分布式

分布式簡介

　　分布式系統(tǒng)（distributed system）是建立在網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)。正是因為軟件的特性，所以分布式系統(tǒng)具有高度的內(nèi)聚性和透明性。因此，網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)之間的區(qū)別更多的在于高層軟件（特別是操作系統(tǒng)），而不是硬件。內(nèi)聚性是指每一個數(shù)據(jù)庫分布節(jié)點高度自治，有本地的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。透明性是指每一個數(shù)據(jù)庫分布節(jié)點對用戶的應(yīng)用來說都是透明的，看不出是本地還是遠程。在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，用戶感覺不到數(shù)據(jù)是分布的，即用戶不須知道關(guān)系是否分割、有無副本、數(shù)據(jù)存于哪個站點以及事務(wù)在哪個站點上執(zhí)行等。

　　在一個分布式系統(tǒng)中，一組獨立的計算機展現(xiàn)給用戶的是一個統(tǒng)一的整體，就好像是一個系統(tǒng)似的。系統(tǒng)擁有多種通用的物理和邏輯資源，可以動態(tài)的分配任務(wù)，分散的物理和邏輯資源通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息交換。系統(tǒng)中存在一個以全局的方式管理計算機資源的分布式操作系統(tǒng)。通常，對用戶來說，分布式系統(tǒng)只有一個模型或范型。在操作系統(tǒng)之上有一層軟件中間件（middleware）負責(zé)實現(xiàn)這個模型。一個著名的分布式系統(tǒng)的例子是萬維網(wǎng)（World Wide Web），在萬維網(wǎng)中，所有的一切看起來就好像是一個文檔（Web頁面）一樣。

分布式百科

　　分布式系統(tǒng)（distributed system）是建立在網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)。正是因為軟件的特性，所以分布式系統(tǒng)具有高度的內(nèi)聚性和透明性。因此，網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)之間的區(qū)別更多的在于高層軟件（特別是操作系統(tǒng)），而不是硬件。內(nèi)聚性是指每一個數(shù)據(jù)庫分布節(jié)點高度自治，有本地的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。透明性是指每一個數(shù)據(jù)庫分布節(jié)點對用戶的應(yīng)用來說都是透明的，看不出是本地還是遠程。在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，用戶感覺不到數(shù)據(jù)是分布的，即用戶不須知道關(guān)系是否分割、有無副本、數(shù)據(jù)存于哪個站點以及事務(wù)在哪個站點上執(zhí)行等。

　　在一個分布式系統(tǒng)中，一組獨立的計算機展現(xiàn)給用戶的是一個統(tǒng)一的整體，就好像是一個系統(tǒng)似的。系統(tǒng)擁有多種通用的物理和邏輯資源，可以動態(tài)的分配任務(wù)，分散的物理和邏輯資源通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息交換。系統(tǒng)中存在一個以全局的方式管理計算機資源的分布式操作系統(tǒng)。通常，對用戶來說，分布式系統(tǒng)只有一個模型或范型。在操作系統(tǒng)之上有一層軟件中間件（middleware）負責(zé)實現(xiàn)這個模型。一個著名的分布式系統(tǒng)的例子是萬維網(wǎng)（World Wide Web），在萬維網(wǎng)中，所有的一切看起來就好像是一個文檔（Web頁面）一樣。

　　在計算機網(wǎng)絡(luò)中，這種統(tǒng)一性、模型以及其中的軟件都不存在。用戶看到的是實際的機器，計算機網(wǎng)絡(luò)并沒有使這些機器看起來是統(tǒng)一的。如果這些機器有不同的硬件或者不同的操作系統(tǒng)，那么，這些差異對于用戶來說都是完全可見的。如果一個用戶希望在一臺遠程機器上運行一個程序，那么，他必須登陸到遠程機器上，然后在那臺機器上運行該程序。

　　分布式系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的共同點是：多數(shù)分布式系統(tǒng)是建立在計算機網(wǎng)絡(luò)之上的，所以分布式系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡(luò)在物理結(jié)構(gòu)上是基本相同的。

　　他們的區(qū)別在于：分布式操作系統(tǒng)的設(shè)計思想和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是不同的，這決定了他們在結(jié)構(gòu)、工作方式和功能上也不同。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)用戶在使用網(wǎng)絡(luò)資源時首先必須了解網(wǎng)絡(luò)資源，網(wǎng)絡(luò)用戶必須知道網(wǎng)絡(luò)中各個計算機的功能與配置、軟件資源、網(wǎng)絡(luò)文件結(jié)構(gòu)等情況，在網(wǎng)絡(luò)中如果用戶要讀一個共享文件時，用戶必須知道這個文件放在哪一臺計算機的哪一個目錄下；分布式操作系統(tǒng)是以全局方式管理系統(tǒng)資源的，它可以為用戶任意調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，并且調(diào)度過程是“透明”的。當用戶提交一個作業(yè)時，分布式操作系統(tǒng)能夠根據(jù)需要在系統(tǒng)中選擇最合適的處理器，將用戶的作業(yè)提交到該處理程序，在處理器完成作業(yè)后，將結(jié)果傳給用戶。在這個過程中，用戶并不會意識到有多個處理器的存在，這個系統(tǒng)就像是一個處理器一樣。

　　分布式與集群的區(qū)別

　　集群是個物理形態(tài)，分布式是個工作方式。

　　只要是一堆機器，就可以叫集群，他們是不是一起協(xié)作著干活，這個誰也不知道；一個程序或系統(tǒng)，只要運行在不同的機器上，就可以叫分布式，嗯，C/S架構(gòu)也可以叫分布式。

　　集群一般是物理集中、統(tǒng)一管理的，而分布式系統(tǒng)則不強調(diào)這一點。

　　所以，集群可能運行著一個或多個分布式系統(tǒng)，也可能根本沒有運行分布式系統(tǒng)；分布式系統(tǒng)可能運行在一個集群上，也可能運行在不屬于一個集群的多臺（2臺也算多臺）機器上。

　　分布式系統(tǒng)的優(yōu)點

　　分布式系統(tǒng)與集中式系統(tǒng)相比較而言的優(yōu)點

　　系統(tǒng)傾向于分布式發(fā)展潮流的真正驅(qū)動力是經(jīng)濟。25年前，計算機權(quán)威和評論家Herb Grosch指出CPU的計算能力與它的價格的平方成正比，后來成為Grosch定理。也就是說如果你付出兩倍的價錢，就能獲得四倍的性能。這一論斷與當時的大型機技術(shù)非常吻合，因而使得許多機構(gòu)都盡其所能購買最大的單個大型機。

　　隨著微處理機技術(shù)的發(fā)展，Grosch定理不再適用了。到了二十一世紀初期，人們只需花幾百美元就能買到一個CPU芯片，這個芯片每秒鐘執(zhí)行的指令比80年代最大的大型機的處理機每秒鐘所執(zhí)行的指令還多。如果你愿意付出兩倍的價錢，將得到同樣的CPU，但它卻以更高的時鐘速率運行。因此，最節(jié)約成本的辦法通常是在一個系統(tǒng)中使用集中在一起的大量的廉價CPU。所以，傾向于分布式系統(tǒng)的主要原因是它可以潛在地得到比單個的大型集中式系統(tǒng)好得多的性價比。實際上，分布式系統(tǒng)是通過較低廉的價格來實現(xiàn)相似的性能的。

　　與這一觀點稍有不同的是，我們發(fā)現(xiàn)微處理機的集合不僅能產(chǎn)生比單個大型主機更好的性能價格比，而且還能產(chǎn)生單個大型主機無論如何都不能達到的絕對性能。例如，按二十一世初期的技術(shù)，我們能夠用10，000個現(xiàn)代CPU芯片組成一個系統(tǒng)，每個CPU芯片以50 MIPS（每秒百萬指令）的速率運行，那么整個系統(tǒng)的性能就是500，000 MIPS。而如果單個處理機（即CPU）要達到這一性能，就必需在2×10-12 秒（2 微微秒，0.002納秒）的時間內(nèi)執(zhí)行一條指令，然而沒有一個現(xiàn)存的計算機能接近這個速度，從理論上和工程上考慮都認為能達到這一要求的計算機都是不可能存在的。理論上，愛因斯坦的相對論指出光的傳播速度最快，它能在2 微微秒內(nèi)傳播0.6毫米。實際上，一個包含于邊長為0.6 毫米大小的立方體內(nèi)的具有上面所說的計算速度的計算機產(chǎn)生大量的熱量就能將它自己立即熔掉。所以，無論是要以低價格獲得普通的性能還是要以較高的價格獲得極高的性能，分布式系統(tǒng)都能夠滿足。

　　另一方面，一些作者對分布式系統(tǒng)和并行系統(tǒng)進行了區(qū)分。他們認為分布式系統(tǒng)是設(shè)計用來允許眾多用戶一起工作的，而并行系統(tǒng)的唯一目標就是以最快的速度完成一個任務(wù)，就像我們的速度為500，000 MIPS的計算機那樣。我們認為，上述的區(qū)別是難以成立的，因為實際上這兩個設(shè)計領(lǐng)域是統(tǒng)一的。我們更愿意在最廣泛的意義上使用“分布式系統(tǒng)”一詞來表示任何一個有多個互連的CPU協(xié)同工作的系統(tǒng)。

　　建立分布式系統(tǒng)的另一原因在于一些應(yīng)用本身是分布式的。一個超級市場連鎖店可能有許多分店，每個商店都需要采購當?shù)厣a(chǎn)的商品（可能來自本地的農(nóng)場）、進行本地銷售，或者要對本地的哪些蔬菜因時間太長或已經(jīng)腐爛而必須扔掉作出決定。因此，每個商店的本地計算機能明了存貨清單是有意義的，而不是集中于公司總部。畢竟，大多數(shù)查詢和更新都是在本地進行的。然而，連鎖超級市場的高層管理者也會不時地想要了解他們還有多少甘藍。實現(xiàn)這一目標的一種途徑就是將整個系統(tǒng)建設(shè)成對于應(yīng)用程序來說就像一臺計算機一樣，但是在實現(xiàn)上它是分布的，像我們前面所描述的一個商店有一臺機器。這就是一個商業(yè)分布式系統(tǒng)。

　　另一種固有的分布式系統(tǒng)是通常被稱為計算機支持下的協(xié)同工作系統(tǒng)（CSCW，Computer Supported Cooperative Work）。在這個系統(tǒng)中，一組相互之間在物理上距離較遠的人員可以一起進行工作，例如，寫出同一份報告。就計算機工業(yè)的長期發(fā)展趨勢來說，人們可以很容易的想像出一個全新領(lǐng)域--計算機支持的協(xié)同游戲（CSCG：Computer Supported Cooperative Games）。在這個游戲中，不在同一地方的游戲者可以實時的玩游戲。你可以想像，在一個多維迷宮中玩電子捉迷藏，甚至是一起玩一場電子空戰(zhàn)，每個人操縱自己的本地飛行模擬器去試著擊落別的游戲者，每個游戲者的屏幕上都顯示出其飛機外的情況，包括其它飛入它的視野的飛機。

　　同集中式系統(tǒng)相比較，分布式系統(tǒng)的另一個潛在的優(yōu)勢在于它的高可靠性。通過把工作負載分散到眾多的機器上，單個芯片故障最多只會使一臺機器停機，而其它機器不會受任何影響。理想條件下，某一時刻如果有5%的計算機出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將仍能繼續(xù)工作，只不過損失5%的性能。對于關(guān)鍵性的應(yīng)用，如核反應(yīng)堆或飛機的控制系統(tǒng)，采用分布式系統(tǒng)來實現(xiàn)主要是考慮到它可以獲得高可靠性。

　　最后，漸增式的增長方式也是分布式系統(tǒng)優(yōu)于集中式系統(tǒng)的一個潛在的重要的原因。通常，一個公司會買一臺大型主機來完成所有的工作。而當公司繁榮擴充、工作量就會增大，當其增大到某一程度時，這個主機就不能再勝任了。僅有的解決辦法是要么用更大型的機器（如果有的話）代替現(xiàn)有的大型主機，要么再增加一臺大型主機。這兩種作法都會引起公司運轉(zhuǎn)混亂。相比較之下，如果采用分布式系統(tǒng)，僅給系統(tǒng)增加一些處理機就可能解決這個問題，而且這也允許系統(tǒng)在需求增長的時候逐漸進行擴充。表1-1中總結(jié)了以上這些優(yōu)點。

　　從長遠的角度來看，主要的驅(qū)動力將是大量個人計算機的存在和人們共同工作與信息共享的需要，這種信息共享必需是以一種方便的形式進行的，而不受地理或人員、數(shù)據(jù)，機器的物理分布的影響。

　　分布式系統(tǒng)與獨立PC機相比較的優(yōu)點

　　既然使用微處理機是一種節(jié)省開支的辦法，那么為什么不給每個人一臺個人計算機，讓他們各自獨立地工作呢？一則，許多用戶需要共享數(shù)據(jù)。例如，機票預(yù)訂處的工作人員需要訪問存儲航班以及現(xiàn)有座位信息的主數(shù)據(jù)庫。假如給每個工作人員都備份整個數(shù)據(jù)庫，那么在實際中這是無法工作的，因為沒有人知道其他工作人員已經(jīng)賣出了哪些座位。共享的數(shù)據(jù)是上例和許多其它應(yīng)用的基礎(chǔ)，所以計算機間必須互連。而計算機互連就產(chǎn)生了分布式系統(tǒng)。

　　共享并不只是僅僅涉及數(shù)據(jù)。昂貴的外設(shè)，例如彩色激光打印機，照相排版機以及大型存儲設(shè)備（如自動光盤點唱機）都是共享資源。

　　把一組孤立的計算機連成一個分布式系統(tǒng)的第三個原因是它可以增強人與人之間的溝通，電子郵件比信件、電話和傳真有更多的誘人之處。它比信件快的多，不像電話需要兩人同時都在，也不像傳真，它所產(chǎn)生的文件可在計算機中進行編輯、重排和存儲，也可以由文本處理程序來處理。

　　最后，分布式系統(tǒng)可能比給每個用戶一個獨立的計算機更靈活。盡管一種可能的模式是給每個人一臺個人計算機并把它們通過LAN聯(lián)在一起，但這種方式并不是唯一的。另外還存在一種模式是將個人計算機和共享計算機混合連接在一起（這些機器的型號可能并不完全相同），使工作能夠在最合適的計算機上完成，而并不總是在自己的計算機上完成。這種方式可以使工作負荷能更有效地在計算機系統(tǒng)中進行分配。系統(tǒng)中某些計算機的失效也可以通過使其工作在其它計算機上進行而得到補償。

　　分布式系統(tǒng)的缺點

　　盡管分布式系統(tǒng)有許多優(yōu)點，但也有缺點。本節(jié)就將指出其中的一些缺點。我們前面已經(jīng)提到了最棘手的問題：軟件。就目前的最新技術(shù)發(fā)展水平，我們在設(shè)計、實現(xiàn)及使用分布式系統(tǒng)上都沒有太多的經(jīng)驗。什么樣的操作系統(tǒng)、程序設(shè)計語言和應(yīng)用適合這一系統(tǒng)呢？用戶對分布式系統(tǒng)中分布式處理又應(yīng)該了解多少呢？系統(tǒng)應(yīng)當做多少而用戶又應(yīng)當做多少呢？專家們的觀點不一（這并不是因為專家們與眾不同，而是因為對于分布式系統(tǒng)他們也很少涉及）。隨著更多的研究的進行，這些問題將會逐漸減少。但是我們不應(yīng)該低估這個問題。

　　第二個潛在的問題是通信網(wǎng)絡(luò)。由于它會損失信息，所以就需要專門的軟件進行恢復(fù)。同時，網(wǎng)絡(luò)還會產(chǎn)生過載。當網(wǎng)絡(luò)負載趨于飽和時，必須對它進行改造替換或加入另外一個網(wǎng)絡(luò)擴容。在這兩種情況下，一個或多個建筑中的某些部分必須花費很高的費用進行重新布線，或者更換網(wǎng)絡(luò)接口板（例如用光纖）。一旦系統(tǒng)依賴于網(wǎng)絡(luò)，那么網(wǎng)絡(luò)的信息丟失或飽和將會抵消我們通過建立分布式系統(tǒng)所獲得的大部分優(yōu)勢。

　　最后，上面我們作為優(yōu)點來描述的數(shù)據(jù)易于共享性也是具有兩面性的。如果人們能夠很方便地存取整個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，那么他們同樣也能很方便地存取與他們無關(guān)的數(shù)據(jù)。換句話說，我們經(jīng)常要考慮系統(tǒng)的安全性問題。通常，對必須絕對保密的數(shù)據(jù)，使用一個專用的、不與其它任何機器相連的孤立的個人計算機進行存儲的方法更可取。而且這個計算機被保存在一個上鎖的十分安全的房間中，與這臺計算相配套的所有軟盤都存放在這個房間中的一個保險箱中。分布式系統(tǒng)的缺點如表1-3所示。

　　項目描述

　　軟件分布式系統(tǒng)開發(fā)的軟件還很少

　　網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)可能飽和和引起其它的問題

　　安全容易造成對保密數(shù)據(jù)的訪問

　　表 1-3. 分布式系統(tǒng)的缺點

　　盡管存在這些潛在的問題，許多人還是認為分布式系統(tǒng)的優(yōu)點多于缺點，并且普遍認為分布式系統(tǒng)在未來幾年中會越來越重要。實際上，在幾年之內(nèi)許多機構(gòu)會將他們的大多數(shù)計算機連接到大型分布式系統(tǒng)中，為用戶提供更好、更廉價和更方便的服務(wù)。而在十年之后，中型或大型商業(yè)或其它機構(gòu)中可能將不再存在一臺孤立的計算機了。