分布式簡(jiǎn)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?yàn)檐浖奶匦裕苑植际较到y(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(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)分布節(jié)點(diǎn)高度自治，有本地的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。透明性是指每一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)分布節(jié)點(diǎn)對(duì)用戶的應(yīng)用來(lái)說都是透明的，看不出是本地還是遠(yuǎn)程。在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)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(wú)副本、數(shù)據(jù)存于哪個(gè)站點(diǎn)以及事務(wù)在哪個(gè)站點(diǎn)上執(zhí)行等。

　　在一個(gè)分布式系統(tǒng)中，一組獨(dú)立的計(jì)算機(jī)展現(xiàn)給用戶的是一個(gè)統(tǒng)一的整體，就好像是一個(gè)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(dòng)態(tài)的分配任務(wù)，分散的物理和邏輯資源通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換。系統(tǒng)中存在一個(gè)以全局的方式管理計(jì)算機(jī)資源的分布式操作系統(tǒng)。通常，對(duì)用戶來(lái)說，分布式系統(tǒng)只有一個(gè)模型或范型。在操作系統(tǒng)之上有一層軟件中間件（middleware）負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)這個(gè)模型。一個(gè)著名的分布式系統(tǒng)的例子是萬(wàn)維網(wǎng)（World Wide Web），在萬(wàn)維網(wǎng)中，所有的一切看起來(lái)就好像是一個(gè)文檔（Web頁(yè)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?yàn)檐浖奶匦?，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(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)分布節(jié)點(diǎn)高度自治，有本地的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。透明性是指每一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)分布節(jié)點(diǎn)對(duì)用戶的應(yīng)用來(lái)說都是透明的，看不出是本地還是遠(yuǎn)程。在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)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(wú)副本、數(shù)據(jù)存于哪個(gè)站點(diǎn)以及事務(wù)在哪個(gè)站點(diǎn)上執(zhí)行等。

　　在一個(gè)分布式系統(tǒng)中，一組獨(dú)立的計(jì)算機(jī)展現(xiàn)給用戶的是一個(gè)統(tǒng)一的整體，就好像是一個(gè)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(dòng)態(tài)的分配任務(wù)，分散的物理和邏輯資源通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換。系統(tǒng)中存在一個(gè)以全局的方式管理計(jì)算機(jī)資源的分布式操作系統(tǒng)。通常，對(duì)用戶來(lái)說，分布式系統(tǒng)只有一個(gè)模型或范型。在操作系統(tǒng)之上有一層軟件中間件（middleware）負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)這個(gè)模型。一個(gè)著名的分布式系統(tǒng)的例子是萬(wàn)維網(wǎng)（World Wide Web），在萬(wàn)維網(wǎng)中，所有的一切看起來(lái)就好像是一個(gè)文檔（Web頁(yè)面）一樣。

　　在計(jì)算機(jī)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(shí)際的機(jī)器，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并沒有使這些機(jī)器看起來(lái)是統(tǒng)一的。如果這些機(jī)器有不同的硬件或者不同的操作系統(tǒng)，那么，這些差異對(duì)于用戶來(lái)說都是完全可見的。如果一個(gè)用戶希望在一臺(tái)遠(yuǎn)程機(jī)器上運(yùn)行一個(gè)程序，那么，他必須登陸到遠(yuǎn)程機(jī)器上，然后在那臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行該程序。

　　分布式系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的共同點(diǎn)是：多數(shù)分布式系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之上的，所以分布式系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)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(jì)思想和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是不同的，這決定了他們?cè)诮Y(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(shí)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(gè)計(jì)算機(jī)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(gè)共享文件時(shí)，用戶必須知道這個(gè)文件放在哪一臺(tái)計(jì)算機(jī)的哪一個(gè)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(dāng)用戶提交一個(gè)作業(yè)時(shí)，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(gè)過程中，用戶并不會(huì)意識(shí)到有多個(gè)處理器的存在，這個(gè)系統(tǒng)就像是一個(gè)處理器一樣。

　　分布式與集群的區(qū)別

　　集群是個(gè)物理形態(tài)，分布式是個(gè)工作方式。

　　只要是一堆機(jī)器，就可以叫集群，他們是不是一起協(xié)作著干活，這個(gè)誰(shuí)也不知道；一個(gè)程序或系統(tǒng)，只要運(yùn)行在不同的機(jī)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(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)。

　　所以，集群可能運(yùn)行著一個(gè)或多個(gè)分布式系統(tǒng)，也可能根本沒有運(yùn)行分布式系統(tǒng)；分布式系統(tǒng)可能運(yùn)行在一個(gè)集群上，也可能運(yùn)行在不屬于一個(gè)集群的多臺(tái)（2臺(tái)也算多臺(tái)）機(jī)器上。

　　分布式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

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

　　系統(tǒng)傾向于分布式發(fā)展潮流的真正驅(qū)動(dòng)力是經(jīng)濟(jì)。25年前，計(jì)算機(jī)權(quán)威和評(píng)論家Herb Grosch指出CPU的計(jì)算能力與它的價(jià)格的平方成正比，后來(lái)成為Grosch定理。也就是說如果你付出兩倍的價(jià)錢，就能獲得四倍的性能。這一論斷與當(dāng)時(shí)的大型機(jī)技術(shù)非常吻合，因而使得許多機(jī)構(gòu)都盡其所能購(gòu)買最大的單個(gè)大型機(jī)。

　　隨著微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，Grosch定理不再適用了。到了二十一世紀(jì)初期，人們只需花幾百美元就能買到一個(gè)CPU芯片，這個(gè)芯片每秒鐘執(zhí)行的指令比80年代最大的大型機(jī)的處理機(jī)每秒鐘所執(zhí)行的指令還多。如果你愿意付出兩倍的價(jià)錢，將得到同樣的CPU，但它卻以更高的時(shí)鐘速率運(yùn)行。因此，最節(jié)約成本的辦法通常是在一個(gè)系統(tǒng)中使用集中在一起的大量的廉價(jià)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(gè)的大型集中式系統(tǒng)好得多的性價(jià)比。實(shí)際上，分布式系統(tǒng)是通過較低廉的價(jià)格來(lái)實(shí)現(xiàn)相似的性能的。

　　與這一觀點(diǎn)稍有不同的是，我們發(fā)現(xiàn)微處理機(jī)的集合不僅能產(chǎn)生比單個(gè)大型主機(jī)更好的性能價(jià)格比，而且還能產(chǎn)生單個(gè)大型主機(jī)無(wú)論如何都不能達(dá)到的絕對(duì)性能。例如，按二十一世初期的技術(shù)，我們能夠用10，000個(gè)現(xiàn)代CPU芯片組成一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)CPU芯片以50 MIPS（每秒百萬(wàn)指令）的速率運(yùn)行，那么整個(gè)系統(tǒng)的性能就是500，000 MIPS。而如果單個(gè)處理機(jī)（即CPU）要達(dá)到這一性能，就必需在2×10-12 秒（2 微微秒，0.002納秒）的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行一條指令，然而沒有一個(gè)現(xiàn)存的計(jì)算機(jī)能接近這個(gè)速度，從理論上和工程上考慮都認(rèn)為能達(dá)到這一要求的計(jì)算機(jī)都是不可能存在的。理論上，愛因斯坦的相對(duì)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(shí)際上，一個(gè)包含于邊長(zhǎng)為0.6 毫米大小的立方體內(nèi)的具有上面所說的計(jì)算速度的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生大量的熱量就能將它自己立即熔掉。所以，無(wú)論是要以低價(jià)格獲得普通的性能還是要以較高的價(jià)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(duì)分布式系統(tǒng)和并行系統(tǒng)進(jìn)行了區(qū)分。他們認(rèn)為分布式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)用來(lái)允許眾多用戶一起工作的，而并行系統(tǒng)的唯一目標(biāo)就是以最快的速度完成一個(gè)任務(wù)，就像我們的速度為500，000 MIPS的計(jì)算機(jī)那樣。我們認(rèn)為，上述的區(qū)別是難以成立的，因?yàn)閷?shí)際上這兩個(gè)設(shè)計(jì)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(lái)表示任何一個(gè)有多個(gè)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(gè)超級(jí)市場(chǎng)連鎖店可能有許多分店，每個(gè)商店都需要采購(gòu)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的商品（可能來(lái)自本地的農(nóng)場(chǎng)）、進(jìn)行本地銷售，或者要對(duì)本地的哪些蔬菜因時(shí)間太長(zhǎng)或已經(jīng)腐爛而必須扔掉作出決定。因此，每個(gè)商店的本地計(jì)算機(jī)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(jìn)行的。然而，連鎖超級(jí)市場(chǎng)的高層管理者也會(huì)不時(shí)地想要了解他們還有多少甘藍(lán)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種途徑就是將整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)成對(duì)于應(yīng)用程序來(lái)說就像一臺(tái)計(jì)算機(jī)一樣，但是在實(shí)現(xiàn)上它是分布的，像我們前面所描述的一個(gè)商店有一臺(tái)機(jī)器。這就是一個(gè)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(jì)算機(jī)支持下的協(xié)同工作系統(tǒng)（CSCW，Computer Supported Cooperative Work）。在這個(gè)系統(tǒng)中，一組相互之間在物理上距離較遠(yuǎn)的人員可以一起進(jìn)行工作，例如，寫出同一份報(bào)告。就計(jì)算機(jī)工業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)來(lái)說，人們可以很容易的想像出一個(gè)全新領(lǐng)域--計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同游戲（CSCG：Computer Supported Cooperative Games）。在這個(gè)游戲中，不在同一地方的游戲者可以實(shí)時(shí)的玩游戲。你可以想像，在一個(gè)多維迷宮中玩電子捉迷藏，甚至是一起玩一場(chǎng)電子空戰(zhàn)，每個(gè)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(gè)游戲者的屏幕上都顯示出其飛機(jī)外的情況，包括其它飛入它的視野的飛機(jī)。

　　同集中式系統(tǒng)相比較，分布式系統(tǒng)的另一個(gè)潛在的優(yōu)勢(shì)在于它的高可靠性。通過把工作負(fù)載分散到眾多的機(jī)器上，單個(gè)芯片故障最多只會(huì)使一臺(tái)機(jī)器停機(jī)，而其它機(jī)器不會(huì)受任何影響。理想條件下，某一時(shí)刻如果有5%的計(jì)算機(jī)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(duì)于關(guān)鍵性的應(yīng)用，如核反應(yīng)堆或飛機(jī)的控制系統(tǒng)，采用分布式系統(tǒng)來(lái)實(shí)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(zhǎng)方式也是分布式系統(tǒng)優(yōu)于集中式系統(tǒng)的一個(gè)潛在的重要的原因。通常，一個(gè)公司會(huì)買一臺(tái)大型主機(jī)來(lái)完成所有的工作。而當(dāng)公司繁榮擴(kuò)充、工作量就會(huì)增大，當(dāng)其增大到某一程度時(shí)，這個(gè)主機(jī)就不能再勝任了。僅有的解決辦法是要么用更大型的機(jī)器（如果有的話）代替現(xiàn)有的大型主機(jī)，要么再增加一臺(tái)大型主機(jī)。這兩種作法都會(huì)引起公司運(yùn)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(jī)就可能解決這個(gè)問題，而且這也允許系統(tǒng)在需求增長(zhǎng)的時(shí)候逐漸進(jìn)行擴(kuò)充。表1-1中總結(jié)了以上這些優(yōu)點(diǎn)。

　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，主要的驅(qū)動(dòng)力將是大量個(gè)人計(jì)算機(jī)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(jìn)行的，而不受地理或人員、數(shù)據(jù)，機(jī)器的物理分布的影響。

　　分布式系統(tǒng)與獨(dú)立PC機(jī)相比較的優(yōu)點(diǎn)

　　既然使用微處理機(jī)是一種節(jié)省開支的辦法，那么為什么不給每個(gè)人一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)，讓他們各自獨(dú)立地工作呢？一則，許多用戶需要共享數(shù)據(jù)。例如，機(jī)票預(yù)訂處的工作人員需要訪問存儲(chǔ)航班以及現(xiàn)有座位信息的主數(shù)據(jù)庫(kù)。假如給每個(gè)工作人員都備份整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，那么在實(shí)際中這是無(wú)法工作的，因?yàn)闆]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(jì)算機(jī)間必須互連。而計(jì)算機(jī)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(jī)，照相排版機(jī)以及大型存儲(chǔ)設(shè)備（如自動(dòng)光盤點(diǎn)唱機(jī)）都是共享資源。

　　把一組孤立的計(jì)算機(jī)連成一個(gè)分布式系統(tǒng)的第三個(gè)原因是它可以增強(qiáng)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(shí)都在，也不像傳真，它所產(chǎn)生的文件可在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行編輯、重排和存儲(chǔ)，也可以由文本處理程序來(lái)處理。

　　最后，分布式系統(tǒng)可能比給每個(gè)用戶一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)更靈活。盡管一種可能的模式是給每個(gè)人一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)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(gè)人計(jì)算機(jī)和共享計(jì)算機(jī)混合連接在一起（這些機(jī)器的型號(hào)可能并不完全相同），使工作能夠在最合適的計(jì)算機(jī)上完成，而并不總是在自己的計(jì)算機(jī)上完成。這種方式可以使工作負(fù)荷能更有效地在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行分配。系統(tǒng)中某些計(jì)算機(jī)的失效也可以通過使其工作在其它計(jì)算機(jī)上進(jìn)行而得到補(bǔ)償。

　　分布式系統(tǒng)的缺點(diǎn)

　　盡管分布式系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有缺點(diǎn)。本節(jié)就將指出其中的一些缺點(diǎn)。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?cè)谠O(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及使用分布式系統(tǒng)上都沒有太多的經(jīng)驗(yàn)。什么樣的操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和應(yīng)用適合這一系統(tǒng)呢？用戶對(duì)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(dāng)做多少而用戶又應(yīng)當(dāng)做多少呢？專家們的觀點(diǎn)不一（這并不是因?yàn)閷＜覀兣c眾不同，而是因?yàn)閷?duì)于分布式系統(tǒng)他們也很少涉及）。隨著更多的研究的進(jìn)行，這些問題將會(huì)逐漸減少。但是我們不應(yīng)該低估這個(gè)問題。

　　第二個(gè)潛在的問題是通信網(wǎng)絡(luò)。由于它會(huì)損失信息，所以就需要專門的軟件進(jìn)行恢復(fù)。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)還會(huì)產(chǎn)生過載。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載趨于飽和時(shí)，必須對(duì)它進(jìn)行改造替換或加入另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容。在這兩種情況下，一個(gè)或多個(gè)建筑中的某些部分必須花費(fèi)很高的費(fèi)用進(jìn)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(huì)抵消我們通過建立分布式系統(tǒng)所獲得的大部分優(yōu)勢(shì)。

　　最后，上面我們作為優(yōu)點(diǎn)來(lái)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(gè)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(wú)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(duì)必須絕對(duì)保密的數(shù)據(jù)，使用一個(gè)專用的、不與其它任何機(jī)器相連的孤立的個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)的方法更可取。而且這個(gè)計(jì)算機(jī)被保存在一個(gè)上鎖的十分安全的房間中，與這臺(tái)計(jì)算相配套的所有軟盤都存放在這個(gè)房間中的一個(gè)保險(xiǎn)箱中。分布式系統(tǒng)的缺點(diǎn)如表1-3所示。

　　項(xiàng)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(duì)保密數(shù)據(jù)的訪問

　　表 1-3. 分布式系統(tǒng)的缺點(diǎn)

　　盡管存在這些潛在的問題，許多人還是認(rèn)為分布式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)多于缺點(diǎn)，并且普遍認(rèn)為分布式系統(tǒng)在未來(lái)幾年中會(huì)越來(lái)越重要。實(shí)際上，在幾年之內(nèi)許多機(jī)構(gòu)會(huì)將他們的大多數(shù)計(jì)算機(jī)連接到大型分布式系統(tǒng)中，為用戶提供更好、更廉價(jià)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(jī)構(gòu)中可能將不再存在一臺(tái)孤立的計(jì)算機(jī)了。