分布式系统(我们山大博士生导师的课件)
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Distributed Systems
Dulix
主要内容
分布式技术发展简介
分布式系统特征
分布式系统实例
分布式系统面临的挑战
分布式系统发展趋势 分布式系统模型
Page 2
分布式系统发展简介
1960~1970 机器直接通讯，如IBM System 360s
80年代以后，PC开始流行，企业开始拥有大量服务器，对于 RPC需求增大，出现：
Client-server
Page 30
C/S架构
• mapping of services to multiple servers; • caching
Page 31
架构模型 P2P
Peer-to-peer
– In this architecture all of the processes involved in a task or activity play similar roles, interacting cooperatively as peers without any distinction between client and server processes or the computers on which they run.
–国际组织在持续努力：
• Internet相关协议（RFC文档）（） • CORBA完整规约（）
Page 14
分布式系统面临的挑战
3、安全性 Security
– 分布式系统所维护的信息源一般具有很高的内在价值。 – 安全主要包括： • 机密性（防止泄漏给未授权者） • 完整性（防止改变和讹误）
Page 32
常见的架构模式
分层 (Layering)
– The concept of layering is a familiar one and is closely related to abstraction. In
– In-car Networks
Page 4
分布式系统特征
同一网络上的计算机可能在空间上有距离
– 并发性(Concurrency) – 无全局时钟（No Global Clock） – 故障独立性（Independent Failures）
Page 5
分布式系统实例
Web Search（例如Google）
Page 7
分布式系统实例
Massively multiplayer online games (MMOGs)
– Client/Server结构，但是Server端往往是一个服务器集群 – 多服务器模式，针对不同区域安排服务器，但是要解决不同服务器的同 步问题。 – 未来发展方向是基于P2P的对等模式
Page 13
分布式系统面临的挑战
2、开放性 Openness
–开放性决定了系统以各种不同方式扩展和重现的能力。 –若无法获得系统组件的主要软件接口、规范和文档，则无法达到开放性。 因此系统要实现开放性，必须要发布主要接口。接口仅仅是分布式系统 增加和扩展服务的起点。难点是如何解决由不同组织和个体构造的、具 有多个组件组成的分布式系统的复杂性。
透明性定义为分布式系统中的组件对用户和编程者是隐藏的，系统以一个整体 的形式对外展现而不是一些独立部件的集合。透明性对于系统设计影响很大。
The ANSA Reference Manual [ANSA 1989] and the International Organization for Standardization’s Reference Model for Open Distributed Processing (RM-ODP) [ISO 1992] identify eight forms of transparency.
通讯范型 （Communication paradigms）
– Interprocess communication; – remote invocation; – indirect communication.
Page 27
分布式系统发展对比
Page 28
Page 29
2种架构模型：C/S & P2P
Page 16
分布式系统面临的挑战
5、故障处理 Failure handling
分布式系统的故障往往是部分故障。
– 故障检测 – 容错 – 故障恢复 – 冗余
6、并发 Concurrency
– 应允许多客户共享Байду номын сангаас源
Page 17
分布式系统面临的挑战
7、透明性 Transparency
Internet规模的分布式系统（1990年开始，例如谷歌从1996年 开始）
– 特点是异构（架构、OS、网络、计算机语言等）网络互连。
现代分布式系统
– 由固定、离散的节点，发展到移动计算（笔记本、手机、平板。。）、 普适计算（智能家居。。）、云计算；
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Distributed systems of systems
– an underlying physical infrastructure consisting of very large numbers of networked computers located at datacenters all around the world;
– a distributed file system designed to support very large files and heavily optimized for the style of usage required by search and other Google applications (especially reading from files at high and sustained rates);
– A system of systems can be defined as a complex system consisting of a series of subsystems that are systems in their own right and that come together to perform a particular task or tasks.
Page 18
分布式系统面临的挑战
8、服务质量（QoS- Quality of Service）
– 系统提供功能以外，还要满足一定的非功能特性，比如： • 可靠性 • 安全性 • 性能
Page 19
分布式系统发展趋势 –普遍网络
Pervasive networking and the modern Internet
– a programming model that supports the management of very large parallel and distributed computations across the underlying physical infrastructure
Page 6
– Common Object Request Broker Architecture (CORBA) – Distributed Computing Object Model (DCOM)
90年代末，Internet普及，只有http协议能够突破防火墙，出现 Simple Object Access Protocol ( SOAP )
电力配网自动化系统
前置机系统
GIS系统
SCADA系统
配电分析系统
Page 26
Architectural models 结构（架构）模型
结构主要研究系统的构件及构件之间的交互。
通讯实体（Communicating entities）
– 对象(Objects)
– 组件(Components) – Web Services
1、异构性 Heterogeneity
– 软件硬件不同，开发者不同，网络模型不同，甚至数的表示不同
– 解决方法：
• 中间件技术 (Middleware)（一个对底层网络、硬件、OS和编程语言异
构性屏蔽的软件抽象层次）。例如：CORBA/Java RMI/Web Service • 虚拟机技术(Java VM / .NET CLR）
Page 22
分布式系统设计的通用问题
Page 23
分布式系统模型（System Models）
Physical Models. 从硬件、网络层次描述系统及其交互，不涉及特定技术细
节。
Architectural Models. 通过系统基本计算元素（对象、组件、服务）、范型
（进程内通讯、远程调用、非直接通信等）来描述系统的计算和通信。
– an associated structured distributed storage system that offers fast access to very large datasets; – a lock service that offers distributed system functions such as distributed locking and agreement;
• 可用性（防止对资源访问的干扰）
Page 15
分布式系统面临的挑战
4、可伸缩性 Scalability
– 系统如果在资源和用户数量激增的情况下还能保持高效运作，则称 该系统是可伸缩的。 可伸缩性面临如下挑战：
–控制物理资源的开销
• 例如文件共享服务，易于扩展存储 –控制性能的丢失 • 例如银行、网购等响应时间 –防止软件资源耗尽 • 数据库连接数有限 –避免性能瓶颈 • 利用缓存和复制技术等
backbone
satellite link desktop computer:
server: network link:
Page 10
分布式系统中的移动和手持设备
Page 11
Cloud Computing
Page 12
分布式系统面临的挑战
分布式系统在其发展过程中，面临很多共同的问题需要解决。
2003年，Gartner 提出了SOA
Page 3
定义
A distributed system is one in which components located at networked computers communicate and coordinate their actions only by passing messages.
– Internet – Mobile Phone Networks
分布式系统是指其组成单元分布在网络
计算机上，通过消息进行通讯协调工作 的系统。
– Intranet / Factory Networks
– Campus Networks – Home Networks
分布式系统是若干独立计算机的集合， 这些计算机对用户就像单个系统一样。
Page 20
分布式系统发展趋势-移动及普适计算
Mobile and ubiquitous computing
Page 21
分布式系统发展趋势
Distributed multimedia systems
– YouTube / CNTV
Distributed computing as a utility
Fundamental Models. 从抽象角度探讨系统模型，包括交互模型、通讯模
型、失败模型和安全模型。
Page 24
Physical Models 物理模型
早期分布式系统（1970～1980）
– 直接使用Ethernet连接的局域网络，主要服务是共享打印机、文件服务 器、邮件服务等。
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分布式系统实例
金融交易系统（股票、期货。。。）
银行、保险系统
订票系统
企业内部分布式系统
– 生产经营系统 – ERP/CRM。。 – 校园一卡通
当前单机系统越来越少，分布式系统越来越广泛。
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Internet组成示例
intranet ☎ ☎
☎
ISP
☎
Dulix
主要内容
分布式技术发展简介
分布式系统特征
分布式系统实例
分布式系统面临的挑战
分布式系统发展趋势 分布式系统模型
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分布式系统发展简介
1960~1970 机器直接通讯，如IBM System 360s
80年代以后，PC开始流行，企业开始拥有大量服务器，对于 RPC需求增大，出现：
Client-server
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C/S架构
• mapping of services to multiple servers; • caching
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架构模型 P2P
Peer-to-peer
– In this architecture all of the processes involved in a task or activity play similar roles, interacting cooperatively as peers without any distinction between client and server processes or the computers on which they run.
–国际组织在持续努力：
• Internet相关协议（RFC文档）（） • CORBA完整规约（）
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分布式系统面临的挑战
3、安全性 Security
– 分布式系统所维护的信息源一般具有很高的内在价值。 – 安全主要包括： • 机密性（防止泄漏给未授权者） • 完整性（防止改变和讹误）
Page 32
常见的架构模式
分层 (Layering)
– The concept of layering is a familiar one and is closely related to abstraction. In
– In-car Networks
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分布式系统特征
同一网络上的计算机可能在空间上有距离
– 并发性(Concurrency) – 无全局时钟（No Global Clock） – 故障独立性（Independent Failures）
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分布式系统实例
Web Search（例如Google）
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分布式系统实例
Massively multiplayer online games (MMOGs)
– Client/Server结构，但是Server端往往是一个服务器集群 – 多服务器模式，针对不同区域安排服务器，但是要解决不同服务器的同 步问题。 – 未来发展方向是基于P2P的对等模式
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分布式系统面临的挑战
2、开放性 Openness
–开放性决定了系统以各种不同方式扩展和重现的能力。 –若无法获得系统组件的主要软件接口、规范和文档，则无法达到开放性。 因此系统要实现开放性，必须要发布主要接口。接口仅仅是分布式系统 增加和扩展服务的起点。难点是如何解决由不同组织和个体构造的、具 有多个组件组成的分布式系统的复杂性。
透明性定义为分布式系统中的组件对用户和编程者是隐藏的，系统以一个整体 的形式对外展现而不是一些独立部件的集合。透明性对于系统设计影响很大。
The ANSA Reference Manual [ANSA 1989] and the International Organization for Standardization’s Reference Model for Open Distributed Processing (RM-ODP) [ISO 1992] identify eight forms of transparency.
通讯范型 （Communication paradigms）
– Interprocess communication; – remote invocation; – indirect communication.
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分布式系统发展对比
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2种架构模型：C/S & P2P
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分布式系统面临的挑战
5、故障处理 Failure handling
分布式系统的故障往往是部分故障。
– 故障检测 – 容错 – 故障恢复 – 冗余
6、并发 Concurrency
– 应允许多客户共享Байду номын сангаас源
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分布式系统面临的挑战
7、透明性 Transparency
Internet规模的分布式系统（1990年开始，例如谷歌从1996年 开始）
– 特点是异构（架构、OS、网络、计算机语言等）网络互连。
现代分布式系统
– 由固定、离散的节点，发展到移动计算（笔记本、手机、平板。。）、 普适计算（智能家居。。）、云计算；
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Distributed systems of systems
– an underlying physical infrastructure consisting of very large numbers of networked computers located at datacenters all around the world;
– a distributed file system designed to support very large files and heavily optimized for the style of usage required by search and other Google applications (especially reading from files at high and sustained rates);
– A system of systems can be defined as a complex system consisting of a series of subsystems that are systems in their own right and that come together to perform a particular task or tasks.
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分布式系统面临的挑战
8、服务质量（QoS- Quality of Service）
– 系统提供功能以外，还要满足一定的非功能特性，比如： • 可靠性 • 安全性 • 性能
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分布式系统发展趋势 –普遍网络
Pervasive networking and the modern Internet
– a programming model that supports the management of very large parallel and distributed computations across the underlying physical infrastructure
Page 6
– Common Object Request Broker Architecture (CORBA) – Distributed Computing Object Model (DCOM)
90年代末，Internet普及，只有http协议能够突破防火墙，出现 Simple Object Access Protocol ( SOAP )
电力配网自动化系统
前置机系统
GIS系统
SCADA系统
配电分析系统
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Architectural models 结构（架构）模型
结构主要研究系统的构件及构件之间的交互。
通讯实体（Communicating entities）
– 对象(Objects)
– 组件(Components) – Web Services
1、异构性 Heterogeneity
– 软件硬件不同，开发者不同，网络模型不同，甚至数的表示不同
– 解决方法：
• 中间件技术 (Middleware)（一个对底层网络、硬件、OS和编程语言异
构性屏蔽的软件抽象层次）。例如：CORBA/Java RMI/Web Service • 虚拟机技术(Java VM / .NET CLR）
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分布式系统设计的通用问题
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分布式系统模型（System Models）
Physical Models. 从硬件、网络层次描述系统及其交互，不涉及特定技术细
节。
Architectural Models. 通过系统基本计算元素（对象、组件、服务）、范型
（进程内通讯、远程调用、非直接通信等）来描述系统的计算和通信。
– an associated structured distributed storage system that offers fast access to very large datasets; – a lock service that offers distributed system functions such as distributed locking and agreement;
• 可用性（防止对资源访问的干扰）
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分布式系统面临的挑战
4、可伸缩性 Scalability
– 系统如果在资源和用户数量激增的情况下还能保持高效运作，则称 该系统是可伸缩的。 可伸缩性面临如下挑战：
–控制物理资源的开销
• 例如文件共享服务，易于扩展存储 –控制性能的丢失 • 例如银行、网购等响应时间 –防止软件资源耗尽 • 数据库连接数有限 –避免性能瓶颈 • 利用缓存和复制技术等
backbone
satellite link desktop computer:
server: network link:
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分布式系统中的移动和手持设备
Page 11
Cloud Computing
Page 12
分布式系统面临的挑战
分布式系统在其发展过程中，面临很多共同的问题需要解决。
2003年，Gartner 提出了SOA
Page 3
定义
A distributed system is one in which components located at networked computers communicate and coordinate their actions only by passing messages.
– Internet – Mobile Phone Networks
分布式系统是指其组成单元分布在网络
计算机上，通过消息进行通讯协调工作 的系统。
– Intranet / Factory Networks
– Campus Networks – Home Networks
分布式系统是若干独立计算机的集合， 这些计算机对用户就像单个系统一样。
Page 20
分布式系统发展趋势-移动及普适计算
Mobile and ubiquitous computing
Page 21
分布式系统发展趋势
Distributed multimedia systems
– YouTube / CNTV
Distributed computing as a utility
Fundamental Models. 从抽象角度探讨系统模型，包括交互模型、通讯模
型、失败模型和安全模型。
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Physical Models 物理模型
早期分布式系统（1970～1980）
– 直接使用Ethernet连接的局域网络，主要服务是共享打印机、文件服务 器、邮件服务等。
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分布式系统实例
金融交易系统（股票、期货。。。）
银行、保险系统
订票系统
企业内部分布式系统
– 生产经营系统 – ERP/CRM。。 – 校园一卡通
当前单机系统越来越少，分布式系统越来越广泛。
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Internet组成示例
intranet ☎ ☎
☎
ISP
☎