分布式系統(tǒng)及分布式操作系統(tǒng)

1、操作系統(tǒng)論文題目：分布式和分布式操作系統(tǒng)簡介學院：計算機科學與工程學院專業(yè)：計算機科學與技術(shù)班計算機科學與技術(shù)師范（1）班學生姓名學號指導教師分布式和分布式操作系統(tǒng)簡介摘要本文介紹了分布式系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)及其特點以及與網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的區(qū) 別，分布式操作系統(tǒng)是在比單機復雜的多機環(huán)境下得到實現(xiàn)的，并且具備分布性、 自治性、并行性、全局性這四個基本特征，能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享，加快計算速度， 并且可靠性得到了提高。在分布性與并行性上比網(wǎng)絡操作系統(tǒng)有獨到的優(yōu)點，并 且在透明性以及健壯性方面具有網(wǎng)絡操作系統(tǒng)不可匹敵的優(yōu)勢，本文從分布式系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、分布式系統(tǒng)的工作原理、分布式系統(tǒng)的典型作用以及分布式系統(tǒng)的局

2、 限性等方面詳細闡述了分布式系統(tǒng)是如何實現(xiàn)分布的。關鍵字：分布式、分布式操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)分布式系統(tǒng)概述利用計算機網(wǎng)絡把分布在不同地點的計算機硬件、軟件、數(shù)據(jù)等信息資源聯(lián) 系在一起服務于一個共同的目標而實現(xiàn)相互通信和資源共享，就形成了管理信息 系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)。具有分布結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)稱為分布式系統(tǒng)。實現(xiàn)不同地點的硬、軟件和數(shù)據(jù)等信息資源共享，是分布式系統(tǒng)的一個主要 特征。分布式系統(tǒng)的另一個主要特征是各地與計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)相聯(lián)的計算機系統(tǒng) 既可以在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下工作，又可脫離網(wǎng)絡環(huán)境利用本地信息資 源獨立開展工作。下圖是分布式的圖例：中繼器中讎器中繼器中讎器硬件環(huán)境原來系統(tǒng)

3、內(nèi)中央處理器處理的任務分散給相應的處理器，實現(xiàn)不同功能的各個處理器相互協(xié)調(diào)，共享系統(tǒng)的外設與軟件。網(wǎng)絡環(huán)境多數(shù)分布式系統(tǒng)是建立在計算機網(wǎng)絡之上的，所以分布式系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡 在物理結(jié)構(gòu)上是基本相同的。分布式操作系統(tǒng)的設計思想和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是不同 的，這決定了他們在結(jié)構(gòu)、工作方式和功能上也不同。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)要求網(wǎng)絡用 戶在使用網(wǎng)絡資源時首先必須了解網(wǎng)絡資源，網(wǎng)絡用戶必須知道網(wǎng)絡中各個計算 機的功能與配置、軟件資源、網(wǎng)絡文件結(jié)構(gòu)等情況，在網(wǎng)絡中如果用戶要讀一個 共享文件時，用戶必須知道這個文件放在哪一臺計算機的哪一個目錄下；分布式 操作系統(tǒng)是以全局方式管理系統(tǒng)資源的，它可以為用戶任意調(diào)度網(wǎng)絡資源，

4、并且 調(diào)度過程是“透明”的。當用戶提交一個作業(yè)時，分布式操作系統(tǒng)能夠根據(jù)需要 在系統(tǒng)中選擇最合適的處理器，將用戶的作業(yè)提交到該處理程序，在處理器完成 作業(yè)后，將結(jié)果傳給用戶。在這個過程中，用戶并不會意識到有多個處理器的存 在，這個系統(tǒng)就像是一個處理器一樣。分布式系統(tǒng)的特點分布式操作系統(tǒng)是在比單機復雜的多機環(huán)境下得到實現(xiàn)的，操作系統(tǒng)在進行 任何一項任務的始終都要依賴于通信軟件模塊，故而分布式操作系統(tǒng)具有區(qū)別于 單機操作系統(tǒng)的下列顯著特點：具有干預互連的各處理機之間交互關系的責任。分布式操作系統(tǒng)必須保 證在不同處理機上執(zhí)行的進程彼此互不干擾，并嚴格同步，以及保證避免或妥善 解決各處理機對某些資源的

5、競爭和引起的死鎖等問題。分布式操作系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)是分布式的。分布式操作系統(tǒng)一般由內(nèi)核和 實用程序組成。內(nèi)核主要負責處理各種中斷、通信和調(diào)度實用程序。而實用程序 有多個，它們分別完成一部分的系統(tǒng)功能。由于分布計算機系統(tǒng)由多臺計算機組 成，分布式操作系統(tǒng)的內(nèi)核就必須有多個，每臺計算機上都應有一個內(nèi)核，而每 臺計算機上所配置的實用程序可以各不相同，且可以以多副本形式分布于不同的 計算機上。內(nèi)核一般由基本部分和外加部分組成。5bDH部分主要用來控制外部 設備，它根據(jù)各臺計算機所配置的外部設備而定。各臺計算機的內(nèi)核的基本部分 是相同的，它運行于硬件之上，是一種具有有限功能的較小的操作系統(tǒng)內(nèi)核，主 要作用

6、是讓系統(tǒng)管理員以它為基礎建立操作系統(tǒng)，其主要功能為進程通信、低級 進程管理、低級存儲管理、輸入輸出管理等。分布式操作系統(tǒng)按其邏輯功能可分為全局操作系統(tǒng)和局部操作系統(tǒng)兩部 分。由于分布式操作系統(tǒng)把資源看成統(tǒng)一的整體來處理，系統(tǒng)基于單一策略來控 制和管理，因而在操作系統(tǒng)的設計上要體現(xiàn)出各處理機間的協(xié)調(diào)一致，整體地去 分配任務及公共事務、特殊事務(意外處理、錯誤捕獲等)，即把整體性分散于內(nèi) 核和管理程序之中，這一部分稱為全局操作系統(tǒng)。但在每臺計算機上的操作系統(tǒng) 又有獨立于其他機器的管理功能，這一部分稱之為局部操作系統(tǒng)。它主要負責屬 于本機獨立運行的基本管理功能以及本機與其他機器的同步通信、消息發(fā)送的

7、事 務管理。這樣的劃分是為了使各處理機在運行中既具有獨立性和一定的自主權(quán)， 又能保持系統(tǒng)中各機的步調(diào)一致并能良好地合作。分布式操作系統(tǒng)的基本調(diào)度單位不是一般系統(tǒng)中的進程，而是一種任務 隊列，即多個處理機上的并發(fā)進程的集合。多處理機系統(tǒng)以任務級并行為特征。 同一任務隊列的各進程可分布在不同的處理機上并行地執(zhí)行，同一處理機也可執(zhí) 行多個不同的任務隊列的進程。任務隊列的各進程或各個任務隊列之間都有很復 雜的內(nèi)在聯(lián)系。分布式操作系統(tǒng)的組成情況與系統(tǒng)的耦合方式關系很大。緊耦合的分布 式系統(tǒng)中，系統(tǒng)資源的耦合程度很高，需使用專門的各種軟件硬件機制來解決 沖突和競爭等問題，在松耦合的分布式系統(tǒng)中，各處理機配

8、有自己的本地資源， 系統(tǒng)的重要問題是機問的同步與通信的管理。分布式操作系統(tǒng)為加強各處理機間的動態(tài)協(xié)作，借鑒了網(wǎng)絡操作系統(tǒng)中 的消息傳送協(xié)議技術(shù)，具體采取什么協(xié)議則根據(jù)系統(tǒng)的互連模式而定。優(yōu)缺點分布式系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：1、可以根據(jù)應用需要和存取方便來配置信息資源；2、有利于發(fā)揮用戶在系統(tǒng)開發(fā)、維護和信息資源管理方面的積極性和主動 性，提高了系統(tǒng)對用戶需求變更的適應性和對環(huán)境的應變能力；3、系統(tǒng)擴展方便。增加一個網(wǎng)絡結(jié)點一般不會影響其他結(jié)點的工作。系統(tǒng)建設可以采取逐步擴展網(wǎng)絡結(jié)點的漸進方式，以合理使用系統(tǒng)開發(fā)所需資源；4、系統(tǒng)的健壯性好(網(wǎng)絡上一個結(jié)點出現(xiàn)故障一般不會導致全系統(tǒng)癱瘓)。分布式系統(tǒng)具

9、有以下缺點：1、由于信息資源分散，系統(tǒng)開發(fā)、維護和管理的標準、規(guī)范不易統(tǒng)一；2、配置在不同地點的信息資源一般分屬管理信息系統(tǒng)的各子系統(tǒng)。不同子系統(tǒng)之間往往存在利益沖突，管理上協(xié)調(diào)有一定難度；3、各地的計算機系統(tǒng)工作條件與環(huán)境不一，不利于安全保密措施的統(tǒng)一實 施?，F(xiàn)在企業(yè)組織結(jié)構(gòu)在朝小型化、扁平化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。管理信息系統(tǒng)必 須適應這一發(fā)展。八十年代以來，隨著計算機網(wǎng)絡與通信技術(shù)的迅速發(fā)展，分布 式系統(tǒng)已經(jīng)成了當前信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主流模式。2、分布式操作系統(tǒng)2.1 分布式操作系統(tǒng)概述分布式操作系統(tǒng)，用于通信和資源共享的計算機網(wǎng)絡中，除了共享文件系統(tǒng) 外，用戶知道網(wǎng)絡中其他計算機的存在，每臺計算

10、機擁有自己的操作系統(tǒng)，整個 網(wǎng)絡并沒有整體的協(xié)調(diào)。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)僅僅維護了全局文件系統(tǒng)和用戶的帳戶信 息，并要求客尸和服務器間遵循一致的通信協(xié)議而已。分布式操作系統(tǒng)的特點2.2.1 分布式操作系統(tǒng)是在比單機復雜的多機環(huán)境下得到實現(xiàn)的，操作系統(tǒng) 在進行任何一項任務的始終都要依賴于通信軟件模塊，故而分布式操作系統(tǒng)具有 區(qū)別于單機操作系統(tǒng)的下列顯著特點：具有干預互連的各處理機之間交互關系的責任。分布式操作系統(tǒng)必須保 證在不同處理機上執(zhí)行的進程彼此互不干擾，并嚴格同步，以及保證避免或妥善 解決各處理機對某些資源的競爭和引起的死鎖等問題。分布式操作系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)是分布式的。分布式操作系統(tǒng)一般由內(nèi)核和 實用

11、程序組成。內(nèi)核主要負責處理各種中斷、通信和調(diào)度實用程序。而實用程序 有多個，它們分別完成一部分的系統(tǒng)功能。由于分布計算機系統(tǒng)由多臺計算機組 成，分布式操作系統(tǒng)的內(nèi)核就必須有多個，每臺計算機上都應有一個內(nèi)核，而每 臺計算機上所配置的實用程序可以各不相同，且可以以多副本形式分布于不同的 計算機上。內(nèi)核一般由基本部分和外加部分組成。5bDH部分主要用來控制外部 設備，它根據(jù)各臺計算機所配置的外部設備而定。各臺計算機的內(nèi)核的基本部分 是相同的，它運行于硬件之上，是一種具有有限功能的較小的操作系統(tǒng)內(nèi)核，主 要作用是讓系統(tǒng)管理員以它為基礎建立操作系統(tǒng)，其主要功能為進程通信、低級 進程管理、低級存儲管理、輸

12、入輸出管理等。分布式操作系統(tǒng)按其邏輯功能可分為全局操作系統(tǒng)和局部操作系統(tǒng)兩部 分。由于分布式操作系統(tǒng)把資源看成統(tǒng)一的整體來處理，系統(tǒng)基于單一策略來控 制和管理，因而在操作系統(tǒng)的設計上要體現(xiàn)出各處理機間的協(xié)調(diào)一致，整體地去 分配任務及公共事務、特殊事務(意外處理、錯誤捕獲等)，即把整體性分散于內(nèi) 核和管理程序之中，這一部分稱為全局操作系統(tǒng)。但在每臺計算機上的操作系統(tǒng) 又有獨立于其他機器的管理功能，這一部分稱之為局部操作系統(tǒng)。它主要負責屬 于本機獨立運行的基本管理功能以及本機與其他機器的同步通信、消息發(fā)送的事 務管理。這樣的劃分是為了使各處理機在運行中既具有獨立性和一定的自主權(quán)， 又能保持系統(tǒng)中各

13、機的步調(diào)一致并能良好地合作。分布式操作系統(tǒng)的基本調(diào)度單位不是一般系統(tǒng)中的進程，而是一種任務 隊列，即多個處理機上的并發(fā)進程的集合。多處理機系統(tǒng)以任務級并行為特征。 同一任務隊列的各進程可分布在不同的處理機上并行地執(zhí)行，同一處理機也可執(zhí) 行多個不同的任務隊列的進程。任務隊列的各進程或各個任務隊列之間都有很復 雜的內(nèi)在聯(lián)系。分布式操作系統(tǒng)的組成情況與系統(tǒng)的耦合方式關系很大。緊耦合的分布 式系統(tǒng)中，系統(tǒng)資源的耦合程度很高，需使用專門的各種軟件硬件機制來解決 沖突和競爭等問題，在松耦合的分布式系統(tǒng)中，各處理機配有自己的本地資源， 系統(tǒng)的重要問題是機問的同步與通信的管理。分布式操作系統(tǒng)為加強各處理機間的

14、動態(tài)協(xié)作，借鑒了網(wǎng)絡操作系統(tǒng)中 的消息傳送協(xié)議技術(shù)，具體采取什么協(xié)議則根據(jù)系統(tǒng)的互連模式而定。對于應用于集群的分布式操作系統(tǒng)來說，試圖讓用戶感覺不到多臺計 算機的存在，并提供較高的計算性能和可用性。因此分布式操作系統(tǒng) (DistributedOperatingSystem)的設計要充分地體現(xiàn)系統(tǒng)的透明性、可靠性和并 行性。透明性讓用戶感覺到面對的集群就和一臺計算機一樣是分布式系統(tǒng)設計首 要解決的問題，也就是設計透明性的系統(tǒng)，包括：位置透明性，使用戶不需要 關心所使用的系統(tǒng)資源的具體位置是在哪臺機器上：遷移透明性，使得系統(tǒng)資 源可以在系統(tǒng)內(nèi)任意移動卻不影響它們在全局名字空間的名字；復制透明性，

15、允許系統(tǒng)在多個節(jié)點上復制使用頻率很高的文件并自動維護文件的一致性，而用 戶僅感覺到復制文件的存在：并發(fā)透明性，使得多個用戶同時并發(fā)請求某資源 時可能感覺到系統(tǒng)的遲鈍但感覺不到其他用戶的存在；并行透明性，使得單個 任務被系統(tǒng)并行處理，但用戶僅僅感覺到系統(tǒng)的響應比較快而不需要知道并行的 存在。可靠性設計分布式系統(tǒng)的原因之一是因為它能比單處理機系統(tǒng)更加可靠。當 某個機器故障停機時，其他機器能接替它的工作。可靠性實際包含了：可用性 (Availability), 般通過冗余關鍵性的軟硬件宋實現(xiàn)，當其中一個失效時，其 他的部件能接替工作：安全性，分布式系統(tǒng)的安全性問題比單處理機系統(tǒng)遠為 復雜，防止非法使

16、用文件和其他資源的任務更為艱巨。 并行性提供高性能的計算能力是設計分布式系統(tǒng)的一個初衷，但這個目標的達成 受到很多的限制，比如通信較慢使得進程的全局調(diào)度困難重重。為了改善通信延 遲的影響，通常要減少消息的數(shù)目，但為了提高性能，應該讓一個任務并行地運 行在多個處理器上，這是一對矛盾。所以，為了提高性能，分布式系統(tǒng)的調(diào)度要 復雜得多。對緊耦合的多處理機系統(tǒng)，包括讓操作系統(tǒng)內(nèi)核運行于一個專用處理 機上，而其他用戶進程運行在其他處理機上的主從式(Master / Slave)系統(tǒng)，操 作系統(tǒng)與用戶進程同等調(diào)度與任意處理機上的多成多處理(SMP)系統(tǒng)，其設計的 復雜性介于分布式操作系統(tǒng)和單處理機操作系統(tǒng)

17、之間。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、分布式操 作系統(tǒng)和緊耦合多處理機操作系統(tǒng)三者。3、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)的區(qū)別分布性。分布式操作系統(tǒng)的處理和控制功能均為分布式的；而網(wǎng)絡操 作系統(tǒng)雖具分布處理功能，但其控制功能卻是集中在某個或某些主機或網(wǎng)絡服務 器中，即集中式控制方式。并行性。分布式操作系統(tǒng)具有任務分配功能，可將多個任務分配到多 個處理單元上，使這些任務并行執(zhí)行，從而加速了任務的執(zhí)行；而網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 通常無任務分配功能，網(wǎng)絡中每個用戶的一個或多個任務通常都在本地計算機上 處理。（3）透明性。分布式操作系統(tǒng)通常能很好地隱藏系統(tǒng)內(nèi)部的實現(xiàn)細節(jié)。包 括對象的物理位置、并發(fā)控制和系統(tǒng)故障等對用戶都是透明的。例

18、如，當用戶要 訪問某個文件時，只需提供文件名而無須知道（所要訪問的對象）它是駐留在那 個站點上，即可對它進行訪問，以即具有物理位置的透明性。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的透 明性則主要指操作實現(xiàn)上的透明性。例如，當用戶要訪問服務器上的文件時，只 需發(fā)出相應的文件存取命令，而無需了解對該文件的存取是如何實現(xiàn)的。（4）共享性。分布式操作系統(tǒng)支持系統(tǒng)中所有用戶對分布在各個站點上的 軟硬件資源的共享和透明方式訪問。而網(wǎng)絡操作系統(tǒng)所提供的資源共享功能僅局 限于主機或網(wǎng)絡服務器中資源，對于其它機器上的資源通常僅有使用該機的用戶 獨占。（5）健壯性。分布式操作系統(tǒng)由于處理和控制功能的分布性而具有較好的 可用性和可靠性，即健壯性。而網(wǎng)絡操作系統(tǒng)由于控制功能的集中式特點而使系 統(tǒng)重構(gòu)功能較弱，且具有潛在的不可靠性。4、小結(jié)分布式系統(tǒng)由許多獨立的 CPU 組成，它們在一起工作使得整個系統(tǒng)看上去像 一臺計算機。它們有許多潛在的優(yōu)點，主要包括好的性能/價格比、同分布式應 用的匹配能力強、潛在的高可靠性和負載增加時的漸增性。但是，它們也有一些 缺點。例如，軟件較復雜，潛在的通信瓶頸和脆弱的安全性。然而，人們普遍地 對建立和安裝這種系統(tǒng)有極大的興趣