電子職稱論文刊發(fā)淺析分布式系統(tǒng)的應(yīng)用

來源：職稱那點(diǎn)事作者：afeng時(shí)間：2015-06-15 16:01

　　本篇文章是由《信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化》發(fā)表的一篇電子論文，(月刊)創(chuàng)刊于1959年，由中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部主管、中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所主辦，中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)、全國(guó)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)協(xié)辦，是面向產(chǎn)業(yè)、面向市場(chǎng)、面向信息化建設(shè)，集基礎(chǔ)性、實(shí)用性和先導(dǎo)性于一體的綜合性技術(shù)刊物。榮獲信息產(chǎn)業(yè)部電子工業(yè)優(yōu)秀期刊出版質(zhì)量獎(jiǎng)(97-98)、信息產(chǎn)業(yè)部電子科技期刊出版質(zhì)量獎(jiǎng)(03-04)。

　　【摘要】隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，分布式計(jì)算成為可能。當(dāng)用戶需要完成任何任務(wù)時(shí)，分布式計(jì)算提供對(duì)盡可能多的計(jì)算機(jī)能力和數(shù)據(jù)的透明訪問，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性能與高可靠性的目標(biāo)。文章針對(duì)分布式系統(tǒng)的定義、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)以及在如何構(gòu)建基于志愿者計(jì)算的分布式系統(tǒng)上，給出了觀點(diǎn)，并進(jìn)行了分析。

　　【關(guān)鍵詞】分布式系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)：志愿者計(jì)算

　　一、前言

　　在20世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)是串行處理機(jī)，一次運(yùn)行一個(gè)作業(yè)直至完成。這些處理機(jī)通過一個(gè)操作員從控制臺(tái)操縱，而對(duì)于普通用戶則是不可訪問的。在60年代，需求相似的作業(yè)作為一個(gè)組以批處理的方式通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行以減少計(jì)算機(jī)的空閑時(shí)間。同一時(shí)期還提出了其他一些技術(shù)，如利用緩沖、假脫機(jī)和多道程序等的脫機(jī)處理。70年代產(chǎn)生了分時(shí)系統(tǒng)，不僅作為提高計(jì)算機(jī)利用率的手段，也使用戶離計(jì)算機(jī)更近了。分時(shí)是邁向分布式系統(tǒng)的第一步：用戶可以在不同的地點(diǎn)共享并訪問資源。80年代是個(gè)人計(jì)算的10年;人們有了他們自己專用的機(jī)器。

　　隨著基于微處理器的系統(tǒng)所提供的出色的性能/價(jià)格比和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的穩(wěn)步提高，一個(gè)新的夢(mèng)想成為可能一分布式計(jì)算。當(dāng)用戶需要完成任何任務(wù)時(shí)，分布式計(jì)算提供對(duì)盡可能多的計(jì)算機(jī)能力和數(shù)據(jù)的透明訪問，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性能與高可靠性的目標(biāo)。在過去的10年里，人們對(duì)分布式計(jì)算系統(tǒng)的興趣迅猛發(fā)展。有關(guān)分布式計(jì)算的主題是多種多樣的，許多研究人員正在研究關(guān)于分布式硬件結(jié)構(gòu)和分布式軟件設(shè)計(jì)的各方面問題以開發(fā)利用其潛在的并行性和容錯(cuò)性。

　　二、分布式系統(tǒng)定義

　　當(dāng)討論分布式系統(tǒng)時(shí)，我們面臨許多以下這些形容詞所描述的不同類型：分布式的、網(wǎng)絡(luò)的、并行的、并發(fā)的和分散的。分布式處理是一個(gè)相對(duì)較新的領(lǐng)域，所以還沒有一致的定義。與順序計(jì)算相比、并行的、并發(fā)的和分布式的計(jì)算包括多個(gè)PE間的集體協(xié)同動(dòng)作。這些術(shù)語在范圍上相互覆蓋，有時(shí)也交換使用。

　　●“并行的”意味著從一個(gè)單一控制線程對(duì)數(shù)據(jù)集的鎖步(10ckstep)動(dòng)作。在并行計(jì)算機(jī)級(jí)別上，單指令流多數(shù)據(jù)流(slMD)計(jì)算機(jī)就是一個(gè)使用多個(gè)數(shù)據(jù)處理單元在許多數(shù)據(jù)項(xiàng)上同時(shí)進(jìn)行相同或相似操作的例子。

　　●“并發(fā)的”意味著某些動(dòng)作可以以任意次序執(zhí)行。例如，在更高級(jí)別上和在多指令流多數(shù)據(jù)流(MIMD)并行計(jì)算機(jī)上進(jìn)行部分獨(dú)立的操作。

　　●“分布式的”意味著計(jì)算的成本或性能取決于數(shù)據(jù)和控制的通信。

　　如果一個(gè)系統(tǒng)的部件局限在一個(gè)地方，它就是集中式的;如果它的部件在不同地方，部件之間要么不存在或僅存在有限的合作，要么存在緊密的合作，它是分散式的。當(dāng)一個(gè)分散式系統(tǒng)不存在或僅存在有限的合作時(shí)，它就被稱作網(wǎng)絡(luò)的;否則它就被稱作分布式的，表示在不同地方的部件之間存在緊密的合作。在給出分布式系統(tǒng)具體定義的模型中，分布式系統(tǒng)可以用硬件、控制、數(shù)據(jù)這三個(gè)維度加以檢驗(yàn)。

　　分布式系統(tǒng)一分布式硬件+分布式控制+分布式數(shù)據(jù)

　　三、分布式系統(tǒng)應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)

　　分布式系統(tǒng)被用在許多不同類型的應(yīng)用中。以下我們列出了一些應(yīng)用。對(duì)這些應(yīng)用而言，使用分布式系統(tǒng)要比其他體系結(jié)構(gòu)如單處理機(jī)和共享存儲(chǔ)器多處理機(jī)更優(yōu)越：

　　●并行和高性能應(yīng)用。原則上，并行應(yīng)用也可以在共享存儲(chǔ)器多處理機(jī)上運(yùn)行，但共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)不能很好地?cái)U(kuò)大規(guī)模以包括大量的處理機(jī)。HPCC(高性能計(jì)算和通信)應(yīng)用一般需要一個(gè)可伸縮的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)取決于分布式處理。

　　●容錯(cuò)應(yīng)用。因?yàn)槊總€(gè)PE是自治的，所以分布式系統(tǒng)更加可靠。一個(gè)單元或資源(軟件或硬件)的故障不影響其他資源的正常功能。

　　●固有的分布式應(yīng)用。許多應(yīng)用是固有分布式的。這些應(yīng)用是突發(fā)模式(burstmode)而非批量模式(bulk mode)。這方面的實(shí)例有事務(wù)處理和Internet Java小程序。這些應(yīng)用的性能取決于吞吐量(事務(wù)響應(yīng)時(shí)間或每秒完成的事務(wù)數(shù))而不是一般多處理機(jī)所用的執(zhí)行時(shí)間。

　　對(duì)于一組用戶而言，分布式系統(tǒng)有一個(gè)特別的應(yīng)用稱為計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作(computer supported cooperativeworking，CSCW)或群件(groupware)，支持用戶協(xié)同工作。另一個(gè)應(yīng)用是分布式會(huì)議，即通過物理的分布式網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電子會(huì)議。同樣，多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)也是一個(gè)類似的應(yīng)用。

　　由于在不同的平臺(tái)上如：PC、工作站、局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上可獲得非常多樣的應(yīng)用，用戶希望能超出他們PC的限制以獲得更廣泛的特性、功能和性能。不同網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境(包括分布式系統(tǒng)環(huán)境)下的互操作性變得越來越重要。為了達(dá)到互操作性，用戶需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的分布式計(jì)算環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境里，所有系統(tǒng)和資源都可用。

　　DCE(分布式計(jì)算環(huán)境)是OSF(開放系統(tǒng)基金會(huì))開發(fā)的分布式計(jì)算技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)集。它提供保護(hù)和控制對(duì)數(shù)據(jù)訪問的安全服務(wù)、容易尋找分布式資源的名字服務(wù)、以及高度可伸縮的模型用于組織極為分散的用戶、服務(wù)和數(shù)據(jù)。DCE可在所有主要的計(jì)算平臺(tái)上運(yùn)行，并設(shè)計(jì)成支持異型硬件和軟件環(huán)境下的分布式應(yīng)用。

　　DCE已經(jīng)被包括TRANSVARL在內(nèi)的一些廠商實(shí)現(xiàn)。TRANSVARL是最早的多廠商組(multi-vendor team)的成員之一，它提出的建議已成為DC E體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。在中可以找到利用DCE開發(fā)分布式應(yīng)用的指南。具有標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議的系統(tǒng)也叫做開放系統(tǒng)。

　　一些其它標(biāo)準(zhǔn)基于一個(gè)特別的模型，比如CORBA(公用對(duì)象請(qǐng)求代理程序體系結(jié)構(gòu))，它是由OMG(對(duì)象管理組)和多計(jì)算機(jī)廠商聯(lián)盟開發(fā)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。CORBA使用面向?qū)ο竽Ｐ蛯?shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)中的透明服務(wù)請(qǐng)求。工業(yè)界有自己的標(biāo)準(zhǔn)，比如微軟的分布式構(gòu)件對(duì)象模型(DCOM)和Sun Microsystem公司的JavaBeans。

　　四、基于志愿者計(jì)算的分布式系統(tǒng)的應(yīng)用

　　大規(guī)模計(jì)算資源共享是網(wǎng)格計(jì)算和其它基于Internet的計(jì)算模式的首要目標(biāo)之一。志愿者計(jì)算模型作為計(jì)算網(wǎng)格的一個(gè)重要分支，近年來在工程和科學(xué)計(jì)算中顯示出越來越重要的作用。志愿者計(jì)算環(huán)境具有價(jià)格低廉、容易構(gòu)建、高性能等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有的計(jì)算平臺(tái)包括SETI@home，BOINC。HowU，Paradropper，XtremWeb，JNGI，P3等都是基于志愿者計(jì)算模式，這些系統(tǒng)利用連接在Internet上的計(jì)算資源(Pc、集群等)執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，當(dāng)這些資源處于空閑狀態(tài)時(shí)，就啟動(dòng)屏保程序主動(dòng)連接服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)下載應(yīng)用子程序和其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件到本地執(zhí)行。子任務(wù)計(jì)算完后，它們把計(jì)算臨時(shí)結(jié)果返回給服務(wù)器，服務(wù)器最后把這些臨時(shí)結(jié)果進(jìn)行匯總來完成整個(gè)計(jì)算。執(zhí)行子任務(wù)的機(jī)器稱為志愿者，志愿者越多，計(jì)算能力越強(qiáng)。志愿者計(jì)算如今已被應(yīng)用于高能物理、分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、天體物理學(xué)、氣象研究等諸多領(lǐng)域。

　　五、結(jié)論

　　相信隨著技術(shù)的發(fā)展，基于志愿者計(jì)算的分布式系統(tǒng)將會(huì)在越來越多的領(lǐng)域得到進(jìn)一步的應(yīng)用，從而提高服務(wù)器處理任務(wù)的能力，進(jìn)一步提高分布式作業(yè)系統(tǒng)的性能。