分布式系统(distributed system)是建立在网络之上的软件系统。正是因为软件的特性,所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。因此,网络和分布式系统之间的区别更多的在于高层软件(特别是操作系统),而不是硬件。

1.分布式系统分类

按地理环境衡量耦合度,分布式系统可以分为机体内系统、建筑物内系统、建筑物间系统和不同地理范围的区域系统等,它们的耦合度依次由高到低按应用领域的性质决定耦合度,可以分成三类:

1、面向计算任务的分布并行计算机系统和分布式多用户计算机系统,它们要求尽可能高的耦合度,以便发展成为能分担大型计算机和分时计算机系统所完成的工作。

2、面向管理信息的分布式数据处理系统。耦合度可以适当降低。

3、面向过程控制的分布式计算机控制系统。耦合度要求适中,当然对于某些实时应用,其耦合度的要求可能很高。

分布式系统分类

2.分布式系统特征

1、分布性。分布式系统由多台计算机组成,它们在地域上是分散的,可以散布在一个单位、一个城市、一个国家,甚至全球范围内。整个系统的功能是分散在各个节点上实现的,因而分布式系统具有数据处理的分布性。

2、自治性。分布式系统中的各个节点都包含自己的处理机和内存,各自具有独立的处理数据的功能。通常,彼此在地位上是平等的,无主次之分,既能自治地进行工作,又能利用共享的通信线路来传送信息,协调任务处理。

3、并行性。一个大的任务可以划分为若干个子任务,分别在不同的主机上执行。

4、全局性。分布式系统中必须存在一个单一的、全局的进程通信机制,使得任何一个进程都能与其他进程通信,并且不区分本地通信与远程通信。同时,还应当有全局的保护机制。系统中所有机器上有统一的系统调用集合,它们必须适应分布式的环境。在所有CPU上运行同样的内核,使协调工作更加容易。

分布式系统特征

3.分布式系统优缺点

分布式系统的优点:

1、资源共享。若干不同的节点通过通信网络彼此互联,一个节点上的用户可以使用其他节点上的资源,如分布式系统允许设备共享,使众多用户共享昂贵的外部设备,如彩色打印机;允许数据共享,使众多用户访问共用的数据库;可以共享远程文件,使用远程特有的硬件设备(如高速阵列处理器),以及执行其他操作。

2、加快计算速度。如果一个特定的计算任务可以划分为若干个并行运行的子任务,则可把这些子任务分散到不同的节点上,使它们同时在这些节点上运行,从而加快计算速度。另外,分布式系统具有计算迁移功能,如果某个节点上的负载太重,则可把其中一些作业移到其他节点去执行,从而减轻该节点的负载。这种作业迁移称为负载平衡。

3、可靠性高。分布式系统具有高可靠性。如果其中某个节点失效了,则其余的节点可以继续操作,整个系统不会因为一个或少数几个节点的故障而全体崩溃。因此,分布式系统有很好的容错性能。
系统必须能够检测节点的故障,采取适当的手段,使它从故障中恢复过来。系统确定故障所在的节点后,就不再利用它来提供服务,直至其恢复正常工作。如果失效节点的功能可由其他节点完成,则系统必须保证功能转移的正确实施。当失效节点被恢复或者修复时,系统必须把它平滑地集成到系统中。

4、通信方便、快捷。分布式系统中各个节点通过一个通信网络互联在一起。通信网络由通信线路、调制解调器和通信处理器等组成,不同节点的用户可以方便地交换信息。在低层,系统之间利用传递消息的方式进行通信,这类似于单CPU系统中的消息机制。单CPU系统中所有高层的消息传递功能都可以在分布式系统中实现,如文件传递、登录、邮件、Web浏览和远程过程调用( Remote Procedure call,RPC)。
分布式系统实现了节点之间的远距离通信,为人与人之间的信息交流提供了很大方便不同地区的用户可以共同完成一个项目,通过传送项目文件,远程登录进入对方系统来运行程序,如发送电子邮件等,协调彼此的工作。

分布式系统的缺点:

尽管分布式系统具备众多优势,但它也有自身的缺点,主要是可用软件不足,系统软件、编程语言、应用程序以及开发工具都相对很少。此外,还存在通信网络饱和或信息丢失和网络安全问题,方便的数据共享同时意味着机密数据容易被窃取。虽然分布式系统存在这些潜在的问题,但其优点远大于缺点,而且这些缺点也正得到克服。因此,分布式系统仍是人们研究、开发和应用的方向。

分布式系统优缺点

4.分布式系统应用

1、并行

原则上,并行应用也可以在共享存储器多处理机上运行,但共享存储器系统不能很好地扩大规模以包括大量的处理机。HPCC(高性能计算和通信)应用一般需要一个可伸缩的设计,这种设计取决于分布式处理。

2、容错应用

因为每个PE是自治的,所以分布式系统更加可靠。一个单元或资源(软件或硬件)的故障不影响其他资源的正常功能。

分布式系统应用