什么是分布式系統(tǒng)

什么是分布式系統(tǒng)?分布式系統(tǒng)是隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，人們希望通過多臺計算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)以協(xié)作的方式共同完成單個計算機(jī)所無法完成的任務(wù)。

什么是分布式系統(tǒng)呢?

目前國內(nèi)學(xué)術(shù)界大多采用美國學(xué)者Tanenbaum對分布式系統(tǒng)的定義：一個分布式系統(tǒng)是一些獨立的計算機(jī)的集合，但是對于該系統(tǒng)的用戶來說，系統(tǒng)就像一臺計算機(jī)一樣。

這個定義有兩個方面的含義：

第一，從硬件角度來看，每臺計算機(jī)都是自主的;

第二，從軟件角度來看，用戶將整個系統(tǒng)視為一臺計算機(jī)。這兩者是必須的、缺一不可的。

與集中式系統(tǒng)相比，分布式系統(tǒng)具有哪些特點呢?

分布式系統(tǒng)相對更為復(fù)雜，在設(shè)計一個分布式系統(tǒng)時在資源的透明性、系統(tǒng)容錯性和可伸縮性等方面需要特別關(guān)注。

透明性是指如何使得用戶以為一些計算機(jī)組成的分布式系統(tǒng)只是一臺計算機(jī)，它包含的內(nèi)容很多，表1列出了一些主要內(nèi)容。

表1 分布式系統(tǒng)的透明性



容錯性是指分布式系統(tǒng)中部分節(jié)點故障后不會影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一般通過冗余配置的方法來實現(xiàn)容錯，例如數(shù)據(jù)備份。

可伸縮性是指分布式系統(tǒng)能夠適應(yīng)在計算節(jié)點數(shù)、用戶數(shù)、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源等方面系統(tǒng)規(guī)模的靜態(tài)或動態(tài)變化。

我經(jīng)常聽到分布式計算、分布式數(shù)據(jù)庫等概念，它們和分布式系統(tǒng)是什么關(guān)系呢?

分布式的概念已經(jīng)在計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，學(xué)術(shù)界對這些眾多冠以“分布式”頭銜的概念與分布式系統(tǒng)之間的關(guān)系也不存在一個權(quán)威的說法。

如圖1所示，大致可以將分布式系統(tǒng)劃分為分布式硬件架構(gòu)、分布式操作系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫、分布式程序設(shè)計和分布式應(yīng)用5個層次。其中分布式操作系統(tǒng)中還包括分布式文件系統(tǒng)，分布式程序設(shè)計的產(chǎn)品通常是中間件軟件，而分布式計算和云計算則屬于分布式應(yīng)用中的重要內(nèi)容。

圖1 分布式系統(tǒng)的層次

計算機(jī)硬件層面有哪些分布式設(shè)計架構(gòu)?

Tanenbaum將硬件的分布式架構(gòu)劃分為基于總線的多處理機(jī)、交換型多處理機(jī)、基于總線的多計算機(jī)和交換型多計算機(jī)四種類型，如圖2和圖3所示。

圖2 分布式硬件架構(gòu)(1)
圖3 分布式硬件架構(gòu)(2)
基于總線的多處理機(jī)由多個CPU組成，它們連接到一個公共的總線上，并且共享同一個存儲模塊。交換型多處理機(jī)由多個CPU和多個存儲模塊組成，通過連接開關(guān)控制CPU與存儲模塊的對應(yīng)關(guān)系。目前計算機(jī)上常用的Intel多核處理器可以看作是基于總線的多處理機(jī)結(jié)構(gòu)。

基于總線的多計算機(jī)由多個計算機(jī)組成，每個計算機(jī)都具有本地存儲器，它們之間通過總線連接，典型的應(yīng)用實例就是常見的局域網(wǎng)絡(luò)。交換型多計算機(jī)由多個計算機(jī)組成，它們采用網(wǎng)格或超立方體等方式連接。

分布式操作系統(tǒng)是什么概念?其中的分布式文件系統(tǒng)又是什么含義?

操作系統(tǒng)的概念大家都非常熟悉了，我們?nèi)粘Ｊ褂玫挠嬎銠C(jī)都要先安裝一個Windows操作系統(tǒng)才可以使用。操作系統(tǒng)管理的對象是單個計算機(jī)，而分布式操作系統(tǒng)管理的是多個計算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)。

如圖4所示，分布式操作系統(tǒng)屏蔽了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的底層細(xì)節(jié)，像單機(jī)操作系統(tǒng)一樣，能夠為應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的進(jìn)程調(diào)度、文件管理、設(shè)備管理等接口。

圖4 單機(jī)操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)
文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的一個重要組成部分，例如Windows就提供了文件管理功能。分布式文件系統(tǒng)是分布式操作系統(tǒng)中的重要組成部分，此時文件系統(tǒng)管理的物理存儲資源不僅僅直接連接在本地節(jié)點上，而且通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程節(jié)點相連。

分布式數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫有什么不同?

分布式數(shù)據(jù)庫通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將物理上分散的多個數(shù)據(jù)單元連接起來組成一個邏輯上統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，其中有一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來進(jìn)行管理，一般稱為分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫一般都是集中式數(shù)據(jù)庫，與之相比，分布式數(shù)據(jù)庫最大的特點就是其數(shù)據(jù)是分布存儲的。顯然，分布式數(shù)據(jù)庫的管理更為復(fù)雜，不過如果設(shè)計得當(dāng)，針對分布式數(shù)據(jù)管理問題可以取得比集中式數(shù)據(jù)庫更好的效果。例如，采用多節(jié)點并行處理可以提高系統(tǒng)性能，采用冗余配置可以提高系統(tǒng)的容錯性。

什么是分布式程序設(shè)計?中間件又是什么含義?

分布式程序設(shè)計是指可以在分布式計算機(jī)系統(tǒng)的多臺計算機(jī)上同時協(xié)作運(yùn)行的程序設(shè)計方法。采用分布式程序設(shè)計方法設(shè)計程序時，一個程序由若干個可獨立執(zhí)行的模塊組成，每個模塊分布在一臺計算機(jī)上，它們之間相互通信協(xié)作完成任務(wù)。例如，常見的客戶-服務(wù)器模型就是一種典型的分布式設(shè)計方法，通常采用消息交互、遠(yuǎn)程進(jìn)程調(diào)用或遠(yuǎn)程對象調(diào)用等方式來實現(xiàn)客戶與服務(wù)器之間的通信。

如圖5所示，簡單地說，中間件就是采用分布式程序設(shè)計方法生產(chǎn)出來的一類特殊軟件產(chǎn)品，它能夠在異構(gòu)的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之間提供連接服務(wù)。

圖5 中間件

中間件涵蓋的范圍非常廣泛，針對不同的應(yīng)用需求涌現(xiàn)出多種各具特色的中間件產(chǎn)品。例如IBM公司的MQSeries屬于面向消息的中間件，IONA公司的Orbix則屬于符合CORBA標(biāo)準(zhǔn)的面向?qū)ο笳埱蟠淼闹虚g件。

分布式應(yīng)用包括哪些內(nèi)容?

分布式系統(tǒng)的應(yīng)用是非常多的，例如工業(yè)控制技術(shù)中的集散控制系統(tǒng)、計算機(jī)技術(shù)中的P2P計算、網(wǎng)格計算、并行計算、分布式計算和云計算都可以納入分布式應(yīng)用的范疇。

分布式系統(tǒng)與云計算有什么關(guān)系?

有一個很有趣的現(xiàn)象，網(wǎng)格計算的研究是學(xué)術(shù)界熱而企業(yè)界不熱，云計算的研究則是學(xué)術(shù)界不熱而企業(yè)界熱，因此很有必要仔細(xì)研究一下各企業(yè)推出的成功的云計算產(chǎn)品。

細(xì)數(shù)一下這些產(chǎn)品，包括了Google公司的GFS、Bigtable、MapReduce,Amazon公司的Dynamo,Hadoop開源項目的HDFS、Hbase、MapReduce等。對照圖1，就可以發(fā)現(xiàn)它們都屬于分布式系統(tǒng)的范疇，其中GFS、HDFS算是分布式文件系統(tǒng)，Bigtable、Dynamo和Hbase算是分布式數(shù)據(jù)庫，MapReduce則歸于分布式計算。