第九章第九章: 网络与分布式操作系统网络与分布式操作系统n计算机网络计算机网络n通信与协议通信与协议n网络效劳网络效劳n计算模型计算模型 n分布协同分布协同n事件排序事件排序 n互斥互斥n死锁死锁 n进程同步与进程通讯进程同步与进程通讯 n分布式资源管理分布式资源管理n分布式文件系统分布式文件系统 动机动机l资源共享资源共享远程共享和打印文件远程共享和打印文件在分布式据库中处理信息在分布式据库中处理信息使用远程指定硬件设备使用远程指定硬件设备l计算加速计算加速 for one task, multiple processes of threads scattered on multiple nodesl负载平衡负载平衡多任务，进程迁移多任务，进程迁移 l提高可靠性提高可靠性 detect and recover from site failure, function transfer, reintegrate failed sitel通讯通讯 消息传递消息传递9.1 计算机网络计算机网络n网络的概念网络的概念 n网络的组成网络的组成 n网络的分类网络的分类 n网络的拓扑网络的拓扑9.1.1 网络的概念网络的概念n计算机网络计算机网络n利用通讯设备和通讯线路将地理上分散利用通讯设备和通讯线路将地理上分散而且具有相对独立功能的多个计算机系而且具有相对独立功能的多个计算机系统按照某种原那么相互连接在一起构成统按照某种原那么相互连接在一起构成的计算机体系的计算机体系 .9.1.1 概念与组成概念与组成n组成组成 n 站点计算机站点计算机 n 通讯处理机通讯处理机 n 通讯用线路通讯用线路总体结构 网络网络磁盘磁盘磁盘磁盘处理机处理机内存内存结点结点2结点结点N磁盘磁盘磁盘磁盘处理机处理机内存内存磁盘磁盘磁盘磁盘处理机处理机内存内存结点结点1磁盘磁盘磁盘磁盘处理机处理机内存内存结点结点3无公共内存无公共内存,无全局时钟无全局时钟结点类型结点类型n主机主机 (IBM3090, 等等.)n应用实例应用实例:n航班预定航班预定n银行系统银行系统n大量附属磁盘大量附属磁盘n工作站工作站 (Sun, Apollo, Microvax, RISC6000, 等等.)n应用实例应用实例:n计算机辅助设计计算机辅助设计n办公信息系统办公信息系统n私人数据库私人数据库n0，1，2个中等容量磁盘个中等容量磁盘结点类型结点类型 (续续.)n个人计算机个人计算机n应用实例应用实例:n办公信息系统办公信息系统n小型私人数据库小型私人数据库n0个或者个或者1个小型磁盘个小型磁盘9.1.3 网络分类网络分类l局域网局域网 (LAN) 通常覆盖较小的地理区域通常覆盖较小的地理区域 .l总线型总线型, 环形环形, 或者星形网络或者星形网络.l速度速度 100 兆兆/秒秒, 或者更高或者更高.l传输速度快，本钱低传输速度快，本钱低.l结点结点: l通常的工作站通常的工作站 和和/或或 个人电脑个人电脑 l少量少量 (通常一到两个通常一到两个) 小型机小型机.l局域网是构造局域网是构造(松散耦合松散耦合)分布式操作系统分布式操作系统的根底的根底网络分类网络分类 (续续.)l典型局域网描述典型局域网描述:网络分类网络分类 (续续.)l广域网络广域网络 (WAN) 连接地理区域分散的连接地理区域分散的结点结点. l通讯手段通讯手段: l租赁租赁 公司线路公司线路, 微波电路微波电路,卫星线路卫星线路.l速度较慢速度较慢 100 千比特千比特/秒秒.l可靠性较低可靠性较低. l目的目的: l通讯通讯l网络效劳网络效劳9.1.3.2 同构网络与异构网络同构网络与异构网络n同构网络同构网络n站点由相同类型站点由相同类型(系列系列)计算机构成计算机构成, 分布计分布计算机系统算机系统.n异构网络异构网络n站点计算机类型不同站点计算机类型不同, 网络操作系统网络操作系统.两类分布式操作系统两类分布式操作系统n网络操作系统网络操作系统n远程登陆远程登陆ntelnet n远程文件传输远程文件传输 nftp nget, put, ls, cd,.n分布式操作系统分布式操作系统n数据迁移数据迁移 n计算迁移计算迁移 n作业迁移作业迁移 (负载平衡负载平衡)n进程迁移进程迁移9.1.4 网络的拓扑网络的拓扑 n网络系统中的各个站点在物理上可以采用网络系统中的各个站点在物理上可以采用不同的方式联结在一起不同的方式联结在一起n评估和比较标准：评估和比较标准：n根本本钱：将系统中各站点联结起来所花根本本钱：将系统中各站点联结起来所花费的代价如何？费的代价如何？n通讯本钱：把一个信息由站点通讯本钱：把一个信息由站点A传送到站点传送到站点B有多长距离？有多长距离？n可靠性：如果一个通讯链或一个站点失效，可靠性：如果一个通讯链或一个站点失效，是否影响其余站点之间的通讯是否影响其余站点之间的通讯?1.全连通结构 2.局部连通结构AE D C BAE D C B根本本钱高根本本钱高 根本本钱根本本钱: 中中通讯速度快通讯速度快 通讯速度通讯速度: 与连接情况有关与连接情况有关可靠性高可靠性高(任一结点失效不影响其它结点任一结点失效不影响其它结点) 可靠性可靠性: 中中 4.4.星型结构星型结构3.3.树形结构树形结构 BC F E ADAE D C BF根本本钱较低根本本钱较低 根本本钱低根本本钱低通讯经过父结点通讯经过父结点(祖先结点祖先结点) 中心结点是通讯瓶颈中心结点是通讯瓶颈可靠性一般可靠性一般(非叶结点失效分割网络非叶结点失效分割网络) 可靠性低可靠性低: 中心结点失效网络瘫痪中心结点失效网络瘫痪 5. 5.环形结构环形结构： (a)单向单向 . (b)双向双向 (a) (b) 根本本钱低根本本钱低 根本本钱较低根本本钱较低通讯速度中通讯速度中(最多最多n-1步步) 通讯速度较快通讯速度较快(最多最多n/2步步)可靠性一般可靠性一般(任一结点失效网络失效任一结点失效网络失效) 可靠性可靠性: 中中根本本钱根本本钱: 与结点数成线性关系与结点数成线性关系通讯本钱通讯本钱: 小小(除非总线成为瓶颈除非总线成为瓶颈)站点失效不影响系统站点失效不影响系统, 但总线故障网络失效但总线故障网络失效(b) (a)6.6.总线型结构总线型结构 : (a)直总线直总线 . (b)环总线环总线9.2 通讯与协议 nISO/OSI 模型 9.3 网络效劳网络效劳 n远程登录远程登录 ntelnet n远程文件传输远程文件传输 nftp remote_host_name9.4 计算模型计算模型 n数据迁移数据迁移 n结点结点B B需要结点需要结点A A的文件，两种数据传送方的文件，两种数据传送方式式 n整个文件都传送整个文件都传送 n将文件的一局部传送将文件的一局部传送 n计算迁移计算迁移 n结点结点B B需要结点需要结点A A的文件，两种数据传送方的文件，两种数据传送方式式 nRPCRPC方式方式: : 执行一个远程过程调用执行一个远程过程调用, ,调用一调用一个对所需文件进行适当计算的过程，然后个对所需文件进行适当计算的过程，然后将结果发送给进程。将结果发送给进程。n消息方式消息方式: : 发一个消息到站点发一个消息到站点A A，由，由A A的操的操作系统创立一个执行所指定任务的代理进作系统创立一个执行所指定任务的代理进程，然后通过消息系统将结果返回。程，然后通过消息系统将结果返回。9.4 计算模型计算模型 (续续.)n作业迁移作业迁移 n负载平衡负载平衡 n作业或作业步可以在网络上分布以均衡工作业或作业步可以在网络上分布以均衡工作负载作负载 n计算加速计算加速 n作业划分为假设干个在不同站点处并行执作业划分为假设干个在不同站点处并行执行的步骤行的步骤n硬件优选硬件优选 n有些作业只适合于在专用处理机上运行有些作业只适合于在专用处理机上运行 n软件优选软件优选 n有的作业需要某些站点处的特别软件有的作业需要某些站点处的特别软件 n进程迁移进程迁移 n将正运行于某一站点上的进程迁移到另一站点将正运行于某一站点上的进程迁移到另一站点 n进程迁移的目的进程迁移的目的 n动态负载平衡动态负载平衡 n减少通讯开销减少通讯开销 n利用特定资源利用特定资源 n进程迁移涉及的内容进程迁移涉及的内容 n进程地址空间进程地址空间 n进程控制结构进程控制结构 n环境信息环境信息9.4 计算模型计算模型 (续续.)n线程迁移n进程(线程)迁移 核心核心 PCBTCB P1P3 P2 P4核心核心 PCBTCB P1P2 站点站点S 站点站点D (b) 迁移前迁移前 核心核心 PCBTCB P1P3 P2 P4核心核心 PCBTCB P1P2 P3站点站点S 站点站点D D (b) 迁移后迁移后