操作系统教程—Linux实例分析 孟庆昌 第10章 分布式系统

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第10章 分布式系统

第10章 分布式系统10.1 概述 10.2 分布式操作系统 10.3 分布式系统的通信

10.4 分布式进程管理10.5 分布式系统中的同步

10.6 分布式系统中的死锁10.7 分布式文件系统 习题

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第10章 分布式系统

10.1 概 述10.1.1 分布式系统特征 一般认为， 分布式处理是把计算任务和智能由主 机分散到构成整个系统的各个子系统和外部设备中， 实现系统和资源的动态管理和分配。 具有这种结构和 功能的完整系统就认为是分布式处理系统(简称分布

式系统)。

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计算机站 A

通信网络

计算机站 B

外部设备

图10-1 分布式系统的总体结构

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分布式系统是多个处理机通过通信线路互连而构 成的松散耦合系统。 系统中每个站点都是一个完整的 计算机系统， 有自己的本地内存和I/O设备等资源。 在统一的协调和管理下， 实现全系统资源的透明共享。 如图10-1所示。 因此， 分布式系统具有以下特征：

(1) 分布性。(2) 自治性。 (3) 并行性。 (4) 全局性。

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10.1.2 分布式系统优点 1. 资源共享 若干个不同的站点通过通信网络彼此互连， 这样， 一个站点上的用户就可以使用其他站点上的资源， 如 允许设备共享， 使众多用户共享昂贵的外部设备， 如

彩色打印机； 允许数据共享， 使众多用户访问共用的数据库； 可以共享远程的文件， 使用远程特有的硬件 设备， 如高速阵列处理器， 以及执行其他操作。

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2. 加快计算速度 如果一个特定的计算机任务可以划分成若干并行运

行的子任务， 那么我们就可以把这些子任务分散到不同的站点上， 它们同时在这些站点上运行， 从而加快 计算速度。

3. 可靠性高分布式系统具有高可靠性的优点。 如果其中某一 站点失效了， 那么其余的站点可以继续操作， 整个系 统就不至于因一个或少数几个站点的故障而全体崩溃。 分布式系统有很好的容错性能。

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4. 方便快捷的通信分布式系统中各站点通过一个通信网络互连在一 起， 通信网络是由通信线路、 调制解调器和通信处理 器等组成的。

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10.1.3 三种多机操作系统的比较 在分布式系统中必须有一个单一的、 全局进程通

信机制， 所以任何进程之间都可彼此通信， 而且通信机制是相同的， 不管是在不同机器上， 还是本地通信 或者远程通信， 都一样， 也必须有一个全局保护模式。

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在分布式系统中任何地方的进程管理都必须相同。 不同机器上， 进程的创建、 终止、 启动及停止等都没 有区别。 在所有机器上

都使用同一组系统调用， 并且 不会产生异样感觉。 总之， 分布式操作系统与多处理器操作系统和网

络操作系统相比， 既有相同之处， 又有差别。 表10-1列出了这三种操作系统之间的某些不同点。

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表10-1 三种多机操作系统的比较

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10.2 分布式操作系统10.2.1 分布式操作系统的功能 在分布式操作系统中， 用户访问远程资源的方式 和访问本地资源的方式是相同的。 在这种操作系统的 控制下， 可以实现数据和进程从一个站点到另一个站 点的迁移。 分布式操作系统要实现用户面前的虚拟单

处理机系统到具体的分布式系统的映射。 它的基本功能包括：

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(1) 进程管理。 (2) 通信管理。

(3) 资源管理。

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10.2.2 分布式操作系统的设计因素 1. 透明性 设计透明性最重要的一个问题或许是如何实现单一 系统映像， 即如何让每个用户感觉这种分布式系统就 是老式的单处理器分时系统， 实现这一目标的系统通

常被称为是透明的。透明性概念可以用于分布式系统的若干方面。 表 10-2列出了不同种类的透明性。

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表10-2 分布式系统不同种类的透明性

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2. 灵活性系统应该是灵活的， 它可以根据用户需求和使用 情况， 方便地进行修改或者扩充。 操作系统结构有两 种主要模型： 一种是整体核心， 它大而且复杂； 另一 种是微内核， 它小巧灵活， 易于扩充或移植。 多数分 布式系统都采用这种设计模型。 微内核是操作系统的极小核心。

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3. 可靠性 建立分布式系统的基本目标之一是使它们比单处理

器系统更可靠。 如果某个机器不能工作了， 那么有另外的机器做它的工作。 可靠性有几个方面： 可用性、 安全性和容错性。

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4. 高性能 分布式系统有很高的性能， 这是不言而喻的。 性 能指标包括多个方面， 如执行速度、 响应时间、 吞吐 量、 系统利用率、 网络通信能力等等。 利用基准测试 (Benchmark)手段可以部分度量系统的性能。

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5. 可扩充性 扩充可分为水平扩充和垂直扩充， 前者是指添加

或移去客户工作站对性能影响很小， 后者是指移植到更大的或者更快的服务器机器或多服务器上。 分布式系统应能根据使用环境的应用需要， 方便

地扩充或缩减其规模。

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10.3 分布式系统的通信10.3.1 ISO OSI参考模型 OSI(Open Systems Interconnection)参考模型是ISO 开发出的协议分层模型。 OSI模型共分七层， 如图102所示。