并行計算和分布式計算的區(qū)別和聯(lián)系

　　一、什么是并行計算

　　并行計算或稱平行計算是相對于串行計算來說的。所謂并行計算可分為時間上的并行和空間上的并行。 時間上的并行就是指流水線技術(shù)，而空間上的并行則是指用多個處理器并發(fā)的執(zhí)行計算。

　　并行計算（Parallel Computing）是指同時使用多種計算資源解決計算問題的過程。為執(zhí)行并行計算，計算資源應(yīng)包括一臺配有多處理機(jī)（并行處理）的計算機(jī)、一個與網(wǎng)絡(luò)相連的計算機(jī)專有編號，或者兩者結(jié)合使用。并行計算的主要目的是快速解決大型且復(fù)雜的計算問題。

　　并行計算具備3個基本條件：

　　（1）并行計算機(jī)。并行計算機(jī)至少包含兩臺或兩臺以上處理機(jī)，這此處理機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相互連接，相互通信。

　　（2）應(yīng)用問題必須具有并行度。也就是說，應(yīng)用可以分解為多個子任務(wù)，這些子任務(wù)可以并行地執(zhí)行。將一個應(yīng)用分解為多個子任務(wù)的過程，稱為并行算法的設(shè)計。

　?。?）并行編程。在并行計算機(jī)提供的并行編程環(huán)境上，具體實現(xiàn)并行算法，編制并行程序并運(yùn)行該程序，從而達(dá)到并行求解應(yīng)用問題的目的。

　　并行計算特征：

　?。?）將工作分離成離散部分，有助于同時解決；

　?。?）隨時并及時地執(zhí)行多個程序指令；

　?。?）多計算資源下解決問題的耗時要少于單個計算資源下的耗時。

　　二、什么是分布式計算

　　所謂分布式計算就是在兩個或多個軟件互相共享信息，這些軟件既可以在同一臺計算機(jī)上運(yùn)行，也可以在通過網(wǎng)絡(luò)連接起來的多臺計算機(jī)上運(yùn)行。

　　分布式計算優(yōu)點：

　　1、稀有資源可以共享。

　　2、通過分布式計算可以在多臺計算機(jī)上平衡計算負(fù)載。

　　3、可以把程序放在最適合運(yùn)行它的計算機(jī)上。其中，共享稀有資源和平衡負(fù)載是計算機(jī)分布式計算的核心思想之一。

　　分布式計算的基本原理：

　　我們先看一下分布式的最簡模型：

　　在傳統(tǒng)的方法中，調(diào)用一個對象的函數(shù)很簡單：創(chuàng)建這個對象，然后調(diào)用它的函數(shù)就行了。而在分布式的環(huán)境中，對象在另外一個進(jìn)程中，完全在不同的地址空間里，要調(diào)用它的函數(shù)可能有點困難了。

　　看看傳統(tǒng)的C/S模型的請求方式，客戶端把參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)參數(shù)要求完成相應(yīng)的服務(wù)，然后把結(jié)果返回給客戶端，客戶端拿到結(jié)果了，一次請求算完成。由此看來，調(diào)用遠(yuǎn)程對象似乎并不難，問題在于這種方式不是網(wǎng)絡(luò)透明的，每一個細(xì)節(jié)你都要自己處理，非常復(fù)雜。

　　要簡化軟件的設(shè)計，當(dāng)然是網(wǎng)絡(luò)操作透明化，調(diào)用者和實現(xiàn)者都無需關(guān)心網(wǎng)絡(luò)操作。要做到這一點，我們可以按下列方法：

　　在客戶端要引入一個代理（Proxy）對象。它全權(quán)代理實際對象，調(diào)用者甚至都不知道它是一個代理，可以像調(diào)用本地對象一樣調(diào)用這個對象。當(dāng)調(diào)用者調(diào)用Proxy的函數(shù)時，Proxy并不做實際的操作，而是把這些參數(shù)打包成一個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并把這個數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器。

　　在服務(wù)器引入一個樁（Stub）對象，Stub收到Proxy發(fā)送的數(shù)據(jù)包之后，把數(shù)據(jù)包解開，重新組織為參數(shù)列表，并用這些參數(shù)就調(diào)用實際對象的函數(shù)。實際對象執(zhí)行相關(guān)操作，把結(jié)果返回給Stub，Stub再把結(jié)果打包成一個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并把這個數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給客戶端的Proxy。

　　Proxy收到結(jié)果數(shù)據(jù)包后，把數(shù)據(jù)包解開為返回值，返回給調(diào)用者。至此，整個操作完成了。怎么樣，簡化吧。

　　Proxy隱藏了客戶端的網(wǎng)絡(luò)操作，Stub隱藏了服務(wù)器端的網(wǎng)絡(luò)操作，這就實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)透明化。你也許會說，根本沒有簡化，只是把網(wǎng)絡(luò)操作隔離開了，仍然要去實現(xiàn)Proxy和Stub兩個對象，一樣的麻煩。

　　沒錯。不過仔細(xì)研究一下Proxy和Stub的功能，我們會發(fā)現(xiàn)，對于不同對象，這些操作都差不多，無非就是打包和解包而已，單調(diào)重復(fù)。單調(diào)重復(fù)的東西必然有規(guī)律可循，有規(guī)律可循就可以用代碼產(chǎn)生器自動產(chǎn)生代碼。

　　像DCOM和CORBA等也確實是這樣做的，先用IDL語言描述出對象的接口，然后用IDL編譯器自動產(chǎn)生Proxy和Stub代碼，整個過程完全不需要開發(fā)人員操心。

　　打包和解包的專業(yè)術(shù)語叫做marshal和unmarshal，中文常用翻譯為列集和散集。不過這兩個詞太專業(yè)了，翻譯成中文之后更加讓人不知所云。我想還是用打包和解包兩個詞更通俗一點。

　　在以上模型中，調(diào)用對象的方法，確實做到了網(wǎng)絡(luò)透明化。讀者可以會問，我要訪問對象的屬性怎么辦呢？對象的屬性就是變量，變量就一塊內(nèi)存區(qū)域，內(nèi)存區(qū)域在不同的進(jìn)程里完全是獨立的，這看起來確實是一個問題。還記得很多關(guān)于軟件設(shè)計書籍里面講過的嗎：不要暴露對象屬性，調(diào)用者若要訪問對象的屬性，通過get/set方法去訪問。這樣不行了嗎，對屬性的訪問轉(zhuǎn)換為對對象方法的調(diào)用。

　　OK，調(diào)用對象的方法和訪問對象的屬性都解決了。還有重要的一點，如何創(chuàng)建對象呢。因為實際的對象并不固定在某臺機(jī)器上，它的位置可能是動態(tài)的。甚至Proxy本身也不知道Stub運(yùn)行在哪里。如果要讓調(diào)用者來指定，創(chuàng)建對象的過程仍未達(dá)到網(wǎng)絡(luò)透明化。通常的做法是引入一個第三方中介，這個第三方中介是固定的，可以通過一定的方法找到它。第三方中介負(fù)責(zé)在客戶端的Proxy和服務(wù)器的Stub之間穿針引線。第三方中介通常有兩種：一種是只負(fù)責(zé)幫客戶端找到服務(wù)器，之后客戶端與服務(wù)器直接通信。另外一種就是不但負(fù)責(zé)找到服務(wù)器，而且負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)所有的請求。

　　以上的模型仍然不完整，因為現(xiàn)實中的對象并不是一直處理于被動的地位。而是在一定的條件下，會主動觸發(fā)一些事件，并把這些事件上報給調(diào)用者。也就是說這是一個雙向的動作，單純的C/S模型無法滿足要求，而要采用P2P的方式。原先的客戶端同時作為一個服務(wù)器存，接受來自己服務(wù)器的請求。像COM里就是這樣做的，客戶端要注冊對象的事件，就要實現(xiàn)一個IDispatch接口，給對象反過來調(diào)用。

　　自己實現(xiàn)時還要考慮以下幾點：

　　1.傳輸抽象層。分布可能是跨進(jìn)程也可能是跨機(jī)器。在不同的情況下，采用不同的通信方式，性能會有所不同。做一個傳輸抽象層，在不同的情況下，可選用不同的傳輸方式，是一種好的設(shè)計。

　　2.文本還是二進(jìn)制。把數(shù)據(jù)打包成文本還是二進(jìn)制？打包成文本的好處是，可移植性好，由于人也可以看懂，調(diào)試方便。壞處是速度稍慢，打包后的數(shù)據(jù)大小會明顯變大。采用二進(jìn)制的好處是，速度快，打包后的數(shù)據(jù)大小與打包前相差不大。壞處是不易調(diào)試，可移植性較差。

　　3.字節(jié)順序和字節(jié)對齊。若采用二進(jìn)制方式傳輸，可移植性是個問題。因為不同的機(jī)器上，字節(jié)順序和字節(jié)對齊的方式都有些差異，在數(shù)據(jù)包中要加入這些說明，以提高可移植性。

　　三、并行計算和分布式計算的區(qū)別聯(lián)系

　　1、應(yīng)用的場合和解決的問題不一樣。分布式計算比較傾向于在計算尋找模式的東西，窮舉暴力之類的計算。分布式的計算被分解后的小任務(wù)互相之間有獨立性，節(jié)點之間的結(jié)果幾乎不互相影響，實時性要求不高。而并行計算則比較傾向于一些海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的場合，每個節(jié)點的每一個任務(wù)塊都是必要的，計算的結(jié)果相互影響，要求每個節(jié)點的計算結(jié)果要絕對正確，并且在時間上做到同步。舉例來說，像MD5破解，就比較適合使用大規(guī)模的分布式計算來窮舉，但對海量日志數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來分析用戶行為就比較適合并行計算處理。

　　2、實現(xiàn)方式區(qū)別比較大。分布式計算會是一個比較松散的結(jié)構(gòu)，并行計算則是各節(jié)點之間通過高速網(wǎng)絡(luò)或其它總線之類的東西連接。因此并行計算一般在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行，而分布式計算可能會跨越局域網(wǎng)，或者直接部署在互聯(lián)網(wǎng)上，節(jié)點之間幾乎不互相通信。很多公益性的項目，就是的使用分布式計算的方式在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)，比如以尋找外星人為目的的SETI項目。