分布式系统介绍说明

Flynn分类： 指令流个数
（1972）
数据流个数
CPU
1. SISD（单指令流、单数据流 ）：（PC机）
2. SIMD （单指令流、多数据流 ） ：矩阵计算机
3. MISD （多指令流、单数据流 ） ：无
4. MIMD （多指令流、多数据流 ） ：分布式系统
20
MIMD分类
存储器使用：共享式、私有式 1. 多处理器系统（multi-processor） 2. 多计算机系统（multi-computer）
速度
分布式系统总的计算能力比单个大型主机 更强
固有的分布性 一些应用涉及到空间上分散的机器
可靠性
如果一个机器崩溃,整个系统还可以运转
渐增
计算能力可以逐渐有所增加
14
优点 --与独立PC机比较
1、支持数据共享 • 文件 • 数据库
2、支持设备共享 • 高档打印机 • 海量磁盘
15
优点 --与独立PC机比较
PPP
PP P
M
MM M
具有共享存储器的通常称为多处理机（multiprocessor） 或多处理器；而不具有共享存储器的则称为多计算机
(multicomputer)
21
MIMD分类
连接方式： 1. 总线式 2. 交换式
关联程度： 1. 紧耦合式：多用于并行系统 2. 松耦合式 ：多用于分布式系统
22
MIMD系统分类
紧耦合
多处理机 (共享存储器)
并行分布式 计算机
松耦合
多计算机 (私有存储器)
总线
seq来自百度文库ent Encor
开关
超级计算机 RP3
总线
开关
LAN工作站 超立方 Transputer
23
（1）总线型多处理机
CPU Cache
CPU Cache
CPU Cache
Memory
控制线、数据线、地址线
所有处理器在同一个芯片上 多核处理器是MIMD: 不同的核执行不同的指
令，操作内存的不同位置 多核是一个共享内存的多处理机：所有核共享
同一个内存
30
2 Processors vs. 2 Cores
2 Processors • Two separate chips connected
externally by a system bus • Requires explicit software support • Much greater power consumption
= 0.002ns/次=〉0.7mm
12
优点 -- 与集中式系统相比较
3、应用的固有的分布性, 例如： • CSCW • 工作流
4、可靠性高 • 多工系统的容错能力
5、可扩充性强 • 系统演进能力（evolution）
13
优点 -- 与集中式系统相比较
总结：
项目
描述
经济
微处理机提供了比大型主机更好的性能价 格比
解决总线过载：高速缓存（cache）：
• 命中率（hit rate）
• 缓存一致性（coherency）
➢直写（Write-through）
24
➢监听（ Snoopy）
SMP？
（2）交换型多处理机
MMMM C
2*2 开关
C
M
C
C
M
C
C
M
C
C
M
交叉点开关
交叉开关线：(a) n2个交叉开关点
(b)
Omega开关网：2 • 2开关点，共n (log2n) /2个
17
存在的问题
项目
描述
软件 网络 安全
目前为分布式系统开发的 软件还很少
通信网络可能的问题: 如 QoS等等
容易造成对保密数据的访 问
18
主要内容
1.1 分布式系统概念 1.2 分布式系统的特点 1.3 硬件概念 1.4 软件概念 1.5 分布式系统设计问题
19
1.3 硬件概念：多台计算机是如何联结在一起 ？
25
NUMA(NonUniform Memory Access)：分层存储
（3）总线型多计算机
工作站 Local memory
CPU
工作站 Local memory
CPU
工作站 Local memory
CPU
网络
• 本地内存 • 局域网络（10M ~ 1000M） •只用于CPU和CPU之间的通信
8
中间件层分布在多台机器上。
• 应用举例 ✓ 银行“一卡通”系统 ✓电信“神州行”系统 ✓ SETI@Home
• 从集中式系统到分布式系统
1.高性能微型计算机(PC)的普及 2.高速计算机网络（LAN、WAN）的普及
9
主要内容
1.1 分布式系统概念 1.2 分布式系统的特点 1.3 硬件概念 1.4 软件概念 1.5 分布式系统设计问题
26
（4）交换型多计算机
网格
超立方体
网格（grid）：二维平面(n2个节点)。 超立方（hypercube）：n维立方（2n个节点）
27
Intel 单核CPU芯片
28
Intel多核结构
Replicate multiple processor cores on a single die.
29
多核处理器是一类特殊的多处理机
4
集中式系统
5
NOW(Network of Workstations)
Sun ULTRA5
with 32GB disk １6 Units
Sun ULTRA10 Eathernet Switch
32GB disk
100M
One unit
6
The Grid
7
分布式系统定义
1.1
一个分布式系统组织成中间件形式，
10
1.2 分布式系统的特点
优点 -- 与集中式系统相比较 1、经济性：高的性能/价格比
Grosch’Law: Power ↑ Price2 NOPC vs. 大型机（mainframe）
11
优点 -- 与集中式系统相比较
2、性能：能产生单个大型主机不能达到的绝对性能 10,000 X 50MIPS 500,000MIPS（5千亿次）
3、P2P通信 • email • BBS
4、灵活性 •负载分配
16
优点 --与独立PC机比较
总结：
项目 数据共享 设备共享 通信 灵活性
描述
允许多个用户访问一个公共的数据库
允许多个用户共享昂贵的外围设备(如彩色打 印机) 使得人们之间的通信更加容易,如通过电子邮 件 用最有效的方式将工作负荷分配到可用的机 器上
分布式系统介绍
中国科技大学软件学院 丁箐
1.1 分布式系统概念
What is a Distributed System? “一个分布式系统是若干个独立的计算机的集合， 但是对该系统的用户来说，系统就像一台计算机一 样。” 两个方面的含义： • 硬件方面：各个计算机都是自治的 • 软件方面：用户将整个系统看作是一台计算机