分布式操作系统复习大纲

分布式操作系统复习大纲
在全面复习的基础上，注意掌握下列内容
（一）分布式操作系统
（0）分布式操作系统的定义
文献中已经给出分布式系统的各种定义，没有一个是满意的并且没有一个为其他所同意。

为此，给出一个松散的特征就够了。

Tanenbaum给出如下定义：
A distributed system is a collection of independent computers that appears
to its user as a single coherent system.
（1）分布式系统的体系结构类型
Tanenbaum和Renesse将分布式系统分成五类：
❑小型机类型(minicomputer model)
❑工作站类型(workstation model)
❑处理机池类型(processor pool model)
❑工作站-服务器类型(workstation-server model)
❑混合类型(hybrid model)
（2）构造分布式操作系统的途径
⑴从头开始；⑵修改、扩充式；⑶层次式。

（3）分布式操作系统的层次结构
一个分布式操作系统大致可分成四层，由内向外依次是：
①执行层；②进程通信层；③服务支持层；④用户接口层。

（4）多机，网络和分布式操作系统间差别
（5）透明性(Transparency)意义
(6)分布式计算机系统的资源管理
⑴从单个资源与多个管理者的相互关系
❑全集中管理方式即专制(autocratic)管理
❑功能分布管理方式即分担管理或分割(partitioned)管理
❑浮动管理方式即轮流(successive)管理
❑全分散管理方式即民主(democratic)管理
⑵从多个资源与多个管理者的相互关系
①集中:所有资源属一个管理者管理。

②分管：每一资源只属一个管理者管理。

③部分管理：每一资源属于若干管理者管理。

④合管：每一资源属于全部管理者共同管理。

⑶从实用的角度
⑷分布式计算机系统的资源管理的算法
①招标（投标）算法
②回声算法
③由近及远算法
（7）分布式操作系统的同步算法
⑴偏序Happened-Before关系(筒称HB)的定义：
⒈a → b
①若a和b是同一进程中的两个事件，且a在b前发生；或者，
②若a是一进程中发送消息的事件，b是另一进程中接收同一消息的事件。

⒉该关系是传递的，即若a → b且b → c，则有a → c。

⒊该关系是非自反的，即∀a~(a →a)，因一事件不可能它自身之前发生。

⑵时钟（clock ）条件的定义：
对系统中的任何事件a 和b ，若a → b ，则LC(a)必须小于LC(b)。

⑶系统的逻辑时钟的定义：
系统的逻辑时钟（Logic Clock 简记为LC ）是满足时钟条件的系统事件集合到非负整数的映射。

当事件e ∈ 进程P i 时， LC(e)= LC i (e)。

⑷事件e 的时间戳的定义：
称事件e 的逻辑时钟值LC(e)为事件e 的时间戳（Time Stamp 简记为TS ）。

⑸全序先于（⇒）关系的定义：
我们称进程p i 中的事件a 先于进程p j 中的事件b(以a ⇒ b 表示) 当且仅当
①LC i (a) < LC j (b)；或
②LC i (a) = LC j (b)，且p i ∝p j ，其中关系“∝”是进程的一个任意偏序。

实现关系“∝”的一个简单方法是给系统中每个进程赋以一个唯一的进程号，且规定：若i < j ，则p i ∝ p j 。

a ⇒
b 定义了一个全序关系。

⑹向量时钟的定义和向量时钟的实现规则以及例子：
❑ 设n 为分布式系统中进程个数，每个进程Pi 装配一个向量时钟VCi[1, n]，它
是一个长度为n 的向量。

可以把它想象为一个函数，赋给任何事件a 一个向量VCi(a)。

❑ VCi 的第i 个分量VCi[i]对应于Pi 自己的逻辑时间，即Pi 的内部事件计数。

VCi[j]，j ≠i 是Pi 对Pj 逻辑时间最佳猜测。

更具体讲，在任何时间点，VCi
的第j 个分量VCi[j]指示在Pi 当前时间点“发生之前HB”在Pj 最近事件出现}
{}{非负整数集合事件集合−→−LC
的逻辑时间，即进程Pj中在因果关系上处于当前Pi之前的事件计数。

[IR1]向量时钟VCi，在进程Pi的任何两个相继事件之间被增加。

VCi[i] := VCi[i] + d (d>0)
[IR2]如果进程Pi的事件a是发送消息m事件，则消息m被赋予一个向量时间戳tm= VCi(a)；进程Pj接收同样消息m时VCj作如下修改：
∀kVCj[k] := max(VCj[k], tm[k])
向量时钟例子
在向量时钟系统中a→b iff vt a < vt b
⑺集中式互斥算法
⑻分布式算法（Lamport算法）
⑻分布式算法（Ricart-Agrawala算法）
⑼令牌算法
⑽选举算法
⑾欺负（霸主Bully）算法
⑿局部状态的定义：
❑transit(LSi, LSj) = {mij | send(mij)∈LSi ∧rec(mij)∉ LSj }
❑inconsistent (LSi, LSj) = {mij | send(mij) ∉ LSi ∧rec(mij) ∈LSj}
⒀全局状态的定义：
一个系统的全局状态GS 是一个它的所有场点的局部状态集合；即
GS = {LS1, LS2, ..., LSn}
其中n 是系统中场点的个数。

⒁一致的全局状态、不一致的全局状态、无过渡的全局状态和强一致的全局状态的定义及例子：
（二）分布式共享内存
（1）体系结构和动力
（2）实现分布式共享内存的算法
❑ 中央服务器(Central-Server)算法
❑ 迁移算法
❑ 读复制(Read-Replicatin)算法
❑ 完全复制算法
（3）存储一致性
❑ 严格一致性（Strict Consistency ）
❑ 顺序的一致性
(Sequential consistency)
❑因果一致性
❑一般一致性(General Consistency)
❑处理机一致性 (Processor consistency)
❑管道（PRAM）一致性
❑弱一致性(Weak consistency)
❑释放一致性(Release consistency)
❑入口一致性(Release consistency)
（4）一致性协议。

❑写-使无效协议和
❑写更新协议
（三）分布式系统中的死锁
（1）死锁和饥饿的定义
（2）分布式死锁的策略
四个策略被用来处理死锁：
⑴鸵鸟(ostirch)算法：忽略死锁问题。

⑵检测和恢复(detection and recovery)：允许死锁出现，检测并试图恢复之。

⑶预防(prevention)：静态地使死锁结构上成为不可能。

⑷避免(avoidance)：由仔细地分配资源算法避免死锁。

（3）利用时间戳预防死锁方法
⑴等-死（wait-die）方法
⑵因伤（wound-wait）等待
（4）死锁检测方法
❑集中式死锁检测方式
❑层次式死锁检测方法
❑其它分布式方法Chandy-Misra-Haas算法
❑分布式事务处理死锁检测方法
(四)并发程序设计的数学模型
（1）Petri网模型
⑴Petri网结构和Petri网图的定义
⑵标志的定义
⑶作标志的Petri网结构和作标志的Petri网图的定义
⑷能行的转移的定义
⑸点燃的规则
⑹用作标志的Petri网结构和作标志的Petri网图模拟并发程序设计的例子，例如，临界区，有界缓冲取，读者和作者，五个哲学家问题等，点燃4~5次（2）时态逻辑模型
⑴模态逻辑的定义
⑵时态逻辑的定义，线性离散时态逻辑的定义，语义模型
⑶用时态逻辑证明Dekker算法和Peterson算法的安全性和活动性（五）命名系统
（1）在一个系统中有多级标识符，一般至少有两级标识符：
面向机器的标识符和
面向用户的标识符。

（2）标识符系统的组成
一个标识符系统由三部分组成：一级或多级标识符的字母表，构成标识符的规则以及映射函数或映射表。

在对对象进行重定位、共享、创建、取消等操作时，必须修改相应的映射机构。