分布式系統(tǒng)模型

1、分布式系統(tǒng)模型第1頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一2第一章回顧引言分布式系統(tǒng)的目標(biāo)（設(shè)計(jì)、分析、實(shí)現(xiàn)-資源共享等）、定義（建立在網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng) ）、特點(diǎn)（并發(fā)性、沒有全局時(shí)鐘、故障獨(dú)立性）分布式系統(tǒng)舉例 Internet / Intranet / Mobile Computing等挑戰(zhàn) 異構(gòu)性、開放性、安全性、可擴(kuò)展性、正確性、透明性，如何故障處理、并發(fā)處理、復(fù)制透明等總結(jié) 分布式系統(tǒng)無處不在，分布式系統(tǒng)具有高度的內(nèi)聚性和透明性。 第2頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一3第2章 系統(tǒng)模型引言體系結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)模型總結(jié)第3頁，共83頁，2022

2、年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一4引言The Swedish Ship Vasa 17世紀(jì)上半葉，北歐新教勢(shì)力與中歐天主教勢(shì)力發(fā)生了一場(chǎng)“三十年戰(zhàn)爭(zhēng)”，作為北歐新教勢(shì)力的代表，瑞典的軍事力量達(dá)到鼎盛時(shí)期。1625年，號(hào)稱“北方颶風(fēng)”的瑞典國王古斯塔夫斯阿道弗斯（Gustavs Adolphus）決心建造一艘史無前例的巨型新戰(zhàn)艦瓦薩（Vasa）戰(zhàn)艦。瓦薩戰(zhàn)艦確實(shí)是一艘令人望而生畏的戰(zhàn)艦：艦長(zhǎng)70米，載員300人，在三層的甲板上共裝有64門重炮，火力超強(qiáng)。第4頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一5瓦薩戰(zhàn)艦的首航1628年8月10日，這艘巨大的戰(zhàn)艦終于完工。在1萬多名圍觀者

3、的目光注視下，忽然，瓦薩號(hào)奇怪地?fù)u晃了一下，便向左舷傾斜。海水從炮孔處涌入船艙，戰(zhàn)艦迅速翻入水中。幾分鐘后，這艘雄偉戰(zhàn)艦的處女航也是唯一的一次航行結(jié)束了。瓦薩戰(zhàn)艦在它壯麗的起航時(shí)刻，帶著全身飄揚(yáng)的彩旗，沉沒于它誕生的港口。 引言第5頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一6引言瓦薩戰(zhàn)艦為什么沉沒？人們對(duì)瓦薩的沉沒做出了各種各樣的分析，最后的主要結(jié)論是：該艦制造工藝精良，但“比例嚴(yán)重失調(diào)”。也就是說，該戰(zhàn)艦的架構(gòu)存在缺陷。 第6頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一7引言不同類型的分布式系統(tǒng)表現(xiàn)出共同的基本特性及設(shè)計(jì)問題。模型試圖對(duì)分布式系統(tǒng)的相關(guān)方面給出抽

4、象、簡(jiǎn)化但一致的描述。結(jié)構(gòu)模型（Architectural Model）基礎(chǔ)模型（Fundamental Model）第7頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一8引言結(jié)構(gòu)模型構(gòu)成系統(tǒng)各部分（components, computers, procedures )的位置、角色和它們之間的關(guān)系，它定義了系統(tǒng)的各組件之間相互交互的方式以及它們映射到下面的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的方式?？蛻?服務(wù)器結(jié)構(gòu)對(duì)等結(jié)構(gòu)（客戶/服務(wù)器模型的變種）第8頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一9客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)它是所有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)?？蛻?服務(wù)器分別指參與一次通信的兩個(gè)應(yīng)用實(shí)體，客戶方主動(dòng)地發(fā)

5、起通信請(qǐng)求，服務(wù)器方被動(dòng)地等待通信的建立。 優(yōu)點(diǎn)：可以在用戶態(tài)服務(wù)器中構(gòu)造各種各樣的API， 為應(yīng)用程序與服務(wù)間通過RPC調(diào)用進(jìn)行通信提供一致的方法， 且沒有限制其靈活性，為分布式計(jì)算提供了適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)。 客戶/服務(wù)器模型擴(kuò)展 在（多個(gè)）協(xié)作的服務(wù)器上劃分和復(fù)制數(shù)據(jù)； 由代理服務(wù)器和客戶進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存； 使用移動(dòng)代碼和移動(dòng)代理； 以方便的方式添加和刪除移動(dòng)設(shè)備。第9頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一10對(duì)等結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)可由若干互聯(lián)協(xié)作的計(jì)算機(jī)構(gòu)成，且至少具有如下特征之一: 系統(tǒng)依存于邊緣化(非中央式服務(wù)器)設(shè)備的主動(dòng)協(xié)作; 每個(gè)成員直接從其他成員而不是從服務(wù)器的參與中受益;

6、 系統(tǒng)中成員同時(shí)扮演服務(wù)器與客戶端的角色; 系統(tǒng)應(yīng)用的用戶能夠意識(shí)到彼此的存在，構(gòu)成一個(gè)虛擬或?qū)嶋H的群體。第10頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一11引言基礎(chǔ)模型:對(duì)體系結(jié)構(gòu)模型中公共屬性的一種更為形式化的描述交互模型：處理消息發(fā)送的性能問題，解決在分布式系統(tǒng)中設(shè)置時(shí)間限制的難題。例如對(duì)于消息傳遞，反映了進(jìn)程交互的方式。故障模型：試圖給出進(jìn)程和信道（通信通道）故障的一個(gè)精確的約定。它定義了什么是可靠通信和正確的進(jìn)程。安全模型：討論對(duì)進(jìn)程的和信道的各種可能的威脅。引入了安全通道的概念，它可以保證在存在各種威脅的情況下通信的安全。第11頁，共83頁，2022年，5月20日，

7、10點(diǎn)12分，星期一12引言設(shè)計(jì)者面臨的困難和挑戰(zhàn)使用模式的多樣性系統(tǒng)環(huán)境的多樣性內(nèi)部問題：非同步的時(shí)鐘，數(shù)據(jù)修改的不一致性、系統(tǒng)中單個(gè)部件的軟件硬件故障。外部問題：數(shù)據(jù)在傳輸過程中存在著對(duì)私密性、完整性的攻擊。第12頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一13第2章 系統(tǒng)模型引言體系結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)模型總結(jié)第13頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一14ArchitecturesArchitectural stylesSoftware architecturesArchitectures versus middlewareSelf-management in

8、 distributed systems第14頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一15體系結(jié)構(gòu)模型一個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是指各個(gè)獨(dú)立指定組件的結(jié)構(gòu)。建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有類似的方面：不僅要確定它的外觀，而且要確定它的總體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)風(fēng)格。整體目標(biāo)是確保結(jié)構(gòu)能滿足現(xiàn)在和將來可能的需求。主要關(guān)心系統(tǒng)可靠性、適應(yīng)性、可管理性和性價(jià)比。第15頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一16體系結(jié)構(gòu)模型體系結(jié)構(gòu)模型首先簡(jiǎn)化和抽象系統(tǒng)每個(gè)獨(dú)立的構(gòu)成模塊的作用和功能；其次在網(wǎng)絡(luò)中如何部署各個(gè)組件，對(duì)數(shù)據(jù)分布和負(fù)載定義有用的模式；各個(gè)模塊之間的關(guān)系，組件的角色和組件之間的通訊模式；例

9、如：分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的角色、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的索引。由此確定了目錄服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，以及它們之間的關(guān)系和通信交互模式。例如：門戶網(wǎng)站：client/server模型，因?yàn)殚T戶網(wǎng)站和用戶不可能對(duì)等（應(yīng)用模式）。為了減少服務(wù)器的負(fù)載，服務(wù)器之間可以P2P連接（效率、擴(kuò)展性）。第16頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一17體系結(jié)構(gòu)模型軟件體系結(jié)構(gòu)是指計(jì)算機(jī)里軟件的分層或模塊結(jié)構(gòu)，近來多指進(jìn)程之間請(qǐng)求和提供的服務(wù)。中間件操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與硬件應(yīng)用層第17頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一18體系結(jié)構(gòu)模型平臺(tái)（Platform）最底層的軟硬件，為上層提供服務(wù)。如：In

10、tel x86（ X86是處理器中一種很“本質(zhì)”的“大架構(gòu)” ）/WindowsIntel x86/LinuxIntel x86/SolarisSPARC（“可擴(kuò)充處理器架構(gòu)”（Scalable Processor ARChitecture）/SunOSPowerPC（一種RISC架構(gòu)）/MacOS第18頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一19體系結(jié)構(gòu)模型中間件層中間件是一種軟件，它提供基本的通信模塊和其他一些基礎(chǔ)服務(wù)模塊，為應(yīng)用程序開發(fā)提供平臺(tái)。主要解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下分布式應(yīng)用軟件的互連與互操作問題，它可屏蔽實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，提高應(yīng)用系統(tǒng)的易移植性。中間件第19頁，共83頁，2

11、022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一20體系結(jié)構(gòu)模型中間件要解決的問題。硬件：數(shù)據(jù)類型在不同的硬件平臺(tái)上有不同的表示：big-endian，little-endian。PowerPC 系列采用big-endian方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而 X86 系列則采用 little-endian方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。通信協(xié)議：獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)底層的傳輸協(xié)議。操作系統(tǒng)：在操作系統(tǒng)層上提供更高級(jí)的抽象API，屏蔽操作系統(tǒng)的異構(gòu)。編程語言：CORBA通過IDL，可以使得不同的語言寫的代碼互相調(diào)用。CORBA-公共對(duì)象請(qǐng)求代理結(jié)構(gòu)(Common Object Request Broker Architecture)，由對(duì)象管理組

12、織 (Object Management Group，縮寫為 OMG)標(biāo)準(zhǔn)化。它的組成是接口定義語言(IDL), 語言綁定(binding，聯(lián)編)和允許應(yīng)用程序間互操作的協(xié)議。 中間件提供了一個(gè)編程的抽象，來屏蔽上述的異構(gòu)問題。第20頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一21體系結(jié)構(gòu)模型中間件的特性滿足大量應(yīng)用的需要 運(yùn)行于多種硬件和OS平臺(tái) 提供跨網(wǎng)絡(luò)、硬件和OS平臺(tái)的透明性的應(yīng)用或服務(wù)的交互 支持標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議 支持標(biāo)準(zhǔn)的接口 由于標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)于可移植性和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對(duì)于互操作性的重要性，中間件已成為許多標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要部分。 對(duì)于應(yīng)用軟件開發(fā)，中間件提供的程序接口定義了一個(gè)相對(duì)

13、穩(wěn)定的高層應(yīng)用環(huán)境。 不管底層的計(jì)算機(jī)硬件和系統(tǒng)軟件怎樣更新?lián)Q代，只要將中間件升級(jí)更新，并保持中間件對(duì)外的接口定義不變，應(yīng)用軟件幾乎不需任何修改。 第21頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一22軟件體系結(jié)構(gòu)分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要考慮：系統(tǒng)組件之間的責(zé)任劃分；組件在網(wǎng)絡(luò)上的放置。以上兩個(gè)因素對(duì)系統(tǒng)性能、可靠性和安全性有較大影響。第22頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一23體系結(jié)構(gòu)模型-分布式體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求資源共享是分布式系統(tǒng)的基本目標(biāo)，但是在大規(guī)模的系統(tǒng)中仍能保證有效的共享是一個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。性能服務(wù)質(zhì)量緩存和復(fù)制的使用可靠性問題 第23頁，共83頁，

14、2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一24體系結(jié)構(gòu)模型-分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求性能問題響應(yīng)能力服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載操作系統(tǒng)、中間件和代碼執(zhí)行引起的延遲吞吐量單位時(shí)間內(nèi)能完成的任務(wù)量它由處理速度和傳輸速度決定負(fù)載平衡多個(gè)機(jī)器同時(shí)提供服務(wù)用applets在本地和客戶端交互第24頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一25體系結(jié)構(gòu)模型-分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求QoS-服務(wù)質(zhì)量非功能性的特征：可靠性、安全性 （基礎(chǔ)模型中的兩個(gè)問題）、性能。適應(yīng)性（adaptability）：滿足變化的系統(tǒng)配置和資源可用性的要求，也將被看作是服務(wù)質(zhì)量的重要指標(biāo)。性能一般來說體現(xiàn)在響應(yīng)時(shí)間和吞吐量上，但是

15、一些新的解釋是能否滿足時(shí)間性的要求。（用基礎(chǔ)模型中的交互模型來刻畫）。有些應(yīng)用處理強(qiáng)時(shí)間性數(shù)據(jù)（time-critical data），例如：流媒體，要求按一定的速率處理。QoS可以在操作系統(tǒng)層、網(wǎng)絡(luò)層以及各個(gè)層面上都可以實(shí)現(xiàn)。第25頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一26體系結(jié)構(gòu)模型-分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求緩存和復(fù)制的使用使用數(shù)據(jù)復(fù)制和緩存解決性能問題Web緩存協(xié)議：客戶請(qǐng)求的響應(yīng)可能來自瀏覽器緩存，也可能來自客戶和服務(wù)器之間的代理服務(wù)器緩存。第26頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一27體系結(jié)構(gòu)模型-分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求可靠性問題正確性沒有成熟的技

16、術(shù)容錯(cuò)性冗余是關(guān)鍵，例如：消息保存以便重傳，使用副本技術(shù)進(jìn)行容錯(cuò)。安全性保證數(shù)據(jù)不受攻擊通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)的權(quán)限第27頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一28客戶服務(wù)器模型歷史上最重要的結(jié)構(gòu)之一，是Internet應(yīng)用最常見的結(jié)構(gòu)。第28頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一29Centralized ArchitecturesBasic ClientServer Model-Characteristics:There are processes offering services (servers)There are processes that us

17、e services (clients)Clients and servers can be on different machinesClients follow request/reply model to using services第29頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一30Application LayeringTraditional three-layered viewUser-interface layer contains units for an applications user interfaceProcessing layer contains

18、the functions of an application, i.e. without specific dataData layer contains the data that a client wants to manipulate through the application components第30頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一31Application Layering第31頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一32對(duì)等體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)用中，完全由對(duì)等進(jìn)程組成，進(jìn)程間的通信模式完全依賴于應(yīng)用的需求。第32頁，共83頁，2022年

19、，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一33Decentralized ArchitecturesObservationIn the last couple of years we have been seeing a tremendous growth in peer-to-peer systems.Structured P2P: nodes are organized following a specific distributed data structure結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)使用分布式哈希表（DHT）技術(shù)將數(shù)據(jù)映射到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，以便在數(shù)據(jù)的存放與查找方面有很好的擴(kuò)展性，同時(shí)P2P網(wǎng)絡(luò)的路由表的

20、容量和鏈路長(zhǎng)度之間存在漸進(jìn)曲線的關(guān)系。首先介紹現(xiàn)有的P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕愋?，然后?duì)基于DHT的結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了詳細(xì)的分析比較。 第33頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一34Unstructured P2P: nodes have randomly selected neighborsHybrid P2P: some nodes are appointed special functions in a well-organized fashionNoteIn virtually all cases, we are dealing with overlay network

21、s: data is routed over connections setup between the nodes (cf. application-level multicasting)第34頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一35Structured P2P SystemsBasic ideaOrganize the nodes in a structured overlay network such as a logical ring, and make specific nodes responsible for services based only on t

22、heir ID.第35頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一36Unstructured P2P SystemsObservationMany unstructured P2P systems attempt to maintain a random graph.Basic principleEach node is required to contact a randomly selected other node:Let each peer maintain a partial view of the network, consisting of c other nod

23、esEach node P periodically selects a node Q from its partial view P and Q exchange information and exchange members from their respective partial viewsNoteIt turns out that, depending on the exchange, randomness, but also robustness of the network can be maintained.第36頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一37

24、SuperpeersObservationSometimes it helps to select a few nodes to do specific work: superpeer.第37頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一38Hybrid Architectures: Client-server combined with P2PExampleEdge-server architectures, which are often used for Content Delivery Networks第38頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一39Hy

25、brid Architectures: C/S with P2P BitTorrentBasic ideaOnce a node has identified where to download a file form, it joins a swarm of downloaders who in parallel get file chunks from the source, but also distribute these chunks amongst each other.第39頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一40Architectures versus M

26、iddlewareProblemIn many cases, distributed systems/applications are developed according to a specific architectural style. The chosen style may not be optimal in all cases ) need to (dynamically) adapt the behavior of the middleware.InterceptorsIntercept the usual flow of control when invoking a rem

27、ote object.第40頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一41第41頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一42體系結(jié)構(gòu)模型變體使用多個(gè)服務(wù)器和緩存，增加性能和靈活性；使用移動(dòng)代碼和移動(dòng)代理；用戶需要硬件資源有限的、便于管理的低價(jià)格計(jì)算機(jī)；能方便地增加和刪除移動(dòng)設(shè)備的需求。第42頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一43體系結(jié)構(gòu)模型變體-服務(wù)器組將不同的服務(wù)對(duì)象在不同的機(jī)器上實(shí)現(xiàn) e.g. Web在幾個(gè)主機(jī)上維護(hù)副本服務(wù) e.g. Sun NIS（Network Information Service ） Service第43頁

28、，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一44體系結(jié)構(gòu)模型變體-代理服務(wù)器和緩存緩存（Cache）保存最近使用過的數(shù)據(jù)，可以在本地緩 存，也可以在代理服務(wù)器上做緩存。緩存可以減少不必要的網(wǎng)絡(luò)傳輸，減少服 務(wù)器負(fù)擔(dān)，還可以代理其它用戶透過防火 墻訪問服務(wù)器。第44頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一45體系結(jié)構(gòu)模型變體-移動(dòng)代碼局部（本地）運(yùn)行下載的代碼的好處是，由于不會(huì)遭遇跟網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的延遲或帶寬的變化（可變性），因此，會(huì)得到好的交互式響應(yīng)。例子：一個(gè)股票代理可以提供一個(gè)定制服務(wù)來通知客戶股票價(jià)格的變化。為了使用這個(gè)服務(wù)，每個(gè)客戶必須下載一個(gè)特別的Appl

29、et，它從代理服務(wù)器那里接收更新，顯示給用戶，也許還要執(zhí)行自動(dòng)的買和賣操作。第45頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一46體系結(jié)構(gòu)模型變體-移動(dòng)代碼將代碼下載到客戶端運(yùn)行，可以提高交互的效率。第46頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一47體系結(jié)構(gòu)模型變體-移動(dòng)代理在網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)之間穿梭，并執(zhí)行的代碼。代替一些機(jī)器執(zhí)行任務(wù)。例如：利用空閑計(jì)算機(jī)完成密集型計(jì)算，計(jì)算程序（連同數(shù)據(jù)）從一個(gè)機(jī)器移動(dòng)到另一個(gè)機(jī)器，在目的機(jī)上運(yùn)行。和移動(dòng)代碼 的區(qū)別：移動(dòng)代碼是服務(wù)器與客戶端之間傳遞代碼，后者是在服務(wù)器之間傳遞。和遠(yuǎn)程調(diào)用比較：減少數(shù)據(jù)傳輸，降低通信開銷。安全

30、威脅限制了它的使用。移動(dòng)代理系統(tǒng)的例子有：IBM的Aglet以及Voyager、AgentTCL等。第47頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一48體系結(jié)構(gòu)模型變體-網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)本身不安裝操作系統(tǒng)，而是從遠(yuǎn)程服務(wù)器上下載操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。所有的應(yīng)用數(shù)據(jù)和代碼都存儲(chǔ)在文件服務(wù)器上。用戶可以移動(dòng)。第48頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一49體系結(jié)構(gòu)模型變體-瘦客戶本地只是一個(gè) GUI（圖形用戶界面），應(yīng)用程序在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。早期的大型機(jī)就有啞終端的概念，只不過那時(shí)大型機(jī)和啞終端在一個(gè)機(jī)房?，F(xiàn)在可以是通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器。缺點(diǎn)：高延遲。ThinClien

31、tApplicationProcessNetwork computer or PCCompute servernetwork第49頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一50體系結(jié)構(gòu)模型變體-移動(dòng)設(shè)備和自發(fā)互操作設(shè)備帶著軟件組件在網(wǎng)絡(luò)上移動(dòng)移動(dòng)透明性，變化的連接性自發(fā)互操作，能夠無線聯(lián)網(wǎng)，范圍從大城市或更大的范圍，到數(shù)百米，或幾米。提供了對(duì)移動(dòng)計(jì)算的支持，從而用戶能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之間攜帶它們的移動(dòng)設(shè)備，并利用本地和遠(yuǎn)程的服務(wù)。第50頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一51體系結(jié)構(gòu)模型接口與對(duì)象在分布式系統(tǒng)中，進(jìn)程間的通信除了socket連接之外，大量的交互

32、通過遠(yuǎn)程調(diào)用的形式完成的，接口與對(duì)象是遠(yuǎn)程調(diào)用的基礎(chǔ)。接口定義一個(gè)進(jìn)程中可調(diào)用的函數(shù)，要用一個(gè)或多個(gè)接口定義制定：功能，輸入，輸出。面向?qū)ο蟮恼Z言用面向?qū)ο笳Z言實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程方法(rmi)調(diào)用，這是CORBA和JAVA采用的方法。分布式系統(tǒng)中責(zé)任的分布是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面靜態(tài)分配，事前確定每個(gè)機(jī)器或進(jìn)程的作用。面向?qū)ο蟮哪Ｊ街校瑢?duì)象可以動(dòng)態(tài)實(shí)例化并馬上調(diào)用。第51頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一52Architectural stylesBasic ideaOrganize into logically different components, and distribut

33、e those components over the various machines. (a) Layered style is used for client-server system (b) Object-based style for distributed object systems.第52頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一53Architectural stylesDecoupling processes in space (“anonymous”) and also time (“asynchronous”) has led to alternati

34、ve styles.(a) Publish/subscribe decoupled in space(b) Shared data space decoupled in space and time第53頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一54第2章 系統(tǒng)模型引言體系結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)模型總結(jié)第54頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一55基礎(chǔ)模型體系結(jié)構(gòu)模型所涉及的問題：系統(tǒng)中的主要實(shí)體是什么？它們?nèi)绾谓换?？影響他們單個(gè)和集體行為的特征是什么？第55頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一56基礎(chǔ)模型模型的目的顯式地表示有關(guān)正在建模的系統(tǒng)

35、假設(shè)；給定這些假設(shè)，就什么是可行的，什么是不可行的給出結(jié)論。第56頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一57基礎(chǔ)模型交互模型進(jìn)程之間通過消息傳遞進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)的通信和協(xié)作功能。有較長(zhǎng)時(shí)間的延遲。時(shí)間是進(jìn)程間進(jìn)行協(xié)調(diào)的基本的參照，在 分布式系統(tǒng)中，很難有相同的時(shí)間概念。獨(dú)立進(jìn)程之間相互配合的準(zhǔn)確性受限于上 面兩個(gè)因素。第57頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一58基礎(chǔ)模型故障模型計(jì)算機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，會(huì)影響服務(wù)的正確性。故障模型的意義在于將定義可能出現(xiàn)的故障的形式，為分析故障帶來的影響提供依據(jù)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，知道如何考慮到容錯(cuò)的需求。第58頁，共8

36、3頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一59基礎(chǔ)模型安全模型分布式系統(tǒng)的模塊特性以及開放性，使得它們暴露在內(nèi)部和外部的攻擊之下。安全模型的目的是提供依據(jù)，以此分析系統(tǒng)可能收到的侵害，并在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)防止這些侵害的發(fā)生。第59頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一60基礎(chǔ)模型之交互模型兩個(gè)影響進(jìn)程交互的因素通信性能不可能維護(hù)一個(gè)全局時(shí)間概念第60頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一61基礎(chǔ)模型之交互模型通信通道的性能延遲第一個(gè)比特流從發(fā)出到到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中所花費(fèi)的時(shí)間。訪問網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間、操作系統(tǒng)通信服務(wù)的時(shí)間帶寬在單位時(shí)間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)上能夠傳輸?shù)男?/p>

37、息的總量抖動(dòng)傳輸一系列信息所花費(fèi)時(shí)間的變化值E.g. 抖動(dòng)會(huì)影響流媒體服務(wù)的質(zhì)量，因?yàn)檫@類數(shù)據(jù)要求相對(duì)穩(wěn)定的傳輸率。第61頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一62基礎(chǔ)模型之交互模型計(jì)算機(jī)時(shí)鐘和時(shí)間事件時(shí)鐘漂移率（Clock drift rate）局部時(shí)鐘和一個(gè)精確的參考時(shí)鐘的差值 Timing evente.g., GPS, Logical time第62頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一63基礎(chǔ)模型之交互模型交互模型的兩個(gè)變體同步分布式系統(tǒng)進(jìn)程執(zhí)行每一步的時(shí)間有一個(gè)上限和下限。每個(gè)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸消息可在已知時(shí)間范圍內(nèi)接收到。每個(gè)進(jìn)程的局部時(shí)鐘相對(duì)于

38、實(shí)際時(shí)間的漂移是在已知的范圍內(nèi)。第63頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一64基礎(chǔ)模型之交互模型交互模型的兩個(gè)變種異步分布式系統(tǒng)-沒有可預(yù)測(cè)的時(shí)限進(jìn)程執(zhí)行速度每一步都可能需要任意長(zhǎng)的時(shí)間消息傳遞延遲收到一個(gè)消息的等待時(shí)間可能任意長(zhǎng)時(shí)鐘漂移率漂移率可能是任意的第64頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一65基礎(chǔ)模型之交互模型同步分布式系統(tǒng)和異步分布式系統(tǒng)的例子異步分布式系統(tǒng)EmailFTP同步分布式系統(tǒng)VOD (Video On Demand)即視頻點(diǎn)播技術(shù) Voice Conference System第65頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)

39、12分，星期一66故障模型定義故障發(fā)生的行為，幫助理解故障對(duì)分布式系統(tǒng)的影響。分類（針對(duì)分布式系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的故障場(chǎng)景，多倫多大學(xué)的Vassos Hadzialcos和康奈爾大學(xué)Sam Toueg于1994年進(jìn)行了比較系統(tǒng)的分類）遺漏故障Omission failures隨機(jī)故障Arbitrary failures時(shí)序故障Timing failures第66頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一67故障模型-遺漏故障進(jìn)程或者通信通道沒有正常的工作進(jìn)程遺漏故障：進(jìn)程崩潰進(jìn)程停止：在同步系統(tǒng)中通過時(shí)限是可以檢測(cè)出來的。但是在異步系統(tǒng)中，即使很長(zhǎng)時(shí)間沒有收到來自某個(gè)進(jìn)程的消息，

40、也不能判斷是進(jìn)程停止了。通信遺漏故障：丟失信息發(fā)送丟失，接受丟失，通道丟失丟失故障是良性故障第67頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一68故障模型-遺漏故障第68頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一69故障模型-隨機(jī)故障隨機(jī)故障（拜占庭故障）：對(duì)系統(tǒng)影響最大的一種故障形式，而且錯(cuò)誤很難探知。發(fā)生在進(jìn)程中的隨機(jī)故障：隨便遺漏應(yīng)有的處理步驟或者進(jìn)行不應(yīng)有的處理步驟，該做的不做，不該做的卻做了。E.g. 對(duì)一個(gè)過程調(diào)用返回一個(gè)錯(cuò)誤的信息隨機(jī)故障很少出現(xiàn)在通信信道。E.g. 校驗(yàn)和，消息有序列號(hào)第69頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一

41、70故障模型-時(shí)間故障僅僅發(fā)生在同步分布式系統(tǒng)中ClasseffectsDescriptionClockProcessProcesss local clock exceeds the bounds on its rate of drift from real time.Performance ProcessProcess exceeds the bounds on the interval between two steps.Performance Channel A messages transmission takes longer than the stated bound.第70頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一71故障模型-屏蔽故障分布式系統(tǒng)中每個(gè)組件通?；谄渌唤M組件構(gòu)造，利用存在故障的組件構(gòu)造可靠的服務(wù)是可能。一對(duì)一通信的可靠性有效性（Validity）在發(fā)送端緩沖區(qū)的消息最終能夠到達(dá)接收端的緩沖區(qū)。完整性（Integrity）接收到的消息和發(fā)送的消息完全一樣，沒有消息被發(fā)送兩次。第71頁，共83頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期一72安全模型分布式系統(tǒng)的安全性進(jìn)程的安全性通信信道的安全性對(duì)象的安全性對(duì)對(duì)象的保護(hù)措施訪問權(quán)限：在對(duì)象的訪問控制表中規(guī)定什么人具有訪問一個(gè)對(duì)象的權(quán)限權(quán)能：用戶一方所持有的