该方式也称民主(democratic)管理方式。)管理方式。 11从多个资源管理,可分为如下四种管理方式:从多个资源管理,可分为如下四种管理方式:n 集中:集中:每一类资源只属
10、一个管理者管理。它控制该类每一类资源只属一个管理者管理。它控制该类 全部资全部资源。源。n 分管分管(集中分布式):每一类资源由多个管理者管理,但每(集中分布式):每一类资源由多个管理者管理,但每一资源只属一个管理者管理。一资源只属一个管理者管理。n 合管合管(完全分布式):不仅每一类资源存在多个管理者管理,(完全分布式):不仅每一类资源存在多个管理者管理,而且该类中每个资源属于全部管理者共同管理。而且该类中每个资源属于全部管理者共同管理。n 部分管理部分管理:每一类资源由多个管理者管理,每一资源:每一类资源由多个管理者管理,每一资源 属于若属于若干管理者管理。干管理者管理。 如图如图4.1所
11、示。其中圆圈表示管理者,三角形表示资所示。其中圆圈表示管理者,三角形表示资源。源。1213 分布式管理方式和集中式管理方式的主要区别是对分布式管理方式和集中式管理方式的主要区别是对同类资源是采用多个管理者还是一个管理者。集中分布同类资源是采用多个管理者还是一个管理者。集中分布管理和完全分布管理的主要区别是前者让资源管理者对管理和完全分布管理的主要区别是前者让资源管理者对它管理的资源拥有全部控制权,而后者只允许资源管理它管理的资源拥有全部控制权,而后者只允许资源管理者对它管理的资源拥有部分控制权。从上述两种管理方者对它管理的资源拥有部分控制权。从上述两种管理方式的角度来考虑系统资源的划分。式的角
12、度来考虑系统资源的划分。从实用的角度讲,分从实用的角度讲,分布式系统中的资源管理方式主要有布式系统中的资源管理方式主要有局部集中式局部集中式、分散式分散式和和分级式分级式。 14 4.2.2 局部集中管理局部集中管理 每个资源由一个且仅由一个资源管理者管理,具体每个资源由一个且仅由一个资源管理者管理,具体讲就是,资源按其在各场点上的分布情况分别由其所在讲就是,资源按其在各场点上的分布情况分别由其所在的场点进行局部的集中管理,不存在全系统范围的集中的场点进行局部的集中管理,不存在全系统范围的集中管理者。管理者。 这种管理方式主要适用于这种管理方式主要适用于和处理机紧密相连的资源,和处理机紧密相连
13、的资源,如内存、键盘、显示器,如内存、键盘、显示器,当与它们紧密相连的处理机失当与它们紧密相连的处理机失效时,这些资源也就随之失效了。效时,这些资源也就随之失效了。154.2.2 分散式管理分散式管理一个资源由多个场点上的管理者在协商一致的一个资源由多个场点上的管理者在协商一致的原则下共同管理。原则下共同管理。 这类则这类则和处理机的关系不甚紧密和处理机的关系不甚紧密,例如多副本,例如多副本文件,网络打印机等。文件,网络打印机等。164.2.3 分级式管理分级式管理 分级式管理的基本原理是:分级式管理的基本原理是: 针对实际的分布式系统对其中的各种资源进行分析,然后根针对实际的分布式系统对其中
14、的各种资源进行分析,然后根据其重要性、常用性和隶属关系将资源分为两个级别:第一级是被据其重要性、常用性和隶属关系将资源分为两个级别:第一级是被多个场点经常使用的资源;第二级是仅被本场点使用的资源。多个场点经常使用的资源;第二级是仅被本场点使用的资源。 采用不同的方式管理不同级别的资源。即对第一级资源,由采用不同的方式管理不同级别的资源。即对第一级资源,由于它们被系统中的多个场点经常使用,因此,必须采用分散式管理于它们被系统中的多个场点经常使用,因此,必须采用分散式管理方式,由多个场点在协商一致的原则下共同管理。对第二级资源,方式,由多个场点在协商一致的原则下共同管理。对第二级资源,由于它们属于
15、某个场点,不被其它场点使用,可以采用集中式管理由于它们属于某个场点,不被其它场点使用,可以采用集中式管理方式,由某个场点集中管理。方式,由某个场点集中管理。 174.2.4 一个分散式资源管理算法一个分散式资源管理算法 1.基本说明基本说明 占有资源的进程,必须先释放资源,系统才能把该资源分占有资源的进程,必须先释放资源,系统才能把该资源分配给另一进程;配给另一进程; 多个进程申请同一资源时,必须按其请求的先后次序来分配;多个进程申请同一资源时,必须按其请求的先后次序来分配; 若每个分配到资源的进程都在有限时间内释放所占有的资源,若每个分配到资源的进程都在有限时间内释放所占有的资源,则每个资源
16、申者就可能在有限时间内获得该资源;则每个资源申者就可能在有限时间内获得该资源; 假定系统由假定系统由n个场点组成,每个场点运行一个进程,它们的个场点组成,每个场点运行一个进程,它们的编号依次为编号依次为p1, p2, , pn。每个进程都有一个自己管理的申请队。每个进程都有一个自己管理的申请队列用以存放请求消息。列用以存放请求消息。182.算法描述算法描述 该算法利用时间戳来标明申请资源的先后次序,以此来尽量该算法利用时间戳来标明申请资源的先后次序,以此来尽量消除对共享资源的竞争。消除对共享资源的竞争。 当系统中的任一进程当系统中的任一进程pi,申请资源,申请资源rj时,向系统中的其它时,向系
17、统中的其它每一进程发一每一进程发一Request(Ti, pi, rj)消息,(其中消息,(其中Ti为此时的时间戳)为此时的时间戳)并把它存入自己的请求队列;并把它存入自己的请求队列; 进程进程pk,接收到这一消息后,将其存入自己的请求队列,接收到这一消息后,将其存入自己的请求队列,若若pk当前未请求该资源,则它马上给当前未请求该资源,则它马上给Pi发送一个带有时间戳的认发送一个带有时间戳的认可消息;若可消息;若pk也正在请求使用该资源,且其时间戳也正在请求使用该资源,且其时间戳Tk先于先于Ti,则,则它暂不给它暂不给Pi发送认可消息;发送认可消息; 19 仅当下列条件成立时,仅当下列条件成立
18、时,Pi才可以分配该资源才可以分配该资源; 在其请求队列中,它的在其请求队列中,它的Request(Ti, pi, rj)消消 息中的息中的Ti比所有其它请求消息中的时间戳都要小;比所有其它请求消息中的时间戳都要小; pi已接收到所有其它进程发来的时间戳迟于已接收到所有其它进程发来的时间戳迟于Ti的认可的认可 消息。消息。 在释放资源时,在释放资源时,pi从自己的请求队列中去掉从自己的请求队列中去掉Request(Ti, pi, ri)消息,并向系统中每个正等待请求使用该资源的进程发一消息,并向系统中每个正等待请求使用该资源的进程发一条条Release(Ti, pi, ri)消息和一条带时间戳
19、的认可消息。消息和一条带时间戳的认可消息。 当进程当进程pj收到收到pi发来的发来的Release(Ti, pi, ri)消息后,从其请消息后,从其请求队列中去掉求队列中去掉Request(Ti, pi, ri)消息。消息。201.算法描述算法描述当一资源管理者打算向其它场点的资源管理者申请资源时,先当一资源管理者打算向其它场点的资源管理者申请资源时,先将招标消息广播出去;将招标消息广播出去; 当一资源管理者接收到这一招标消息后,若该场点有所需资源,当一资源管理者接收到这一招标消息后,若该场点有所需资源,则它根据一定方法计算出则它根据一定方法计算出”标数标数”。然后,给申请者发一条投标。然后,
20、给申请者发一条投标消息,否则回复一条拒绝投标的消息;消息,否则回复一条拒绝投标的消息; 4.2.5招标算法招标算法21 当申请者接收到所有的投标消息后,根据一定的策略选择一个当申请者接收到所有的投标消息后,根据一定的策略选择一个投标者,并直接向它发送一条申请资源的消息;投标者,并直接向它发送一条申请资源的消息; 接收到此申请资源消息的资源管理者,将申请者的名字排入其接收到此申请资源消息的资源管理者,将申请者的名字排入其等待队列,并在可以分配所指资源时再发消息通知申请者;等待队列,并在可以分配所指资源时再发消息通知申请者; 申请者在使用完所需资源后,通知分配资源者回收资源。申请者在使用完所需资源
21、后,通知分配资源者回收资源。22 投标与选标策略可视具体情况而定,例如,可用等待队列中排队投标与选标策略可视具体情况而定,例如,可用等待队列中排队等待的申请者的个数作为标数来投标,选标时则选择标数最小的投标等待的申请者的个数作为标数来投标,选标时则选择标数最小的投标者中标,或者不仅考虑有多个资源申请者,还考虑到投标者与招标者者中标,或者不仅考虑有多个资源申请者,还考虑到投标者与招标者之间的距离,如,可规定标数为:之间的距离,如,可规定标数为: xc1 ac2 b 选取最小的选取最小的x中标,其中中标,其中a为等待的申请者的个数,为等待的申请者的个数,b为投标者与招标者为投标者与招标者之间的距离
22、之间的距离c1和和c2为两个常数。采用这种投标与选标策略考虑到了资源为两个常数。采用这种投标与选标策略考虑到了资源使用的均衡性和有效性。使用的均衡性和有效性。23若考虑场点故障而仍使该算法有效,则可增加如下措若考虑场点故障而仍使该算法有效,则可增加如下措施:施: 若资源申请者发出申请消息后久末获得所需资源,则向中标若资源申请者发出申请消息后久末获得所需资源,则向中标者发一询问消息,若中标者末故障就立即予以回复;若发出询问者发一询问消息,若中标者末故障就立即予以回复;若发出询问消息后仍无回复,则申请者重新广播招标消息。消息后仍无回复,则申请者重新广播招标消息。 此时,修改为:此时,修改为:“当申
23、请者接收到所有的投标消息后,或当申请者接收到所有的投标消息后,或等待时间超过预定时间值等待时间超过预定时间值T后,根据一定的策略选择一个投标者,后,根据一定的策略选择一个投标者,并直接向它发送一条申请资源的消息并直接向它发送一条申请资源的消息”。n容易看出,该算法有如下特点:容易看出,该算法有如下特点: 不会出现饥饿现象,因为只要系统中有所申请的不会出现饥饿现象,因为只要系统中有所申请的资源就必有一个中标者,只要每个资源占有者在有限资源就必有一个中标者,只要每个资源占有者在有限长时间内归还所占资源,申请者总能从中标者处获得长时间内归还所占资源,申请者总能从中标者处获得所需资源。所需资源。 在无
24、场点故障情况下,从广播招标消息到接到获在无场点故障情况下,从广播招标消息到接到获得资源的通知,一共交换了得资源的通知,一共交换了2 (n - 1) 22n条消息。条消息。24252.适用于环形结构的招标算法适用于环形结构的招标算法 对于具有环形结构的分布式计算机系统,相应的招标对于具有环形结构的分布式计算机系统,相应的招标算法为:算法为: 申请资源者向其邻近场点发一招标消息;申请资源者向其邻近场点发一招标消息; 接收到招标消息后,若本场点上无所指资源,则它将招标消息接收到招标消息后,若本场点上无所指资源,则它将招标消息沿环转移给下一邻近场点,否则沿环转移给下一邻近场点,否则: 若此消息中未附投
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