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
协议层：层次结构排列，每一层都为上面的层提供了相应的接口
协议组/协议栈：一套完整的协议层被称为协议组或者协议栈
数据包传递：数据报传递、虚电路包传递
路由
路由算法：决定每个数据包在网络中传输时所应经过的路径
分类：1静态路由与动态路由、2单路径与多路径
拥塞控制
拥塞：网络的能力受通信链路性能和交换结点性能限制，当链路或结点负载接近负载能力时，主机待发送数据包队列中的数据包不能被发送，阻塞在队列中。
拥塞控制：将数据包保存在发生拥塞之前的结点中，当拥塞减少后再继续传输的技术
网际互连
统一的互连网络寻址方案
定义互连网络中数据包格式并给出相应处理规则的协议
互连组件：路由器、网桥、集线器、交换机、隧道
4互联网协议
TCP/IP协议层
数据包封装
TCP/UDP
UDP不提供传输保证
附加最小开销或者传输延迟
TCP提供更复杂的传输服务
排序、流控制、重传、缓冲、校验和
防火墙
服务控制、行为控制、用户控制、IP数据包过滤、TCP网关、应用层网关
第4章进程间通信
进程间通信
中间件层利用TCP/UDP协议，屏蔽底层差异，为上层应用和服务提供通信服务
互联网协议API
进程间通信的特征：同步和异步通信、消息的目的地、可靠性、排序
套接字：TCP和UDP都使用套接字、套接字为进程间通信提供端点
UDP数据报通信：消息大小、阻塞、超时
UDP数据报故障模型：遗漏故障、排序
TCP流通信：消息大小、丢失的消息、流控制、消息重复和排序、消息目的地UDP故障模型：校验和、序列号、超时和重传
外部数据表示和编码
外部数据表示：表示数据结构和简单值得一致标准称为外部数据表示
编码和解码：
编码是将多个数据项组装成适合消息传送的格式的过程
解码是分解消息，生成相等的数据项的过程
CORBA公共数据表示：
编/解码由中间件完成简单数据类型编码为二进制不包含类型信息
简单类型：15个种类，发送端可以指定大序法或小序法，接收端可翻译
结构化类型：组成结构化类型的每个简单类型值按特定顺序加入字节序列中
Java对象序列化：
编/解码由中间件完成简单数据类型编码为二进制包含类型信息
序列化：
将一个对象或一组关联对象大平成适合于磁盘存储或消息传递的串行格式
实现Serializable接口
引用对象也被序列化，转化为句柄
包含对象类的一些信息
解序列化：
从串行化格式中恢复对象或一组关联对象
XML：
编/解码由程序完成简单数据类型编码为文本包含类型信息
可扩展标记语言XML
标记描述数据的逻辑结构
属性-值与逻辑结构关联
XML文档比二进制文件大，但易于解析
可扩展，定义自己的标记
XML元素和属性
组播通信
分布式系统中一个进程与一组进程通信是必要的，同时成对的消息交换并不是组播的最佳实现方式
IP组播
在网际协议IP的上层实现：发送方将IP数据包发送给组播组内的一组计算机
组播路由器：实现互联网上的组播
组播地址分配：224.0.0.0~239.255.255.255
组播故障模型：遗漏故障
网络虚拟化：覆盖网络
由节点和虚拟链接组成的虚拟网络，位于底层网络（例如：IP网络）之上，提供独有的功能
引入了额外的层次，增加了网络的复杂度
额外层次带来自由度，开发者可以重新定义网络的核心元素
第5章远程调用
远程调用为客户程序提供了一种像调用本地服务一样调用远程服务的调用方式。远程调用对客户是透明的，被调用的服务运行在分布式系统中的不同进程中，不同的计算机中。
远程调用关注分布式系统中进程间的通信模式，其主要的范型包括：
请求-应答协议
远程过程调用（RPC）
远程方法调用（RMI）
请求-应答协议
请求-应答协议，提供了一种基于消息传递的范型，支持在客户-服务器技术中的双向消息传输。此类协议为远程操作的执行请求提供了底层支持，提供了对RPC和RMI的直接支持。
Byte[] doOperation (RemoteRef s，int operationId，byte[] arguments)
发送请求消息到远程服务器，并等待应答消息。
参数包括：远程服务器ID、调用的操作、操作参数
getRequest ()
通过服务器端口获得客户端发送的请求消息。
sendReply (byte[] reply, InetAddress clientHost, int clientPort)
发送应答消息到指定的IP地址和端口地址
消息格式
消息标识符
如果需要提供可靠消息传递或请求-应答通信等额外特性，则要求每个消息必须有一个唯一的消息标识符。
标识符包括：requestId和发送进程的标识符。
requestId达到无符号整数最大值（232-1）时，重置为0，且requestId生命周期要远远小于整数序列用尽的时间。
故障模型
遗漏故障
无法保障消息的传输顺序
进程故障，如进程死机
超时
考虑到服务器发生故障，请求、应答消息丢失的情况，doOPeration在等待应答时可能出现超时。应对超时的解决方案依据消息传输协议和传输保证不同也不尽相同。
立即返回一个故障发生标识
消息丢失，重发。
消息延迟，返回未收到应答异常。
丢弃重复的请求消息
当请求消息重复发送时，服务器不止一次的收到该消息，如：服务器操作执行时间远远大于客户等待应答的超时时间，所请求的操作尚未完成。
识别消息标识符，过滤重发的请求消息
操作执行完毕后，发送应答消息。
丢弃应答消息
当服务器收到重复的请求消息，且已经发送了应答消息
保持了操作结果，则发送结果应答消息
没有保持操作结果，重复执行。
幂等操作可以多次执行，否则，采取必要的避免措施
幂等操作
重复执行的效果与仅执行一次的效果相同
历史
对于要求重新传输应答而不需要重新执行操作的服务器来说，可以使用历史。历史是包含了已发送（应答）的消息记录的结构，包含：请求标识符、消息、接收客户的标识符。
历史的内存开销问题
无法确定何时不再需要历史消息，历史所需要的内存变大
服务器以客户的再次请求为应答，仅保存最晚应答消息
客户数量巨大，且客户进程终止时不会主动清除。
交互协议的类型
请求协议（R），发送单独请求，不需要返回值，客户端不需要阻塞运行。
请求-应答协议（RR），满足大多数情况，客户请求相当于对应答的确认。
请求-应答-确认应答协议（RRA），带有requestId的确认信息使服务器可以明确的删除历史消息。确认消息的丢失不会造成损失。
远程过程调用（RPC）
远程过程调用是分布式计算的重大突破
高度的分布式透明性，将传统的过程调用模型扩展到分布式系统，分布式编程与传统编程相似。
底层的RPC系统成为分布式系统重要部分，需要实现对参数和结果的编码和解码、消息传递等功能。
RPC设计的三个基本问题：
编程接口、调用语义、透明性
编程接口
传统程序中，程序组织为多个可以相互通信的模块；通信依靠过程调用和共享变量来实现；模块显示的定义接口，接口指定了模块访问的过程和变量。
分布式系统中，模块运行在不同的进程或计算机中。客户服务器模式中，每个服务器提供一个可用的方法集合，服务器接口指定了所提供的过程的说明、参数格式。
分布式系统编程接口
接口与实现分离。
程序员只需要关心服务接口提供的抽象而不需要关心实现细节
推演分布式系统时，针对潜在的异构情况，程序员无需了解具体的编程语言和服务实现的底层平台
接口保持不变，具体实现可以改变。
服务接口实现受底层基础设施影响：
1、客户进程不能访问服务器进程中的变量，服务器接口不能指定对变量的访问。
2、传统程序设计中的进程间调用的参数传递机制（值传递和引用传递）不适用于封闭式系统。
3、地址不能作为参数和远程调用的结果而被传递。
接口定义语言（IDL）
将RPC机制集成到某种编程语言中，语言包含适当的定义接口的表示法，并允许将输入/输出参数映射成该语言中正常使用的参数。
IDL允许不同语言实现的过程相互调用，IDL提供接口表示法，为接口中操作的每个参数附加数据类型之外的输入/输出类型说明
RPC调用语义可选择的操作：
重发请求消息，是否重复发送请求消息直到接收到应答或认定服务器已经出现故障
过滤重复请求，当启用重传请求时是否要在服务器过滤重复请求
重传结果，是否要在服务器上保持结果消息，以便无需重新执行操作就能重传丢失的结果。
RPC调用语义：
或许执行语义，远程方法可能执行一次或者不被执行，仅对可以接受偶然调用失败的应用有用。
故障模型：
遗漏故障，调用或结构消息丢失；系统崩溃，远程服务器故障
至少一次调用语义，可以通过重复发送请求来实现，他屏蔽了遗漏故障
故障模型：
系统崩溃，远程服务器故障
随机故障，重发调用时，远程对象可能接受消息并多次执行操作，导致存储或返回错误结果。如果服务器中所有方法都是幂等操作，则至少一次调用时可接受的。
至多一次调用语义，可以使用全部容错措施来达到。重发请求消息屏蔽遗漏故障，至多一次的执行防止了随机故障。
透明性
设计初衷，致力于使远程调用与本地调用尽可能的相似，使本地调用与远程调用语法上没有差别，语义上相似。以此，将编码和消息传递等对程序员隐藏。
然而，远程调用更容易失败。其涉及网络、服务器计算机和远程进程，总可能收不到结果，且不能确定故障发生在哪里。网络延迟远远大于本地调用延迟。
面临是否透明的抉择
RPC实现
远程方法调用（RMI）
RMI与RPC紧密相关，RMI被扩展到分布式的对象范畴。即RMI调用对象时能够调
用远程对象。
与RPC的共同点：
支持接口编程
基于请求-应答协议，提供至少一次，最多一次等语义。
支持相似程度的透明性。
不同之处：
能够在分布式系统软件开发中使用所有的面向对象编程功能
对象引用可以当作参数进行传递。
RMI设计问题
对象模型、异常、无用单元收集、分布式对象、分布式对象模型、远程对象引用、远程
接口、分布式对象系统中的动作
对象模型
传统面向对象程序由相互交互的对象集合组成。对象由数据和方法组成，对象间通过方法调用相互通信。
对象引用：通过对象引用访问对象
接口：接口定义了方法调用的基调，而不需要关注实现。如果类包含接口实现代码，则对象提供接口功能。
动作：一个对象调用另一个对象的方法引起的一系列方法调用。
方法的调用产生三种可能结果：
接收者状态改变
实例化一个新的对象，如调用构造函数
引起其他对象发起方法调用
异常
程序可能会遇到各种错误和无法预计的严重情况。测试语句可以处理错误情况，但是将导致代码清晰性下降。异常可以解决这个问题。捕获异常需要定义单独的代码块，且控制会转移到异常捕获代码块，控制不好返回。
无用单元收集
当不再需要对象时，有必要提供一种手段释放其所占用的空间，并将空间分配给其他对象，这个过程称为无用单元收集。
分布式对象
对象的状态由其实例变量的值组成。程序的状态由多个划分的逻辑部分组成，且每个部分都与一个对象关联。这种逻辑划分，可以自然的将对象物理的分布在统统的基础或计算机上。
基于客户/服务器体系，服务器管理对象，客户调用方法时向服务器发送消息，并接受服务器返回的结果消息。服务器的一个对象可以是调用另一个对象的客户。
将客户和服务器对象分布在不同进程，提供了封装性。对象的状态智能由对象自己的方法改变。避免了为授权的访问；解决了并发RMI调用的访问冲突；异构系统中，屏蔽不同场合下的异构数据格式。
分布式对象模型
将对象模型扩展到分布式系统。有些对象既可以接受远程调用又可以接受本地调用，能够接受远程调用的对象称为远程对象。有些对象只能接受本地调用。不论是否在同一台计算机，不同进程内的对象之间的方法调用都认为是远程方法调用，同一进程内的调用称为本地调用。
远程对象引用
将对象引用概念扩展，能够接收RMI调用的对象都具有远程对象引用，对象访问远程对象时都访问远程对象引用。
远程对象引用是一个用于整个分布式系统的标识符，其指向一个唯一的远程对象。
远程对象引用与本地对象：
调用者通过远程对象引用指定接受远程方法的远程对象
远程对象引用可以作为RMI的参数和结果
远程接口
远程对象的类实现远程接口中的方法
其他进程中的对象只能调用远程接口中指定的方法
本地对象可以调用远程接口中的方法和远程对象实现的其他方法
分布式对象系统中的动作
一个动作是由对象的RMI启动的，由一系列的不同进程中的对象的相关调用组成。
异常：任何远程调用都可能种种原因失败，如：远程对象的进程崩溃，太忙无法应答，调用/结果消息丢失等。RMI应该能够引起异常。
分布式对象系统中的无用单元收集：依赖于语言，且由本地无用单元收集器和一个执行
分布式无用单元收集的附加模块协作实现。
RMI实现
通信模块
基于请求-应答协议，实现客户和服务器之间的消息传递。
一对通信模块一起提供一个调用语义，如：之多一次。
服务器端通信模块为被调用对象类选择分发器，替换请求消息中的远程对象标识符。
远程引用模块
负责本地对象引用与远程对象引用之间的翻译，负责创建远程对象引用。
每个进程的远程引用模块都包含一张远程对象表，记录进程拥有的所有远程对象和每个本地代理。
当远程对象第一次作为参数或结果传递时，远程引用模块创建远程对象引用，并记录在远程对象表中。
当远程对象引用到达时，远程引用模块提供对应的本地对象引用。
伺服器
提供远程对象主体的类的实例，由相应骨架传递的远程请求最终是伺服器处理的。远程对象实例化是创建相应的伺服器，直到不再需要远程对象为止，并被无用单元收集器回收。
代理
使远程调用表现的与本地调用一样，实现远程调用透明，完成远程对象引用的细节、参数的编码、结果的解码和消息的发送和接收。
每个远程对象都有一个代理类，代理类实现了远程对象的远程接口定义的方法，保证远程调用与远程对象类型一致。
代理类实现的方式，将目标对象引用，方法ID和参数一同编码成请求消息发送，并等待应答消息。
分发器
远程对象的每个类都有一个分发器。分发器接收并传递请求消息。分发器与代理对远程接口中的方法使用相同的ID。
骨架
骨架实现远程接口中的方法。实现将请求消息中参数解码，并调用伺服器中对应的方法，结果消息编码发送应答。
服务器和客户程序
服务器程序包含分发器和骨架，还包括初始化部分。初始化部分负载创建并初始化至少一个驻留在服务器上的伺服器。
客户程序包含调用的所有远程对象的代理类，使用绑定程序查找远程对象引用。
绑定程序
为了使客户程序获得服务器端至少一个远程对象的远程对象引用，绑定程序维护一张表，表中包含从文本名字到远程对象引用的映射。
服务器线程
服务器为美国远程调用分配一个独立的线程，避免并发调用相互延误。这时需要考虑并发的影响。
远程对象激活
有些应用要求信息长时间的保留，显然，让表示这一信息的对象长期保留在运行的进程中是不切实际的。服务器应该在需要的是启动对象，启动驻留远程对象的服务器进程称为激活器。
一个远程对象在一个运行的进程中可供调用时称为主动的。
如果远程对象不是主动的但是可以激活为主动的称为被动的。
激活指根据被动对象创建主动对象。
持久对象存储
在进程两次激活之间仍然保证存活的对象称为持久对象。持久对象一般由持久对象存储来管理，在磁盘上以编码格式存储持久对象的状态。
分布式对象编程与传统面向对象编程不同之处：
CORBA体系结构的设计支持对象请求代理（ORB），ORB使得客户能够调用远程对象的方法，其中客户和服务器都可以使用多种编程语言实现。
同步物理时钟
NTP服务由互联网上的服务器网提供，主服务器连接时间源，如UTC，二级服务器与主服务器同步，层次3的服务器与层次2的服务器同步，以此类推，最低层（叶子）服务器在用户的工作站上执行。
NTP服务器相互同步模式：
组播，过程调用，对称模式
逻辑时间和逻辑时钟
顺序一致性的限制稍弱于严格一致性，需要满足以下两个条件：
1.所有进程对数据项的所有操作可以认为是按照某个顺序进行的。
2.任何进程对这个顺序的观点是一样的。
释放一致性为用户提供了两种同步操作：
1.Acquire操作，用于告诉系统调用进程要进入一个临界区，这种情况下，其他进程对远程副本的修改应该传播到本地并对本地副本进行更新
2.Release操作，用于告诉系统调用进程要离开一个临界区，这种情况下，本地进程对本地数据副本的修改应该传播到所有的远程副本上。
释放一致性必须遵守如下规则：
1.在前面的所有acquire操作完全成功完成之前，对共享数据的读写操作不能执行
2.在一个释放操作被允许执行前，所有以前的读写操作必须完成
3.对同步变量的访问必须遵守FIFO的一致性模型
网络系统与分布式系统 1.概述 网络操作系统与分布式操作系统在概念上的主要区别是，网络操作系统可以构架于不同的操作系统之上，也就是说它可以在不同的本机操作系统上，通过网络协议实现网络资源的统一配置，在大范围内构成网络操作系统。在网络操作系统中并不要求对网络资源进行透明的访问，即需要指明资源位置与类型，对本地资源和异地资源访问区别对待。分布式比较强调单一性，它是由一种操作系统构架的。在这种操作系统中，网络的概念在应用层被淡化了。所有资源（本地的资源和异地的资源）都用同一方式管理与访问，用户不必关心资源在哪里，或者资源是怎样存储的。 2.网络系统 ●网络系统是一个事理系统。有人参与和受人的影响的系统称为事理系统。网络计划 属于系统工程范畴，是人类改造客体系统有用的工程技术。网络系统直接受人（应 用者）的影响，因而是一个事理系统。 ●网络系统是一个信息系统。系统的输入端（开始节点）可视为信源、系统的内态可 视为信道，系统的输出端（结束节点）可视为信宿。应当特别指出的是，网络系统 是一个事理系统，因此，网络系统的信宿本质上就是系统的操作者（人类） ●网络系统是一个复杂自适应系统 ●网络系统是是一个开放系统。网络系统是复杂自适应系统，自然就是一个开放系统。 ●网络系统是一个有序强动力学系统。网络系统沿着时间的方向演化，元素和网络内 环境要素的相互作用、网络系统要素和网络环境要素的相互作用、网络相容性贯穿 于系统运行的全过程，在这个过程的各个发展阶段上，系统自组织、自优化，这些 充分表明网络系统是一个有序强动力学系统。 ●网络系统是一个符号化系统。网络系统由网络能指和网络所指两部分构成，网络能 指是一个结构符号化系统，网络所指是一个数学符号化系统；结构符号化系统和数 学符号化系统之间具有相容性，统称为网络符号化系统。 ●网络系统是一个形式系统。 网络系统软件中的重要一环是网络操作系统，有人也将它称为网络管理系统，它与传统的单机操作系统有所不同，它是建立在单机操作系统之上的一个开放式的软件系统，它面对的是各种不同的计算机系统的互连操作，面对不同的单机操作系统之间的资源共享、用户操作协调和与单机操作系统的交互，从而解决多个网络用户（甚至是全球远程的网络用二分布式操作系统。 计算机网络系统是由计算机系统、数据通信和网络系统软件组成的。从硬件上看主要由下列组成部分： ●终端：用户进入网络所用的设备，如电传打字机、键盘显示器、计算机等。在局域 网中，终端一般由微机担任，叫工作站，用户通过工作站共享网上资源。 ●主机：有于进行数据分析处理和网络控制的计算机系统，其中包括外部设备、操作 系统及其它软件。在局域网中，主机一般由较高档的计算机担任，叫服务器，它应 具有丰富的资源，如大容量硬盘、足够的内存和各种软件等。 ●通信处理机：在接有终端的通信线路和主机之间设置的通信控制处理机器，分担数 据交换和各种通信的控制和管理。在局域网中，一般不设通讯处理机，直接由主机
分布式控制系统的七个功能和应用 一、处理复杂的过程 在工业自动化结构中，PLC编程逻辑控制器用于对高速要求的过程参数进行控制和监视。但是由于I / O设备数量的限制，PLC不能处理复杂的结构。因此，对于复杂的控制应用而言，DCS是具有更多专用控制器的I / O的首选。这些用于多个产品的设计在多个过程（例如批量过程控制）中的制造过程中。 二、系统冗余 DCS可以在各个层面通过冗余功能提高系统的可用性。在任何停电后恢复稳态运行，无论是有计划的还是无计划的，与其他自动化控制设备相比都有所改善。 在系统运行过程中，即使在某些异常情况下，冗余系统也可以持续保持系统运行，从而提高了系统的可靠性。
三、很多自定义的功能块 四、强大的编程语言 它提供了更多的编程语言，如梯形图，功能块，顺序等，用于创建基于用户兴趣的自定义编程。 五、更复杂的HMI 与SCADA系统类似，DCS也可以通过HMI（人机界面）进行监控，为操作人员提供充足的数据，为各种过程充电，充当系统的核心。但是这种类型的工业控制系统覆盖了很大的地理区域，而DCS则覆盖了密闭区域。 DCS完全把整个加工厂作为PC窗口控制室。人机界面的趋势记录和图形表示提供了有效的用户界面。DCS强大的报警系统可以帮助操作员更快速地响应设备状况。
六、可扩展平台 通过在通信系统中添加更多的客户端和服务器，并在分布式控制器中增加更多的I / O模块，DCS的结构可以根据从小到大的服务器系统的I / O数量来扩展。 六、系统安全 获得控制各种过程导致工厂安全。DCS设计提供完善的安全系统来处理系统功能，从而实现更好的工厂自动化控也提供不同级别的安全性，如工程师级别，企业家级别，操作员级别等。 分布式控制系统的应用 DCS系统可以在一个简单的应用程序中实现，如使用微控制器网络的负载管理。这里的输入是从一个键盘给一个微控制器，与另外两个微控制器通信。其中一个微控制器用于显示过程的状态以及负载，另一个微控制器控制继电器驱动器。继电器驱动器又驱动继电器来操作负载。
分布式控制系统
题，才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。
1975-1980年，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：
从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O 单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。 DCS的控制程序：DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。 过程控制站的组成： DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成 I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。 I/O单元：通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。 国内外应用 分散控制系统 1975 年美国最大的仪表控制公司Honeyw ell 首次向世界推出了它的综合分散控制系统TDC—2000 ( Toal Distributed Control-2000),这一系统的发表,立即引起美国工业控制界高度评价，称之为“最鼓舞人心的事件”。世界各国的各大公司也纷纷仿效，推出了一个又一个集散系统，从此过程控制进入了集散系统的新时期。 在此期间有日本横河公司推出的CEN TUM,美国泰勒仪表公司的MO SË,费雪尔公司的DCÉ —400,贝利公司的N —90,福克斯波罗公司的Cpect rum 和德国西门子公司的Telepermm。 随着计算机特别是微型计算机与网络技术的飞速发展，加上各制造商的激烈竞争，使DCS 很快从70 年代的第一代发展到90 年代初的第三代DCS。尽管在这之前的集散系统的技术水平已经很高，但其中存在着一个最主要的弊病是：各大公司推出的几十种型号的系统，几乎都是该公司的专利产品，每个公司为了保护自身的利益，采用的都是专利网络，这就为全厂、全企业的管理带来问题。 随着计算机的发展与网络开发使各控制厂商更多地采用商业计算机的技术，80年代末许多公司推出新一代的集散系统，其主要特征是新系统的局部网络采用MA P 协议；引用智能变送器与现场总线结构；在控制软件上引入PLC 的顺序控制与批量控制，使DCS 也具有PLC 的功能。 至90 年代初各国知名的DCS 有：3000,Bailey 的IN F I—90,Ro semoun t 的RS—3,W est Hoo se 的WDPF,L eeds &Non th rup 的MAX—1000,Foxbo ro 的IöA S,日本横河的CEN TUM。这里所提到的均为大型的DCS,为了适应市场的需要各厂商也开发了不少中小型的DCS 系统如S—9000,MAX—2,LXL,A 2 PACS 等等。
本文作者Kate Matsudaira是一位美丽的女工程副总裁，曾在Sun Microsystems、微软、亚马逊这些一流的IT公司任职。她有着非常丰富的工作经验和团队管理经验，当过程序员、项目经理、产品经理以及人事经理。专注于构建和操作大型Web应用程序/网站，目前她的主要研究方向是SaaS（软件即服务）应用程序和云计算（如大家所说的大数据）。 本文是作者在AOSA一书介绍如何构建可扩展的分布式系统里的内容，在此翻译并分享给大家。 开源软件已经成为许多大型网站的基本组成部分，随着这些网站的逐步壮大，他们的网站架构和一些指导原则也开放在开发者们的面前，给予大家切实有用的指导和帮助。 这篇文章主要侧重于Web系统，并且也适用于其他分布式系统。 Web分布式系统设计的原则 构建并运营一个可伸缩的Web站点或应用程序到底是指什么？在最初，仅是通过互联网连接用户和访问远程资源。 和大多数事情一样，当构建一个Web服务时，需要提前抽出时间进行规划。了解大型网站创建背后的注意事项以及学会权衡，会给你带来更加明智的决策。下面是设计大型Web系统时，需要注意的一些核心原则： ?可用性 ?性能 ?可靠性 ?可扩展 ?易管理 ?成本 上面的这些原则给设计分布式Web架构提供了一定的基础和理论指导。然而，它们也可能彼此相左，例如实现这个目标的代价是牺牲成本。一个简单的例子：选择地址容量，仅通过添加更多的服务器（可伸缩性），这个可能以易管理（你不得不操作额外的服务器）和成本作为代价（服务器价格）。 无论你想设计哪种类型的Web应用程序，这些原则都是非常重要的，甚至这些原则之间也会互相羁绊，做好它们之间的权衡也非常重要。 基础
分布式控制课程设计 设计题目：课题八：3台电动机的顺序控制 学校：上海工程技术大学 院系：机械工程学院
二任务描述： 在现代工业生产中，电动机自动与手动正反转的设置得到了广泛的应用。设计三台电动机的顺序控制程序的原则是： （1）自动每隔离十分钟启动一台电机，中间可急停，到了八小时后都自动关闭。 （2）手动顺序启动，手动反序停止。 设计四段程序，第一段是自动顺序启动三台电机，由SB1总起T0,T1延时触发。第二段程序是到点自动停止，每个电机配备一个定时器加计数器来实现。第三段程序是手动顺序启动由SB2总起，T5,T6延时触发。第四段程序是手动反序停止由中间继电器M1.0,M1.1,M1.2线圈触发，而在第三段程序的起停保电路中用它们的常闭触点来实现。 控制任务和要求： （1）启动操作：按启动按钮SB1，电动机M1启动，10s后电动机M2自动启动，又经过8s，电动机M3自动启动。 （2）停车操作：按停止按钮SB2，电动机M3立即停车；5s后，电动机M2自动停车；又经过4s，电动机M1自动停车。 （3）要求启动时，每隔10min依次启动1台，每台运行8h后自动停车。在运行中可用停止按钮将3台电动机同时停机。 三电动机及其PLC控制器的介绍 1.系统设计功能 1）电路设计 本课题的三台电动机应满足以下要求 （1）自动时，当第二台电动机延时启动时，不关闭第一台电动机。当第三台电动机延时启动时，不关闭第一，第二台电动机。且三者自各自启动就开始计数器计时，准备 关闭。 （2）用急停按钮使三台电动机同时停移，但时间必须在自动停止时间范围内。 （3）手动时，当第二台中动机延时启动时，必须等三台电动机按顺序都启动后才可以按下手动反序停止按钮，使他们各自停止。 2）主电路设计 由三台电机组成，启动电路由自动开关QF0.，接触器KM0-KM3.热继电器FR1-FR3各台电
分布式数据库管理系统简介 一、什么是分布式数据库： 分布式数据库系统是在集中式数据库系统的基础上发展来的。是数据库技术与网络技术结合的产物。 分布式数据库系统有两种：一种是物理上分布的，但逻辑上却是集中的。这种分布式数据库只适宜用途比较单一的、不大的单位或部门。另一种分布式数据库系统在物理上和逻辑上都是分布的，也就是所谓联邦式分布数据库系统。由于组成联邦的各个子数据库系统是相对“自治”的，这种系统可以容纳多种不同用途的、差异较大的数据库，比较适宜于大范围内数据库的集成。 分布式数据库系统（DDBS）包含分布式数据库管理系统（DDBMS和分布式数据库（DDB）。 在分布式数据库系统中，一个应用程序可以对数据库进行透明操作，数据库中的数据分别在不同的局部数据库中存储、由不同的DBMS进行管理、在不同的机器上运行、由不同的 操作系统支持、被不同的通信网络连接在一起。 一个分布式数据库在逻辑上是一个统一的整体：即在用户面前为单个逻辑数据库，在物理上则是分别存储在不同的物理节点上。一个应用程序通过网络的连接可以访问分布在不同地理位置的数据库。它的分布性表现在数据库中的数据不是存储在同一场地。更确切地讲，不存储在同一计算机的存储设备上。这就是与集中式数据库的区别。从用户的角度看，一个分布式数据库系统在逻辑上和集中式数据库系统一样，用户可以在任何一个场地执行全局应用。就好那些数据是存储在同一台计算机上，有单个数据库管理系统（DBMS）管理一样，用 户并没有什么感觉不一样。 分布式数据库中每一个数据库服务器合作地维护全局数据库的一致性。 分布式数据库系统是一个客户/ 服务器体系结构。 在系统中的每一台计算机称为结点。如果一结点具有管理数据库软件，该结点称为数据库服务器。如果一个结点为请求服务器的信息的一应用，该结点称为客户。在ORACL客户， 执行数据库应用，可存取数据信息和与用户交互。在服务器，执行ORACL软件，处理对ORACLE 数据库并发、共享数据存取。ORACL允许上述两部分在同一台计算机上，但当客户部分和 服务器部分是由网连接的不同计算机上时，更有效。 分布处理是由多台处理机分担单个任务的处理。在ORACL数据库系统中分布处理的例 子如： 客户和服务器是位于网络连接的不同计算机上。 单台计算机上有多个处理器，不同处理器分别执行客户应用。 参与分布式数据库的每一服务器是分别地独立地管理数据库，好像每一数据库不是网络化的数据库。每一个数据库独立地被管理，称为场地自治性。场地自治性有下列好处： ?系统的结点可反映公司的逻辑组织。
分布式系统是建立在网络上的软件系统。由网络中的多个节点组成，作为整体向用户提供资源，对用户透明，数据文件存放于不同的存储节点上，而管理者可以任意添加或者删除节点，可以支持大规模的节点扩展以及PB级的数量存储。 [17]目前大多数分布式系统的基本架构都是基于client/server模式，架构如图2-1所示： 图2-1分布式系统的基本架构图 当前比较流行的分布式系统有GFS、Hadoop、FastDFS、Lustre、MooseFS、等等。 1)GFS（Google File System）是由Google公司开发的分布式系统，GFS的整体结构也是基于C/S结构，在数据存储方面GFS有别于以往的文件系统。在传统的存储概念上，几个G的文件可以算作一个大文件，但在GFS中，这种大小的数据文件是大量的。而且提供了一个比以往的文件体统更强的容错性能，因为系统是由大量的廉价的商业级别的机器构成，在使用中不能保证其长时间运行中完美的可靠性，所以把系统的各种部件发生错误的情况当做一种常态，而不像以往的系统将此列入特殊的故障情况。GFS文件系统由一个Master节点和多个Chunk 节点组成,。Master节点主要完成对文件系统元数据的维护工作，数据块的存储则由数量巨大的Chunk节点完成。GFS的数据读写流程是首先客户端与Master 节点通信，以获取文件的元数据信息，通过元数据信息找到存储该数据块的Chunk节点，之后同Chunk节点进行通信,完成数据的读写操作。由于GFS分布式系统是Google公司根据自身的搜索业务而设计的，所以并不具备通用性，同时主从式的系统架构存在着Master节点的性能瓶颈和单点失效问题。 2)Lustre是由SUN公司开发和维护的一个规模大、安全可靠、具备高可用性的分布式系统，该名字的由来因为该系统的设计是基于Linux和Clusters两个概念的，该分布式文件系统解决了传统文件系统处理不好的大数据存储问题，在高性
简答题 1、典型的分布式控制系统主要包括哪几个部分？ 一个典型的DCS系统包括四大部分组成：至少一个现场控制站(完成系统的运算处理控制)，至少一个操作员站(完成人机界面功能、供操作员操作监视)，一台工程师站（用于离线组态、在线修改和操作系统开发。也可以利用一台操作员站兼做工程师站）和一条通信系统 2、分布式都有哪几种冗余结构？各有什么优缺点？为什么要采 用冗余结构？ 1)分布式控制有两种冗余结构，一种是整体式冗余结构，另一种 是分离式冗余结构。 2)整体式系统是由早期单回路调节器和PLC组成，因本身有操 作器，常采用仪表盘备用方式；分离式冗余结构常采用多重化 冗余结构：配备冷备用数据库，操作器热备用，CRT远程遥控 备用等。整体式冗余结构可以实现完全与系统分离备用，系统 受干扰较小，但是系统成本较高，自动化水平较低；分离式冗 余结构可以选择重要部件备用，投资较小。 3)分布式控制系统是实时在线控制系统，搞可靠性是评价分布式 控制系统的主要指标，通常要求MTBF达到99.9999%以上， 就必须对系统采用冷备用，热备用等方式。通常通信系统全部 冗余，控制站中主控部件热备用，电源N+1:N热备用，子模 件和端子板N+1:N冷备用。
3、简述最小拍控制系统的特点。 1)若参数不变，可以实现时间最优控制； 2)本质是开环控制； 3)加反馈可实现闭环最优控制。 4、为什么说分布式控制是递阶控制系统？ 1)分布式控制系统具有以下特点： 2)网络结构，将各个子系统通过总线连接起来； 3)分层结构，有工程师站，操作站和控制站等构成； 4)主从结构，集中操作、分散控制，控制站部又分主从部件。 5)基于以上三点，分布式控制系统是递阶控制系统。 5、人机界面的要求主要包括哪些容？ 人机接口主要是CRT的操作站。对他们主要要环境要求，输入特性和图形特性的要求； 1)化境要求首先指人机接口设备对环境的要求：有耐冲击和振动 的特性；环境要求的第二部分是对供电的要求，它包括供电电 压等级、类型和容量及允许的极限值等，也涉及到供电方式， 冗余配置等容；环境要求的第三部分是对互联设备的通信距离 限制； 2)输入特性的改善使操作员的操作容和方式发生根本变化； 3)图形特性是人机接口的重要特性：采用图形用户界面（GUI）、 图形处理器（GP）和图形缓冲（GB）使人机接口的图形特性 得到极大的提高。
一、何为分布式数据库系统？一个分布式数据库系统有哪些特点？ 答案：分布式数据库系统通俗地说，是物理上分散而逻辑上集中的数据库系统。分布式数据库系统使用计算机网络将地理位置分散而管理和控制又需要不同程度集中的多个逻辑单位连接起来，共同组成一个统一的数据库系统。因此，分布式数据库系统可以看成是计算机网络与数据库系统的有机结合。一个分布式数据库系统具有如下特点： 物理分布性，即分布式数据库系统中的数据不是存储在一个站点上，而是分散存储在由计算机网络连接起来的多个站点上，而且这种分散存储对用户来说是感觉不到的。 逻辑整体性，分布式数据库系统中的数据物理上是分散在各个站点中，但这些分散的数据逻辑上却构成一个整体，它们被分布式数据库系统的所有用户共享，并由一个分布式数据库管理系统统一管理，它使得“分布”对用户来说是透明的。 站点自治性，也称为场地自治性，各站点上的数据由本地的DBMS管理，具有自治处理能力，完成本站点的应用，这是分布式数据库系统与多处理机系统的区别。 另外，由以上三个分布式数据库系统的基本特点还可以导出它的其它特点，即：数据分布透明性、集中与自治相结合的控制机制、存在适当的数据冗余度、事务管理的分布性。 二、简述分布式数据库的模式结构和各层模式的概念。 分布式数据库是多层的，国内分为四层： 全局外层：全局外模式，是全局应用的用户视图，所以也称全局试图。它为全局概念模式的子集，表示全局应用所涉及的数据库部分。 全局概念层：全局概念模式、分片模式和分配模式 全局概念模式描述分布式数据库中全局数据的逻辑结构和数据特性，与集中式数据库中的概念模式是集中式数据库的概念视图一样，全局概念模式是分布式数据库的全局概念视图。分片模式用于说明如何放置数据库的分片部分。分布式数据库可划分为许多逻辑片，定义片段、片段与概念模式之间的映射关系。分配模式是根据选定的数据分布策略，定义各片段的物理存放站点。 局部概念层：局部概念模式是全局概念模式的子集。局部内层：局部内模式 局部内模式是分布式数据库中关于物理数据库的描述，类同集中式数据库中的内模式，但其描述的内容不仅包含只局部于本站点的数据的存储描述，还包括全局数据在本站点的存储描述。 三、简述分布式数据库系统中的分布透明性，举例说明分布式数据库简单查询的 各级分布透明性问题。 分布式数据库中的分布透明性即分布独立性，指用户或用户程序使用分布式数据库如同使用集中式数据库那样，不必关心全局数据的分布情况，包括全局数据的逻辑分片情况、逻辑片段的站点位置分配情况，以及各站点上数据库的数据模型等。即全局数据的逻辑分片、片段的物理位置分配，各站点数据库的数据模型等情况对用户和用户程序透明。
分布式系统概述与云计算 软件专业09-1班李天（20）指导教师：胡晓宏 摘要 随着社会的信息化和互联网的发展，分布式系统的重要性日益提高。本文将从分布式系统的产生、发展、演变谈起，并展望分布式系统的未来，并着重谈分布式系统的主要应用：云计算。 关键词：分布式系统云计算 引言 分布式计算是一门计算机科学，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。 云计算是分布式计算、并行计算和网格计算的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。其基本原理是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中。（网格计算是分布式计算的一种。通过利用大量异构计算机（通常为桌面）的闲置资源（CPU、磁盘空间等），将其作为嵌入在分布式电信基础设施中的一个虚拟的计算机集群，以解决大规模的计算问题。网格计算的焦点在于支持跨管理域计算的能力，这使它与传统的计算机集群或传统的分布式计算相区别。） 概述 分布式： 分布式数据库的研究始于20世纪70年代中期。世界上第一个分布式数据库系统SDD-1 是由美国计算机公司（CCA）于1979年在DEC计算机上实现。20世纪90年代以来，分布式数据库系统进入商品化应用阶段，传统的关系数据库产品均发展成以计算机网络及多任务操作系统为核心的分布式数据库产品，同时分布式数据库逐步向客户机／服务器模式发展。
分布式系统，顾名思义，为操作系统的一种类型，是传统操作系统思想的变革。分布式操作系统安装在整个分布系统里面，其中任何一台也可以安装有自己的本地操作系统。 分布式操作系统负责管理分布式处理系统资源和控制分布式程序运行。它和集中式操作系统的区别在于资源管理、进程通信和系统结构等方面。 分布式系统主要分为以下几类：分布式软件系统，分布式文件系统，分布式数据库系统。 分布式软件系统(Distributed Software Systems)是支持分布式处理的软件系统,是在由通信网络互联的多处理机体系结构上执行任务的系统。它包括分布式操作系统、分布式程序设计语言及其编译(解释)系统、分布式文件系统和分布式数据库系统等。 分布式文件系统具有执行远程文件存取的能力,并以透明方式对分布在网络上的文件进行管理和存取。 分布式数据库系统由分布于多个计算机结点上的若干个数据库系统组成,它提供有效的存取手段来操纵这些结点上的子数据库。分布式数据库在使用上可视为一个完整的数据库,而实际上它是分布在地理分散的各个结点上。当然,分布在各个结点上的子数据库在逻辑上是相关的。 分布式程序设计语言用于编写运行于分布式计算机系统上的分布式程序。一个分布式程序由若干个可以独立执行的程序模块组成,它们分布于一个分布式处理系统的多台计算机上被同时执行。它与集中式的程序设计语言相比有三个特点：分布性、通信性和稳健性。 分布式数据库系统是由若干个站集合而成。这些站又称为节点，它们在通讯网络中联接在一起，每个节点都是一个独立的数据库系统，它们都拥有各自的数据库、中央处理机、终端，以及各自的局部数据库管理系统。因此分布式数据库系统可以看作是一系列集中式数据库系统的联合。它们在逻辑上属于同一系统，但在物理结构上是分布式的。 1.分布式数据库系统发展其原因 （1）它可以解决组织机构分散而数据需要相互联系的问题。比如银行系统，总行与各分行处于不同的城市或城市中的各个地区，在业务上它们需要处理各自的数据，也需要彼此之间的交换和处理，这就需要分布式的系统。 （2）如果一个组织机构需要增加新的相对自主的组织单位来扩充机构，则分布式数据库系统可以在对当前机构影响最小的情况下进行扩充。 （3）均衡负载的需要。数据的分解采用使局部应用达到最大，这使得各处理机之间的相互干扰降到最低。负载在各处理机之间分担，可以避免临界瓶颈。
分布式文件系统（DFS）解决方案 一“分布式文件系统（DFS）”概述 DFS并不是一种文件系统，它是Windows Server System上的一种客户/服务器模式的网络服务。它可以让把局域网中不同计算机上的不同的文件共享按照其功能组织成一个逻辑的分级目录结构。系统管理员可以利用分布式文件系统(DFS)，使用户访问和管理那些物理上跨网络分布的文件更加容易。通过DFS，可以使分布在多个服务器或者不同网络位置的文件在用户面前显示时，就如同位于网络上的一个位置。用户在访问文件时不再需要知道和指定它们的实际物理位置。 例如，如果您的销售资料分散在某个域中的多个存储设备上，您可以利用DFS 使其显示时就好像所有的资料都位于同一网络共享下，这样用户就不必到网络上的多个位置去查找他们需要的信息。 二部署使用“分布式文件系统（DFS）”的原因 ●访问共享文件夹的用户分布在一个站点的多个位置或多个站点上； ●大多数用户都需要访问多个共享文件夹； ●通过重新分布共享文件夹可以改善服务器的负载平衡状况； ●用户需要对共享文件夹的不间断访问；
●您的组织中有供内部或外部使用的Web 站点； ●用户访问共享文件需要权限。 三“分布式文件系统（DFS）”类型 可以按下面两种方式中的任何一种来实施分布式文件系统： 1．作为独立的分布式文件系统。 ●不使用Active Directory。 ●至多只能有一个根目录级别的目标。 ●使用文件复制服务不能支持自动文件复制。 ●通过服务器群集支持容错。 2．作为基于域的分布式文件系统。 ●必须宿主在域成员服务器上。 ●使它的DFS 名称空间自动发布到Active Directory 中。 ●可以有多个根目录级别的目标。 ●通过FRS 支持自动文件复制。 ●通过FRS 支持容错。 四分布式文件系统特性 除了Windows Server System 中基于服务器的DFS 组件外，还有基于客户的DFS 组件。DFS 客户程序可以将对DFS 根目录或DFS 链接的引用缓存一段时间，该时间由管理员指定。此存储和读取过程对于
第一部分CEPH 1.1 特点 Ceph最大的特点是分布式的元数据服务器通过CRUSH，一种拟算法来分配文件的locaiton，其核心是 RADOS（resilient automatic distributed object storage)，一个对象集群存储，本身提供对象的高可用，错误检测和修复功能。 1.2 组成 CEPH文件系统有三个主要模块： a)Client：每个Client实例向主机或进程提供一组类似于POSIX的接口。 b)OSD簇：用于存储所有的数据和元数据。 c)元数据服务簇：协调安全性、一致性与耦合性时，管理命名空间（文件名和 目录名） 1.3 架构原理 Client：用户 I/O：输入/输出 MDS：Metadata Cluster Server 元数据簇服务器 OSD：Object Storage Device 对象存储设备
Client通过与OSD的直接通讯实现I/O操作。这一过程有两种操作方式： 1. 直接通过Client实例连接到Client； 2. 通过一个文件系统连接到Client。 当一个进行打开一个文件时，Client向MDS簇发送一个请求。MDS通过文件系统层级结构把文件名翻译成文件节点（inode），并获得节点号、模式（mode）、大小与其他文件元数据。注意文件节点号与文件意义对应。如果文件存在并可以获得操作权，则MDS通过结构体返回节点号、文件长度与其他文件信息。MDS同时赋予Client操作权（如果该Client还没有的话）。目前操作权有四种，分别通过一个bit表示：读（read）、缓冲读（cache read）、写（write）、缓冲写（buffer write）。在未来，操作权会增加安全关键字，用于client向OSD证明它们可以对数据进行读写（目前的策略是全部client 都允许）。之后，包含在文件I/O中的MDS被用于限制管理能力，以保证文件的一致性与语义的合理性。 CEPH产生一组条目来进行文件数据到一系列对象的映射。为了避免任何为文件分配元数据的需要。对象名简单的把文件节点需要与条目号对应起来。对象复制品通过CRUSH（著名的映射函数）分配给OSD。例如，如果一个或多个Client打开同一个文件进行读操作，一个MDS会赋予他们读与缓存文件内容的能力。通过文件节点号、层级与文件大小，Client可以命名或分配所有包含该文件数据的对象，并直接从OSD簇中读取。任何不存在的对象或字节序列被定义为文件洞或0。同样的，如果Client打开文件进行写操作。它获得使用缓冲写的能力。任何位置上的数据都被写到合适的OSD上的合适的对象中。Client 关闭文件时，会自动放弃这种能力，并向MDS提供新的文件大小（写入时的最大偏移）。它重新定义了那些存在的并包含文件数据的对象的集合。 CEPH的设计思想有一些创新点主要有以下两个方面： 第一，数据的定位是通过CRUSH算法来实现的。
分布式数据库系统（1） 胡经国 本文作者的话 本文是根据有关文献和资料编写的《漫话云计算》系列文稿之一。以此作为云计算学习笔录，供云计算业外读者进一步学习和研究参考。希望能够得到大家的指教和喜欢！ 下面是正文 一、分布式数据库系统概述 1、概述一 分布式数据库（Distributed Database，DDB）是指数据分散存储在计算机网络中的各台计算机上的数据库。 分布式数据库系统（Distributed Database System，DDBS）通常使用较小的计算机系统，每台计算机可单独放在一个地方；每台计算机中都可能有DBMS （数据库管理系统）的一份完整拷贝副本，或者部分拷贝副本，并具有自己局部的数据库；位于不同地点的许多计算机通过网络互相连接，共同组成一个完整的、全局的、逻辑上集中、物理上分布的大型数据库系统。 2、概述二 分布式数据库，是指利用高速计算机网络，将物理上分散的多个数据存储单元连接起来组成一个逻辑上统一的数据库。 分布式数据库的基本思想，是将原来集中式数据库中的数据分散存储到多个通过网络连接的数据存储节点上，以获取更大的存储容量和更高的并发访问量。 近年来，随着数据量的高速增长，分布式数据库技术也得到了快速的发展。传统的关系型数据库开始从集中式模型向分布式架构发展。基于关系型的分布式数据库，在保留传统数据库的数据模型和基本特征前提下，从集中式存储走向分布式存储，从集中式计算走向分布式计算。 另一方面，随着数据量越来越大，关系型数据库开始暴露出一些难以克服的缺点。以NoSQL为代表的、具有高可扩展性、高并发性等优势的非关系型数据库快速发展；一时间市场上出现了大量的key-value（键－值）存储系统、文档型数据库等NoSQL数据库产品。NoSQL类型数据库正日渐成为大数据时代下分布式数据库领域的主力。 这种按分布式组织数据库的方法克服了物理中心数据库组织的弱点。
分布式文件系统概述（一） 杨栋 yangdonglee@https://www.doczj.com/doc/b12298544.html, 2006-12 摘要 文件系统是操作系统用来组织磁盘文件的方法和数据结构。传统的文件系统指各种UNIX平台的文件系统，包括UFS、FFS、EXT2、XFS等，这些文件系统都是单机文件系统，也称本地文件系统。随着网络的兴起，为了解决资源共享问题，出现了分布式文件系统。分布式文件系统是指文件系统管理的物理存储资源不一定直接连接在本地节点上，而是通过计算机网络与节点相连。本文1简要回顾了本地文件系统，然后按照发展例程大致介绍了2006年之前各时期主要的分布式文件系统，最后从设计目标、体系结构及关键技术等方面比较了各个分布式文件系统的异同。目前很火的Hadoop文件系统、S3文件系统都是从NFS等早期文件系统一步步演化而来的，了解分布式文件系统的历史，有助于大家更加深刻地领会分布式文件系统的精髓。 1本文写于2006年底，借鉴了别人的大量资料，目的是为了与同学们分享分布式文件系统的发展史。笔者在硕士期间跟随中科院计算所的孟老师、熊老师和唐荣锋进行分布式文件系统的研究和开发。分布式文件系统源远流长，本文只是选择了其发展史上的部分实例进行简单描述，由于笔者水平十分有限，错误之处难免很多，各位同学发现问题之后麻烦回复邮件到yangdonglee@https://www.doczj.com/doc/b12298544.html,，我会尽全力完善，或者请各位同学自行修正。笔者目前在百度进行云计算方面的研究和开发，希望有兴趣的同学一起进行探讨。
目录 1．引言 (5) 2．本地文件系统 (5) 2.1FFS (6) 2.2LFS (6) 2.3Ext3 (7) 3．分布式文件系统 (7) 3.1 发展历程 (7) 3.2分布式文件系统分类 (8) 3.2.1 实现方法 (8) 3.2.2研究状况 (8) 3.3 NFS (9) 3.3.1概述 (9) 3.3.2 体系结构 (9) 3.3.3 通信机制 (10) 3.3.4进程 (10) 3.3.5 命名 (10) 3.3.6 同步机制 (11) 3.3.7 缓存和复制 (11) 3.3.8 容错性 (12) 3.3.9 安全性 (13) 3.4 AFS、DFS、Coda和InterMezzo (13) 3.5 SpriteFS和Zebra (14) 3.6xFS (16) 3.6.1 概述 (16) 3.6.2 体系结构 (16) 3.6.3 通信 (16) 3.6.4 进程 (17) 3.6.5 命名 (18) 3.6.6 缓存 (19)
分布式系统(Distributed System,DS) 当讨论分布式系统时，我们面临许多以下这些形容词所描述的 同类型： 分布式的、删络的、并行的、并发的和分散的。分布式处理是一个相对较新的领域，所以还没有‘致的定义。与顺序计算相比、并行的、并发的和分布式的计算包括多个PE问的集体协同动作。这些术语在范围一卜相互覆盖，有时也交换使用。 并行的”意味着从一个单一控制线程对数据集的锁步(1ockst ep)动作。 在并行计算机级别上， 指令流多数据流(SIMD)计算机就是一个使用多个数据处理单元在许多数据项上同时进行相同或相似操作的例子。“并发的”意味着某些动作可以以任意次序执行。例如，在史岛级别，卜和在多指令流多数据流(MIMD)并行计算机上进行部分独立的操作。*“分布式的”意味着计算的成本或性能取决于数据和控制的通信。 如果 个系统的部件局限在一个地方，它就是集中式的：如果它的部件在不同地l20方，部件之间要么不存在或仅存在有限的合作，要么存在紧密的合作，它是分散式的。 当一个分散式系统不存在或仅存在有限的合作时，它就被称作网络的；否则它就被称作分布式的，表示在不同地方的部件之间存在紧密的合作。在给出分布式系统具体定义的模型中，分布式系统可以用硬件、控制、数据这三个维度加以检验。 分布式系统=分布式硬件+分布式控制+分布式数据 分布式系统应用和标准 分布式系统被用在许多不同类型的应用中。以下我们列出了一些应用。对这些应用而言，使用分布式系统要比其他体系结构如处理机和共享存储器多处理机更优越： ?并行和高性能应用 原则上，并行应用也可以在共享存储器多处理机上运行，但共享存储器系统不能很好地扩大规模以包括大量的处理机。HPCC(高性能计算和通信)应用一般需要一个可伸缩的设计，这种设计取决于分布式处理。 ?容错应用 因为每个P E是自治的，所以分布式系统更加可靠。一个单元或资源(软件或硬件)的故障不影响其他资源的正常功能。 ?固有的分布式应用 许多应用是固有分布式的。这些应用是突发模式(burstmode)而非批量模式(bulk mode)。这方面的实例有事务处理和Internet Javad,程序。
分布式系统的应用 一、前言 在20世纪50年代，计算机是串行处理机，一次运行一个作业直至完成。这些处理机通过一个操作员从控制台操纵，而对于普通用户则是不可访问的。在60年代，需求相似的作业作为一个组以批处理的方式通过计算机运行以减少计算机的空闲时间。同一时期还提出了其他一些技术，如利用缓冲、假脱机和多道程序等的脱机处理。70年代产生了分时系统，不仅作为提高计算机利用率的手段，也使用户离计算机更近了。分时是迈向分布式系统的第一步：用户可以在不同的地点共享并访问资源。80年代是个人计算的10年；人们有了他们自己专用的机器。 随着基于微处理器的系统所提供的出色的性能／价格比和网络技术的稳步提高，一个新的梦想成为可能一分布式计算。当用户需要完成任何任务时，分布式计算提供对尽可能多的计算机能力和数据的透明访问，同时实现高性能与高可靠性的目标。在过去的10年里，人们对分布式计算系统的兴趣迅猛发展。有关分布式计算的主题是多种多样的，许多研究人员正在研究关于分布式硬件结构和分布式软件设计的各方面问题以开发利用其潜在的并行性和容错性。 二、分布式系统定义 当讨论分布式系统时，我们面临许多以下这些形容词所描述的不同类型：分布式的、网络的、并行的、并发的和分散的。分布式处理是一个相对较新的领域，所以还没有一致的定义。与顺序计算相比、并行的、并发的和分布式的计算包括多个PE间的集体协同动作。这些术语在范围上相互覆盖，有时也交换使用。 ●“并行的”意味着从一个单一控制线程对数据集的锁步(10ckstep)动作。在并行计算机级别上，单指令流多数据流(slMD)计算机就是一个使用多个数据处理单元在许多数据项上同时进行相同或相似操作的例子。 ●“并发的”意味着某些动作可以以任意次序执行。例如，在更高级别上和在多指令流多数据流(MIMD)并行计算机上进行部分独立的操作。 ●“分布式的”意味着计算的成本或性能取决于数据和控制的通信。 如果一个系统的部件局限在一个地方，它就是集中式的；如果它的部件在不同地方，部件之间要么不存在或仅存在有限的合作，要么存在紧密的合作，它是分散式的。当一个分散式系统不存在或仅存在有限的合作时，它就被称作网络的；否则它就被称作分布式的，表示在不同地方的部件之间存在紧密的合作。在给出分布式系统具体定义的模型中，分布式系统可以用硬件、控制、数据这三个
第三章 分布式控制系统中的网络
§3.1 概 述
一个网络至少包括以下几部分: 一个网络至少包括以下几部分
(1) 若干个通信设备 (2) 通信子网,由连接这些节点的通信链路组成 通信子网 由连接这些节点的通信链路组成 (3) 协议 为在通信节点之间的通信使用 协议,
工业数据通信网络: 工业数据通信网络
包括DCS网络和设备现场总线 用于传输控制数据 网络和设备现场总线, 控制子网 --- 包括 网络和设备现场总线 用于传输控制数据, 要求实时、可靠 要求实时、 传输企业内部信息和共享资源， 信息子网 --- 传输企业内部信息和共享资源，非实时数据的监视和 生产销售管理
§3.2 网络控制方式
通信模式： 通信模式：
（1）主从模式 通信由主站发起 从站之间不能直接通信 ）主从模式: 通信由主站发起, （2）对等模式 依靠令牌或某种仲裁机制获得一定时限 ）对等模式: 的总线控制权 （3）混合模式 主从对等同时存在 ）混合模式:
对话模式： 对话模式：
（1）轮询模式 ） （2）例外报告模式 ） （3）客户 服务器模式 ）客户/服务器模式 （4）生产者 消费者模式 ）生产者/消费者模式
一、环形结构中的控制方式
1、令牌（Token）控制方式 分散控制 、令牌（ 分散控制) ）控制方式(分散控制
ACK 标 志 目的 地址 源地 址 控制 信息 有效 信息 出错检 测码 肯定 回答 令牌 Token
源节点发出一帧非空信息，绕环传递（使令牌非空），达到目的 源节点发出一帧非空信息，绕环传递（使令牌非空），达到目的 ）， 节点后将有效信息复制下来， 节点后将有效信息复制下来，使ACK=1，此帧信息返回源节点。 ，此帧信息返回源节点。 根据ACK=1移走全部信息，并将令牌置空，下一节点即可用此令 根据 移走全部信息，并将令牌置空， 移走全部信息 牌。 按一定顺序在各站点之间传递令牌，谁得到令牌谁有权发送数据。 按一定顺序在各站点之间传递令牌，谁得到令牌谁有权发送数据。
计算机新技术讲座报告 ——分布式系统设计概述 摘要：计算机诞生60多年以来，计算机技术发生了一系列伟大的革命，随着人们对计算速度、系统可靠性和成本实效性等要求的不断提高，传统的冯·诺依曼型结构已经无法满足上述的要求，而随着计算机网络的出现，分布式系统成为可能并得到飞速发展和应用。本文从分布式系统定义、特性、拓扑结构、算法和应用等方面详细介绍了分布式系统，并通过与计算机网络的比较更深刻地阐述了分布式系统的特点。 关键字：分布式系统网络云计算 一、前言 自1946年第一台计算机ENIAC诞生，60多年来，计算机技术取得了飞速的发展。50年代，计算机是串行处理机，一次运行一个作业直至完成。这些处理机通过一个操作员从控制台操纵，而对于普通用户则是不可访问的。在60年代，需求相似的作业作为一个组以批处理的方式通过计算机运行以减少计算机的空闲时间。同一时期还提出了其他一些技术，如利用缓冲、假脱机和多道程序等的脱机处理。70年代产生了分时系统，不仅作为提高计算机利用率的手段，也使用户离计算机更近了。分时是迈向分布式系统的第一步：用户可以在不同的地点共享并访问资源。从80年代中期开始，计算机技术领域中两方面的进步开始使得多台计算机连接成为可能。第一项进步是高性能微处理器的开发，第二项进步是高速计算机网络的发明。有了以上这些技术的使用，到了90年代，分布式系统迎来了它发展的春天。当用户需要完成任何任务时，分布式计算提供对尽可能多的计算机能力和数据的透明访问，同时实现高性能与高可靠性的目标。在过去10多年里，无数研究人员都在研究分布式硬件结构和软件设计来开发利用其潜在的并行性和容错性。 二、分布式系统定义 分布式系统是若干独立计算机的集合，这些计算机对于用户来说就像是单个相关系统。这包含了两方面的内容。第一个方面是关于硬件的：机器本身是独立的。第二个方面是关于软件的：对用户来说他们就想在于单个系统打交道。 如果一个系统的部件局限在一个地方，它就是集中式的；如果它的部件在不同地方，部件之间要么不存在或仅存在有限的合作，要么存在紧密的合作，它是分散式的。当一个分散式系统不存在或仅存在有限的合作时，它就被称作网络的；否则它就被称作分布式的，表示在不同地方的部件之间存在紧密的合作。在给出分布式系统具体定义的模型中，分布式系统可以用硬件、控制、数据这三个维度加以检验。 有人用一个公式来形容分布式系统，分布式系统=分布式硬件+分布式控制+分布式数据，这是最恰当的概括。 从狭义上分析，分布式计算就是在两个或多个软件互相共享信息，这些软件既可以在同一台计算机上运行，也可以在通过网络连接起来的多台计算机上运行。从广义上讲，它研究