分布式系统

第1章分布式系统的特点

定义：分布式系统是其组件分布在连网的计算机上，组件间通过传递消息进行通信和动作协调的系统.

1与计算机网络系统的区别：

文件系统、访问控制、程序执行

2分布式系统实例

Web搜索、多人在线游戏、金融交易系统

3分布式系统特征

并发性、缺乏全局时钟、故障独立性

4分布式系统的趋势

泛在联网和现代互联网、移动和无处不在的计算、分布式多媒体系统、公共设施

5分布式系统的挑战

5.1异构性

网络：网络协议屏蔽不同的网络

计算机硬件：指令系统数据表示方法机器配置

操作系统：提供的功能调用的语法、语义文件系统

编程语言：数据存储方式的不同

不同的软件开发者

5.2开放性

决定了能否以不同的方式扩展或重新实现网络协议屏蔽不同的网络

取决于新的资源共享服务被增加和供多种客户程序使用的程度

特征：发布关键接口基于一致的通信机制和访问共享资源能够使用异构的软件和硬件

5.3安全性

机密性：防止泄露给未授权的个人

完整性：防止被改变或被破坏

可用性：防止对访问资源的手段的干扰

5.4可伸缩性

系统称为可伸缩的：如果资源数量和用户数量激增，系统仍能保持其有效性

实现伸缩性面临的挑战：控制物理资源开销控制性能损失防止软件资源用尽避免性能瓶颈

5.5故障处理

故障处理技术：检测故障、掩盖故障、容错、故障恢复、冗余

5.6并发性

5.7透明性

定义：是对用户和应用程序员屏蔽分布式系统的组件的分离性，使系统被认为是一个整体而不是独立组件的集合

分类：

访问透明性：用相同的操作访问本地资源和远程资源

位置透明性：不需要知道资源的物理位置或网络位置就能够访问资源

并发透明性：几个进程能并发地使用共享资源进行操作且不受干扰

复制透明性：使用资源的多个实例提升可靠性和性能，而用户和应用程序员无需知道副本的相关信息。

故障透明性：屏蔽错误，不了软硬件故障，用户和应用程序员都能完成任务。

移动透明性：资源和客户能够在系统内移动而不影响用户或程序的操作

性能透明性：当负载变化时，系统能被重新配置以提高性能

伸缩透明性：系统和应用能够进行扩展而不改变系统结构或应用算法6服务质量

可靠性、安全性、性能

第2章系统模型

1系统模型

物理模型：组成系统的计算机和设备的类型以及连接方式

体系结构模型：描述系统如何执行计算和通信任务

基础模型：抽象的观点描述大多数分布式系统面临的单个问题的解决方案

2物理模型

基础物理模型：位于联网计算机上的硬件或软件组件仅通过消息传递进行通信和协调动作的系统。

划分：早期分布式系统、互联网规模的分布式系统、当代的分布式系统

3体系结构模型

体系结构元素：通信实体、通信泛型、角色与责任、放置

通信实体：对象、组件、Web服务

通信泛型：进程间通信、远程调用、间接通信

角色和责任：客户-服务器、对等体系结构

放置：将服务映射到多个服务器、缓存、移动代码、移动代理

结构模式：分层、层次化体系结构、瘦客户

分层：

层次化体系结构：

给定层次的功能，将功能部署在合适的服务器上。与分层结构是互补的，与“应用/服务”层的组织最相关

表示逻辑，涉及处理用户交互和修改呈现给用户的应用视图

应用逻辑，也称业务逻辑，涉及与应用相关的处理

数据逻辑，涉及应用的持久存储。

其他模式：代理、Web服务中的业务代理、反射

4基础模型

由若干进程组成，进程间通过计算机网络发送消息相互通信，实现进程及网络的性能和可靠性特征，确保系统中资源安全性

基础模型解决下列问题：交互故障安全

交互模型

交互模型反映通信带来的延迟，反映独立进程相互配合的准确性。

准确性受限于延迟，受限于很难维护的系统统一时间。

影响交互的两个因素：通信性能、延迟带宽抖动、全局时间

两个变体：同步分布式系统、异步分布式系统

故障模型：对故障进行定义和分类，为分析潜在效果以及设计容忍故障的系统奠定基础故障分类：

遗漏故障：进程或通信通道不能完成应该做的动作

随机故障：描述可能出现的最坏的故障，此时可能发生任何类型的错误

时序故障

安全模型：对系统所受到的攻击的形式给出定义，并进行分类，分析攻击对系统的威胁，为设计抵御威胁的系统奠定基础

保护：对象进程和他们的交互

潜在的威胁：对进程的威胁对通信通道的威胁

解除安全威胁：共享秘密密码学认证安全通道

第3章网络和网际互连

1网络和网际互连

传输介质：电线、电缆、光纤、无线频道

硬件设备：路由器、交换机、网桥、集线器

软件组件：协议栈、通信处理器

主机：使用网络进行通信的设备

节点：网络中所有的计算机或交换设备

分布式系统对网络的需求：

性能、可伸缩性、可靠性、安全性、移动性、服务质量、组播

2网络类型

分布式系统对网络的需求

个域网（Personal Area Network PAN）

局域网（Local Area Network LAN）

城域网（Metropolitan Area Network MAN）

广域网（Wide Area Network WAN）

3网络原理

交换模式：广播、电路交换、包交换、帧中继