中科大分布式课件
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分布式操作系统1ppt精选课件
例：
系统CPU数目为1024个，CPU速度为100MIPS，采用omega网络进 行CPU与存储器的连接，试计算所需要的交叉开关数目，以及在不 影响CPU正常执行的情况下交叉开关的最大交换时间。
结论：建立一个共享存储器的多处理机系统是可行的， 但困难且价格贵。
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26
三、基于总线的多计算机
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18
Hardware Concepts
1.6
Different basic organizations and memories in distributed computer
systems
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19
MIMD可以根据耦合程度细分：
紧耦合：
多处理机/多处理器，具有共享存储器，共享统一的虚 拟地址空间，信息传输延迟小，速度快，多用于并行系统
fshu@ 13308488019, 8944489
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2
• 课程介绍
分布式操作系统的前导课程-------操作系统基础；
分布式操作系统课程先定义分布式操作系统，再较 全面地介绍了分布式操作系统环境中的通信、同步、 进程、文件系统和存储器管理等方面的概念与算法， 并详细地给出了分布式操作系统设计实例。理论与实 践结合，1—6章讲叙原理，7—10章介绍4个分布式操 作系统的实例。通过学习对分布式操作系统的原理和 实现有一个完整的认识和了解，并能了解与跟踪当前 的最新技术。
分布式操作系统(高等操作系统)
Distributed Operating System
计算机与通信学院 胡峰松副教授 2005.8
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1
课程序言
• 教师介绍
胡峰松，92年国防科大毕业，湖南大学硕 士毕业，副教授，在读博士生。主讲了操作系统、 计算机网络、微机原理、INTERNET基础等课程。 分布式操作系统课程由我主讲。
系统CPU数目为1024个，CPU速度为100MIPS，采用omega网络进 行CPU与存储器的连接，试计算所需要的交叉开关数目，以及在不 影响CPU正常执行的情况下交叉开关的最大交换时间。
结论：建立一个共享存储器的多处理机系统是可行的， 但困难且价格贵。
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三、基于总线的多计算机
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Hardware Concepts
1.6
Different basic organizations and memories in distributed computer
systems
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MIMD可以根据耦合程度细分：
紧耦合：
多处理机/多处理器，具有共享存储器，共享统一的虚 拟地址空间，信息传输延迟小，速度快，多用于并行系统
fshu@ 13308488019, 8944489
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2
• 课程介绍
分布式操作系统的前导课程-------操作系统基础；
分布式操作系统课程先定义分布式操作系统，再较 全面地介绍了分布式操作系统环境中的通信、同步、 进程、文件系统和存储器管理等方面的概念与算法， 并详细地给出了分布式操作系统设计实例。理论与实 践结合，1—6章讲叙原理，7—10章介绍4个分布式操 作系统的实例。通过学习对分布式操作系统的原理和 实现有一个完整的认识和了解，并能了解与跟踪当前 的最新技术。
分布式操作系统(高等操作系统)
Distributed Operating System
计算机与通信学院 胡峰松副教授 2005.8
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1
课程序言
• 教师介绍
胡峰松，92年国防科大毕业，湖南大学硕 士毕业，副教授，在读博士生。主讲了操作系统、 计算机网络、微机原理、INTERNET基础等课程。 分布式操作系统课程由我主讲。
中科大计算机组成原理课件ppt
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操作系统 编译原理 体系结构 。。。。。。
USTC的有关课程
• 数电、电子系统设计（VerilogHDL）：大X • 计算机组成原理：大2下
– 对计算机系统的基本组成结构和工作机制有比较透彻的理解
• 微型计算机原理：大3
– 突出应用，详细讲述微处理器编程结构、汇编语言、接口技术和 应用编程方法
MIT
• 我在这里的第一学期上了一门叫 《计算机系统设计》得 本科课程，其辛苦程度真实一言难尽。十五个星期内交了 十次作业，作了六次课程设计。有的设计还分几个部分， 分开交设计报告。所以设计报告大概也交了有十次左右。 最恐怖的是有一次，十天内要交六份作业或设计报告，而 且当时正值其他几门课正在期中考试。抱怨是没有用的， 老师说："我很抱歉。但这门课很重要，请大家不停的工 作。"学生从一般的逻辑时序电路开始设计（数电都已忘 得差不多了）；核心是自行设计"麻雀虽小五脏俱全"得 ALU，单指令周期CPU（single cycle CPU）；多指令 CPU（Multi-cycle CPU）；以直到最后实现流水线（pipe line）32位MIPS CPU和Cache。一门课下来，所有与计 算机CPU有关的知识全部融会贯通。硬件设计水平也有了 很大提高（就是太累）。
– 中央处理器（CPU）
• • • • 计算机的运算方法 指令系统 CPU的结构 控制单元设计
本课程的作用
• “为今后学习操作系统、编译原理、计算机体系 结构、计算机网络、计算机容错、并行计算、分 布式系统等课程打好基础”。 • 相关课程
– 数据结构 – 算法设计 – 组成原理
• 重点“单核单处理器”计算机系统 • 强调软硬件接口
计算机组成原理 第一章 概论
《分布式算法》课件
负载均衡
总结词
在分布式系统中，负载均衡是确保各个节点能够均匀地承担处理任务，避免部 分节点过载的关键问题。
详细描述
负载均衡涉及到如何将任务分配给多个节点，以便每个节点都能以最小的负担 完成工作。这需要考虑到任务的性质、节点的性能和网络状况等多个因素，以 确保系统的整体性能和稳定性。
数据同步
总结词
特点包括：节点自治性、通信能力、任务并行性、系统可扩展性等。
分布式系统的通信协议
01
通信机制与规则
02
通信协议是分布式系统中节点间进行信息 交互的规则和标准。
03
常见的通信协议包括TCP/IP、HTTP、FTP 等。
04
协议中规定了数据传输的格式、数据交换 的规则、数据传输的路由等。
分布式系统的数据一致性
大数据处理
在大数据处理中，数据被分散到 多个节点上进行处理，分布式算 法用于协调各个节点的计算任务 ，提高数据处理效率。
物联网
在物联网中，各种设备需要相互 通信和协作以实现智能化，分布 式算法用于实现设备的协同工作 。
02
分布式系统基础
分布式系统的定义与特点
核心定义与特性
分布式系统是一种由多个独立节点通过网络互连，协同完成共同任务的计算机系统 。
系统中节点可能随时失效，需 要算法具备容错性。
数据一致性与完整性
在分布式环境中保持数据一致 性和完整性是重要挑战。
分布式算法的未来发展方算，处 理海量数据。
人工智能与机器学习
利用分布式算法加速AI和机器学习模型的训 练和应用。
物联网
结合物联网设备，实现更广泛的分布式系统 应用。
Paxos算法
适用场景
适用于需要强一致性的分布式系统， 如数据库、分布式存储等。
分布式计算3精品PPT课件
分布式计算系统—分布式程序设计语言
●处理部分失效。在单机系统中，如果CPU失效，所有的工作立即停 止。但在分布计算系统中一些CPU失效时，其他CPU照样工作。可 利用这个性质编写一个能对硬件失效容错的程序。这对于容错应用 程序特别重要，其他应用程序也需要。例如对于能用于比赛的分布 式下棋程序来说，能对处理机失效容错是非常有用的。所以对分布 式程序设计支持的第三个要求是能对系统的部分失效进行检测并恢 复。
2、分布式程序设计与顺序程序设计的区别 上面介绍了在分布计算系统中运行的几类应用程序。那
么这些应用程序如何在分布计算系统上实现呢？在分布计 算系统上实现这些应用程序的活动就叫做分布式程序设计。
分布式程序设计和顺序程序设计的三个基本区别是：使 用多个处理机、处理机合作和存在着部分失效。
分布式计算系统—分布式程序设计语言
分布式计算系统—分布式程序设计语言
●处理机合作。分布计算系统的各个进程在执行分布式应 用程序时需要合作。运行并行的应用程序时，各个进程有 时需要交换中间结果，对它们的活动要进行同步。例如， 在控制自动工厂的系统中，各处理机要相互监视，检测出 失效的处理机。分布式操作系统的各服务程序需要相互支 持，例如进程服务可能需要文件服务的帮助以获得进程的 二进制映像文件。在分布式电子邮件中，必须在各个进程 之间转发报文。上述各个例子中，各个进程必须能相互通 信和同步，这是对分布式程序设计支持的第二个要求。
分布式计算系统—分布式程序设计语言
1、分布式应用程序的分类 分布计算系统有很多不同类型的应用，比起其他体系结
构如单处理机或共享存储器的多处理机来有很大优势。在 分布计算系统上对应用程序进行程序设计的理由有四个： 减少单个计算的周转时间；增加可靠性和可用性；使用系 统的某些部分提供某些特殊功能；以及固有的分布式应用。 所以分布式应用程序可分为以下四类：
云计算技术——分布式计算 ppt课件
ppt课件
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一致性
一致性指“All nodes see the same data at the same time”，即更新操作成功并返 回客户端完成后，所有节点在同一时间的数据完全一致。对于一致性，可以分 为从客户端和服务端两个不同的视角来看。
从客户端来看，一致性主要指多并发访问时更新过的数据如何获取的问题。 从服务端来看，则是如何将更新复制分布到整个系统，以保证数据的最终一 致性问题。
ppt课件
16
可用性
可用性是指“Reads and writes always succeed”，即服务一直可用，而且是 在正常的响应时间内。对于一个可用性的分布式系统，每一个非故障的节点 必须对每一个请求作出响应。也就是该系统使用的任何算法必须最终终止。
当同时要求分区容错性时，这是一个很强的定义：即使是严重的网络错误， 每个请求也必须终止。好的可用性主要是指系统能够很好地为用户服务，不 出现用户操作失败或者访问超时等用户体验不好的情况。通常情况下可用性 和分布式数据冗余、负载均衡等有着很大的关联。
ppt课件
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2.2.4 最终一致性
下面以上面的场景来描述下不同程度的一致性。 强一致性（即时一致性）：假如A先写入了一个值到存储系统，存储系统保证后续A、 B、C的读取操作都将返回最新值。 弱一致性：假如A先写入了一个值到存储系统，存储系统不能保证后续A、B、C的读 取操作能读取到最新值。此种情况下有一个“时间窗口”的概念，它特指从A写入值， 到后续操作A、B、C读取到最新值这一段时间。“时间窗口”类似时空穿梭门，不过 穿梭门是可以穿越到过去的，而一致性窗口只能穿越到未来，方法很简单，就是“等 会儿”。 最终一致性：是弱一致性的一种特例。假如A首先“写”了一个值到存储系统，存储 系统保证如果在A、B、C后续读取之前没有其他写操作更新同样的值的话，最终所有 的读取操作都会读取到A写入的最新值。此种情况下，如果没有失败发生的话，“不 一致性窗口”的大小依赖于以下的几个因素：交互延迟，系统的负载，以及复制技术 中复本的个数。最终一致性方面最出名的系统可以说是DNS系统，当更新一个域名的 IP以后，根据配置策略以及缓存控制策略的不同，最终所有的客户都会看到最新的值。
分布式计算PPT课件
分布式计算概述
提纲
➢ 分布式计算概念 ➢ 分布式系统介绍 ➢ 分布式计算基础技术
分布式计算的定义
分布式计算是一门计算机科学，主要研究对象是分布式系 统。在介绍分布式计算概念前，首先简单了解一下什么是分布 式系统。简单地说，一个分布式系统是由若干通过网络互联的 计算机组成的软硬件系统[1]，且这些计算机互相配合以完成一 个共同的目标（往往这个共同的目标称为“项目”）
率。
12:12:43
1
CAP理论
所有客户端总是有 同样的数据视图
一致性
CA
有一致性和可用性的系 统，通常扩展性能不高， 不具有分区容错性，如传 统的关系数据库
三选二
CP
为了满足一致性，在系统分区 期间会停止 服务，直到数据恢 复一致，如BigTable，Hbase等
可用性
每个客户端总 是能读和写
AP
receive操作的发出将导致接收进程挂起，直到接收到满足操作的所有数据为止。 然而，send操作的发出不会导致发送进程挂起。在本例中，发送进程永远不会被阻 塞，因此，进程2所在主机的IPC设施不必发送确认消息。
同步send和异步receive情形1
Process 1
Process 2
blocking send issued
异步send和同步receive
Process 1
Process 2
nonblocking send
blocking receive starts
blocking receive returns
operation execution flow suspended period
Asynchronous Send and Synchronous Receive
提纲
➢ 分布式计算概念 ➢ 分布式系统介绍 ➢ 分布式计算基础技术
分布式计算的定义
分布式计算是一门计算机科学，主要研究对象是分布式系 统。在介绍分布式计算概念前，首先简单了解一下什么是分布 式系统。简单地说，一个分布式系统是由若干通过网络互联的 计算机组成的软硬件系统[1]，且这些计算机互相配合以完成一 个共同的目标（往往这个共同的目标称为“项目”）
率。
12:12:43
1
CAP理论
所有客户端总是有 同样的数据视图
一致性
CA
有一致性和可用性的系 统，通常扩展性能不高， 不具有分区容错性，如传 统的关系数据库
三选二
CP
为了满足一致性，在系统分区 期间会停止 服务，直到数据恢 复一致，如BigTable，Hbase等
可用性
每个客户端总 是能读和写
AP
receive操作的发出将导致接收进程挂起，直到接收到满足操作的所有数据为止。 然而，send操作的发出不会导致发送进程挂起。在本例中，发送进程永远不会被阻 塞，因此，进程2所在主机的IPC设施不必发送确认消息。
同步send和异步receive情形1
Process 1
Process 2
blocking send issued
异步send和同步receive
Process 1
Process 2
nonblocking send
blocking receive starts
blocking receive returns
operation execution flow suspended period
Asynchronous Send and Synchronous Receive
分布式计算简介PPT教学课件
第1章 分布式计算
计算能力的最后一个延伸是，现代处理器已经有 足够能力来支持高级面向对象语言，而且支持各对象 之间的移动。这样的处理器体积非常小、价格也相当 低廉，可在一些非常简单的设备上使用。
一旦标准。
今天，对大多数人而言，计算机只是用来执行少数应 用，主要用于提供便捷通信：电子邮件和web。回想一 下Internet最初随电子邮件迅速流行的速度，不难想像， web如今已和浏览器成为Internet上的主要服务。
第1章 分布式计算
并行计算通常在一台多处理器计算机上执行，但 根据Koniges的观点，并行计算也能通过在网络上互连 多个计算机来执行并行处理。然而，这种类型的并行 处理需要非常复杂的分布式并行处理软件来支持。
采用并行计算，可以解决单台计算机无法解决的问 题或采用别的方式会导致高代价的计算敏感问题。现 在，并行计算主要应用于如生物、航空、天气预报、 半导体设计等大规模科学计算领域。
第1章 分布式计算
1.3.2 分布式计算
与单机计算模式相反，分布式计算包括在通过网络 互连的多台计算机上执行的计算，每台计算机有自己 的处理器和其它资源。用户可以通过工作站完全使用 与其互连的计算机上的资源。此外，通过与本地计算 机及远程计算机交互，用户可访问远程计算机上的资 源。www是该类计算的最佳例子。当通过浏览器访问 某web站点时，一个如IE的程序将在本地系统允许并与 运行于远程系统中的某个程序（即web服务器）交互， 从而获取驻留于另一个远程系统中的文件。
第1章 分布式计算
1.2 分布式计算历史
单机互连（为了交换数据）－互联网－ WWW(成为网络应用和服务的平台，包括电子 邮件、搜索引擎、电子商务)
在早期，将一系列独立的计算机互连起来以 便彼此能交换数据，是一种自然的发展过程。 最初针对文件共享，采用电缆将计算机互连这 一方式早在20世纪60年代就被使用。
中国科学技术大学分布式算法课件研究生课程
Pf：我们构造满足下述条件的另一个环R’：
① R’中的Pj和R中Pi的有相同的k-邻居； ② R’中的标识符唯一
③ R’和R序等价，R’中的Pj匹配于R中的Pj。
因为R是有空隙环，故我们能够构造R’。例如，对于 k=1和n=8有：
14
§3.4.2 有限制算法的下界Ω(nlgn)
100 75
10 30
在第k个主动轮里： i)若Pi和Pj均不接收msg，则它们在该轮结束时有相同的状态； ii)因为Pi 和Pj的邻居状态相同，若Pi接收右(左)邻的一个msg， 则Pj也接收右(左)邻同样的msg。因此，在第k个主动轮结束 之后，Pi和Pj均处于相同的状态。
下一引理将上述论断从具有相同k-邻居的结点扩展至具有 次序等价的k-邻居的结点。这依赖于事实：A是基于比较的。
因此，若某一轮在任何次序等价的环上均无msg发送， 则该轮是无用的，而有用的轮被称为是主动的(active)。
9
§3.4.2 有限制算法的下界Ω(nlgn)
Def 3.3 在一个环R上的一个执行里，某轮r称为是active的，若 该执行的第r轮里，某一个结点发送一个msg。当R是从上下文 已知时，用rk表示第k个active轮。
17
§3.4.2 有限制算法的下界Ω(nlgn)
0002=0
1112=7
P7
P0
1002=4 P1
0112=3
P6
R
r 8
ev
P2
0102=2
P5 1012=5
P4
P3 1102=6
0012=1
例如，4,2,6,1和5,3,7,0序等价
2,6,1,5和3,7,0,4序等价
例如，当n=8时有：
① R’中的Pj和R中Pi的有相同的k-邻居； ② R’中的标识符唯一
③ R’和R序等价，R’中的Pj匹配于R中的Pj。
因为R是有空隙环，故我们能够构造R’。例如，对于 k=1和n=8有：
14
§3.4.2 有限制算法的下界Ω(nlgn)
100 75
10 30
在第k个主动轮里： i)若Pi和Pj均不接收msg，则它们在该轮结束时有相同的状态； ii)因为Pi 和Pj的邻居状态相同，若Pi接收右(左)邻的一个msg， 则Pj也接收右(左)邻同样的msg。因此，在第k个主动轮结束 之后，Pi和Pj均处于相同的状态。
下一引理将上述论断从具有相同k-邻居的结点扩展至具有 次序等价的k-邻居的结点。这依赖于事实：A是基于比较的。
因此，若某一轮在任何次序等价的环上均无msg发送， 则该轮是无用的，而有用的轮被称为是主动的(active)。
9
§3.4.2 有限制算法的下界Ω(nlgn)
Def 3.3 在一个环R上的一个执行里，某轮r称为是active的，若 该执行的第r轮里，某一个结点发送一个msg。当R是从上下文 已知时，用rk表示第k个active轮。
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§3.4.2 有限制算法的下界Ω(nlgn)
0002=0
1112=7
P7
P0
1002=4 P1
0112=3
P6
R
r 8
ev
P2
0102=2
P5 1012=5
P4
P3 1102=6
0012=1
例如，4,2,6,1和5,3,7,0序等价
2,6,1,5和3,7,0,4序等价
例如，当n=8时有：
中国科学技术大学分布式算法课件研究生课程
2）因为必须知道在因果关系上每一节点中哪些事件是在事
件e之前，故e.VT中必须包含系统中每一个其它节点的 状态。
这两个性质导致了向量时戳VT的引入
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§4.2.2 向量时戳
向量时戳VT
VT是一个整数数组： e.VT[i]=k表示在节点i（或 Pi）上，因果关系上e之前有k 个事件（可能包括e自己）。 e.VT=(3,6,4,2)表示因果序： 在P1上，有3个事件须在e之前 在P2上，有6个事件须在e之前 在P3上，有4个事件须在e之前 在P4上，有2个事件须在e之前
P1 1
P2
1 2
P3
1
P4
1 2 3 2
2 3
13
4 4 5 4 5 3
e 6
24
§4.2.2 向量时间戳
向量时戳的意义
在因果关系上，e1.VT ≤V e2.VT表示e2发生在 e1及e1前所有的 事件之后。更精确的说，向量时钟的次序为： e1.VT≤V e2.VT iff e1.VT[i]≤ e2.VT[i],i=1,2,…,M e1.VT<V e2.VT iff e1.VT≤ VTe2.VT且e1.VT≠e2.VT
若e1,e2 ∈ Ep，则 e1<pe2 或 e2<pe1 成立
e1发送消息m,e2接收m，则e1<me2
10
§4.2 因果关系
Happens-before关系（<H） 该关系是节点次序和消息传递次序的传递闭包： 规则1：若e1<pe2，则e1<He2
在集合 X 上的二元关系 R 的传递闭包是包含 R 的 X 上的最小的传递关系。
规则1表述的是同一处理器上两个事件之间的因果关系； 规则2表述了不同处理器上两个事件之间的因果关系
中科大算法分析分布式算法PPT课件
❖通信成本：msg的个数，共享变量的大小及个数
❖故障和非故障的数目
.
4
§1.2 分布式计算的理论
否定结果、下界和不可能的结果
常常要证明在一个特定的分布式系统中，某个特定问 题的不可解性。
就像NP-完全问题一样，表示我们不应该总花精力去 求解这些问题。
当然，可以改变规则，在一种较弱的情况下去求解问 题。
.
12
§2.1.1 系统
配置：配置是分布式系统在某点上整个算法 的全局状态
向量=(q0, q1,…qn-1), qi是pi的一个状态
一个配置里的outbuf变量的状态表示在通信信道上 传输的信息，由del事件模拟传输
一个初始的配置是向量=(q0, q1,…qn-1), 其中每个qi 是pi的初始状态，即每个处理器处于初始状态
它是一个由配置和事件交错的序列。该序列须满足 各种条件，主要分为两类：
.
14
§2.1.1 系统
①Safety条件： (安全性) 表示某个性质在每次执行中每个可到达的配置里 都必须成立 在序列的每个有限前缀里必须成立的条件
例如：“在leader选举中，除了pmax外，没有哪
个结点宣称自己是leader” 非形式地：安全性条件陈述了“尚未发生坏的情 况” “坏事从不发生”
.
15
§2.1.1 系统
②liveness条件： (活跃性) 表示某个性质在每次执行中的某些可达配置里必须成立。 必须成立一定次数的条件(可能是无数次)
② 异步msg传递模型：用于松散耦合机器及广域网
③ 同步msg传递模型：这是一个理想的msg传递系统。该 系统中，某些计时信息（如msg延迟上界）是已知的，更 实际系统能够模拟同步msg传递模型。
中科院讲义 分布式操作系统 Peterson和Dekker算法证明.ppt
~， ， ，，
②同级逻辑运算符从左到右。 ③最外层括号可以去掉。
真值表
非 合取 析取 异或 条件 双条件
NOT AND OR XOR CONDITION BICONDITION
P Q P P Q P Q P Q P Q P Q
TT F T T
F
T
T
TF F F T
T
F
F
FT T~Q, P Q ~P ⒏假言三段论： P Q, Q R P R ⒐二难推论： P Q, P R, Q R R ⒑(P Q) (R P R Q),
(P Q) (R P R Q)
常用逻辑公式
⒒xA(x) xB(x) x(A(x) B(x)) ⒓ x(A(x) B(x)) xA(x) xB(x) ⒔ x(A(x) B(x)) xA(x) xB(x) ⒕ xA(x) xB(x) x(A(x) B(x)) ⒖量词次序交换：
turn = 2 do ; 互斥部分；
enter1 := false; 非互斥部分；
forever;
P2 :: repeat
enter2 := true; turn := 1; While enter1 and
turn = 1 do ; 互斥部分；
enter2 := false; 非互斥部分；
forever; coend
P (Q R) (P Q) (P R), P (Q R) (P Q) (P R)， P (Q R) (P Q) (P R)
常用逻辑公式
⒋双重否定律：~~P P ⒌De.Mogen定律：
~(P Q) ~P ~Q, ~(P Q) ~P ~Q ⒍否定深入： ~(P Q) ~P Q P ~Q ~P ~Q Q P ~P ~Q Q P
②同级逻辑运算符从左到右。 ③最外层括号可以去掉。
真值表
非 合取 析取 异或 条件 双条件
NOT AND OR XOR CONDITION BICONDITION
P Q P P Q P Q P Q P Q P Q
TT F T T
F
T
T
TF F F T
T
F
F
FT T~Q, P Q ~P ⒏假言三段论： P Q, Q R P R ⒐二难推论： P Q, P R, Q R R ⒑(P Q) (R P R Q),
(P Q) (R P R Q)
常用逻辑公式
⒒xA(x) xB(x) x(A(x) B(x)) ⒓ x(A(x) B(x)) xA(x) xB(x) ⒔ x(A(x) B(x)) xA(x) xB(x) ⒕ xA(x) xB(x) x(A(x) B(x)) ⒖量词次序交换：
turn = 2 do ; 互斥部分；
enter1 := false; 非互斥部分；
forever;
P2 :: repeat
enter2 := true; turn := 1; While enter1 and
turn = 1 do ; 互斥部分；
enter2 := false; 非互斥部分；
forever; coend
P (Q R) (P Q) (P R), P (Q R) (P Q) (P R)， P (Q R) (P Q) (P R)
常用逻辑公式
⒋双重否定律：~~P P ⒌De.Mogen定律：
~(P Q) ~P ~Q, ~(P Q) ~P ~Q ⒍否定深入： ~(P Q) ~P Q P ~Q ~P ~Q Q P ~P ~Q Q P
相关主题
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文件操作举例
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文件操作举例
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文件服务接口
文件服务：文件系统为客户提供的功能，如读、
写 文件服务器：实现文件服务的进程 文件的保护：
– –
权能：用户对文件的访问权限
存取控制表：每个文件上可访问它的用户列表
如：UNIX的mode, Windows的属性
13
远程文件服务
上载/下载模式
–
子目录，目录树
16
分层文件系统
计算指向这 个目录的目 录数量
A
A
0
机器2
B
C
B
2
C
1
D
E
D
1
E
1
机器2
(a)
(b)
(a) 包含在一台机器中的目录树
(b) 在两台机器中的目录图
17
目录图
目录的维护：
•
引用计数：指向该目 录的连接数 仅当目录为空时或引 用计数>1时，才能删 除指向该目录的连接。
•
目录服务
–
4
5.1 文件模型
文件：信息在磁盘或其它持久介质上的存储单位
文件名：文件的标识，由字串组成（8-255） 文件属性：描述信息,如大小、创建时间、授权 目录：保存文件系统的结构 路径：目录树上的一段路经
5
文件结构
1、二进制序列；2、记录序列；3、树
6
文件类型举例
1、可执行文件 2、归档文件
– –
客户协议处理安装（mounting） 关于目录和文件访问
NFS 实现
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分布式文件系统设计原则
尽可能利用工作站处理能力 使用缓存技术 利用文件使用特性 减少全局知识和变化 ，使用分层控制 信任最少的实体，提高安全性 尽可能运用批处理方式
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主要内容
5.1分布式文件设计 5.2分布式文件系统的实现
用户空间 内核
cache命中
cache命中
用户 进程
cache管理 进程 cache命中
内核 内核中的 cache cache未命中 cache未命中
cache未命中
服务器
服务器
服务器
服务器
(a)
(b)
(c)
(d)
33
缓存的一致性
• • •
直接写（write_through） 延迟写 关闭时写（write_on_close）
不可变的 （immutable）
7
典型的文件扩展名
8
文件的属性
9
文件基本操作
1. Create 2. Delete 3. Open 4. Close 5. Read 6. Write
10
7. Append 8. Seek 9. Get attributes 10.Set Attributes 11.Rename
方
法
描
述
直接写 延迟写 关闭时写 集中控制
有效，但不影响写流量 效率较高，但可能语义 与会话语义相配 UNIX语义，但不健壮，不能规模化
34
文件复制管理
复制透明性
1 C 3 2 S1 S2 (b) 服务器 文件 1.14 2.16 3.19 prog.c 1.21 2.43 3.41 符号名 S1，S2，S3地址 (a) C (c) S1 S2 S3 客户 现在 S1 以后 S2 以后 S3 组
有状态服务器
– –
29
无状态服务器与有状态服务器
无状态服务器优点 有状态服务器优点
容错
短小的请求消息
无需open/close调用
不浪费服务器空间 无打开文件个数限制 客户崩溃不会导致问题
好的性能
可以预读 容易有等幂性 可对文件加锁
30
高速缓存（caching ）
存储文件的四个位置
客户内存 3 4 客户磁盘（可选）
规模 广域网 移动用户 容错 多媒体
44
第5章 分布式文件管理
中国科技大学软件学院
丁箐
主要内容
5.1分布式文件设计 5.2分布式文件系统的实现
5.3分布式文件系统的趋势
2
主要内容
5.1分布式文件设计 5.2分布式文件系统的实现
5.3分布式文件系统的趋势
3
分布式文件系统设计
文件服务
–
单个文件上的操作，例如读，写和追加 创建和管理目录，在目录中增加和删除文件等
18
文件服务器方式
相同系统 不同系统
文件服务器1
客户1 Root
客户1 Root
A A B C B
D
A
D
(a)两文件服务器。方
框是目录，圆圈是 文件； 文件服务器2 (b)一个所有用户有同 D 样文件系统图的系 E F 统； (c) 一个不同的客户有 不同的文件系统的 (a) 系统
C
E
F
B
C
共享文件的处理方式
方法
UNIX语义
说明
文件上的每个操作对所有进程来 说，立即可见
会话语义
不可更改文件
在文件关闭之前，对文件的修改 对其它进程是不可见的
不能修改。简化了共享和复制控 制
事务
所有的更改要么都完成，要么都 不能完成
23
主要内容
5.1分布式文件设计 5.2分布式文件系统的实现
5.3分布式文件系统的趋势
读锁一个，写锁全体
38
SUN NFS系统
虚拟文件系统（VFS）
– –
V-节点（虚拟i节点） 远程安装程序
客户 系统调用层 虚拟文件系统层
服务器
虚拟文件系统层
本地操 作系统
NFS客户
NFS服务 器
本地操 作系统
本地磁 盘
发往服务 器的消息
客户端发 来的消息
本地磁 盘
网络
39
SUN NFS系统
NFS 协议
UNIX文件系统结构举例
27
查找
a/b/c迭代查找 自动查找
a 查找 a/b/c 服务器1上的 目录
客户
查找b/c b
查找c 带着c 响应 c
查找 a/b/服务器3上的 目录 查找c 带着c 响应
b
c
（a)
文件
（b）
文件
28
是否应该保留客户的状态信息？
复制方式
1. 2. 3.
C
显性复制 惰性复制 组复制
S3
35
文件更新协议
主拷贝复制法：
– – – –
主服务器：指定的一个服务器 从服务器：除主服务器之外的其它服务器 所有更新操作首先在主服务器上进行 主服务器更新后，再更新各从服务器
36
文件更新协议
版本号：记录文件更新的版本 表决法（voting） ：读/写一个复制文件时需一定数量服务器的 同意
5.3分布式文件系统的趋势
42
分布式文件系统的趋势
新的硬件
光纤环 网络接口中 的硬件位 图，每一位 对应一个被 缓冲的文件
这个文 件现在 被加锁 10000010
10000010
文件cache
文件cache
表给出了被缓冲文 件的位置
更新共享文件的硬件方案
43
分布式文件系统的趋势
服务器内存 2 1
服务器磁盘 网络
31
Cache位置 – Disk vs. Main Memory
磁盘缓存的优点
– –
更可靠 恢复时不需要再取
主内存缓存的优点
– –
可以采用无盘工作站 数据存取更快
32
在客户存储器中进行超高速高速缓存的不同方法
(a) (b)
(c)
(d)
没有超高速缓存 每个进程都有超 高速缓存 进程本身的内 内核中有速高速 部cache 缓存 超高速缓存管理 作为一个用户进 cache未命中 程
无状态服务器
–
– –
当客户发送一个请求给服务器，服务器完成请求，发送一个 应答，然后从内部表中移出关于该请求的所有信息。在请求 之间，服务器不保存具体客户的信息。 请求必须是独立的，为了使服务器能够工作，它必须包含全 文件名和文件中的偏移量。 不需要OPEN和CLOSE调用。 服务器保存两个请求之间的客户的状态信息。 可以预读。
分布式系统中文件和目录的命名方法：
– – –
20
两级命名法
符号名字：外部名字，供用户使用 二进制名字：内部名字，供系统使用 名字映射：由目录完成 符号链接：一个路径名，映射到（服务器，文件名） 字串上的目录项
21
文件共享的语义
UNIX语义 会话语义
单处理器 2.写 “c” 1.写“c” 初始文件
客户1
A
a b
1.读“ab”
22
(a) 在单处理机 中，当 READ操作 紧跟 WRITE操 作执行时， READ操作 返回刚刚写 入的值； (b) 在分布式 系统中，可 能返回已过 时的值
a b c
文件服务器
A
a b a b c B a b
2.读出“abc” （a）
客户2
3.读出“ab”
B
a b
（b）
1.文件移动 到客户端
服务器
客户机
老文件
c
2.在客户端 进行访问
3.当客户端工作完毕 后，文件又移回服务器
新文件
14
远程文件服务
远程访问模式
客户机 服务器
客户请求访问远程 服务器上的文件