什么是分布式系統

發布時間： 2022-03-30 11:17:57

什么是分布式系統?分布式系統是隨著計算機和網絡技術的發展而發展起來的，人們希望通過多臺計算機組成的網絡以協作的方式共同完成單個計算機所無法完成的任務。

什么是分布式系統呢?

目前國內學術界大多采用美國學者Tanenbaum對分布式系統的定義：一個分布式系統是一些獨立的計算機的集合，但是對于該系統的用戶來說，系統就像一臺計算機一樣。

這個定義有兩個方面的含義：

第一，從硬件角度來看，每臺計算機都是自主的;

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

與集中式系統相比，分布式系統具有哪些特點呢?

分布式系統相對更為復雜，在設計一個分布式系統時在資源的透明性、系統容錯性和可伸縮性等方面需要特別關注。

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

表1 分布式系統的透明性

容錯性是指分布式系統中部分節點故障后不會影響整個系統的正常運行。一般通過冗余配置的方法來實現容錯，例如數據備份。

可伸縮性是指分布式系統能夠適應在計算節點數、用戶數、存儲資源、網絡資源等方面系統規模的靜態或動態變化。

我經常聽到分布式計算、分布式數據庫等概念，它們和分布式系統是什么關系呢?

分布式的概念已經在計算機技術領域得到了非常廣泛的應用，學術界對這些眾多冠以“分布式”頭銜的概念與分布式系統之間的關系也不存在一個權威的說法。

如圖1所示，大致可以將分布式系統劃分為分布式硬件架構、分布式操作系統、分布式數據庫、分布式程序設計和分布式應用5個層次。其中分布式操作系統中還包括分布式文件系統，分布式程序設計的產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用中的重要內容。

圖1 分布式系統的層次

計算機硬件層面有哪些分布式設計架構?

Tanenbaum將硬件的分布式架構劃分為基于總線的多處理機、交換型多處理機、基于總線的多計算機和交換型多計算機四種類型，如圖2和圖3所示。

圖2 分布式硬件架構(1)

圖3 分布式硬件架構(2)

基于總線的多處理機由多個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。交換型多處理機由多個CPU和多個存儲模塊組成，通過連接開關控制CPU與存儲模塊的對應關系。目前計算機上常用的Intel多核處理器可以看作是基于總線的多處理機結構。

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

分布式操作系統是什么概念?其中的分布式文件系統又是什么含義?

操作系統的概念大家都非常熟悉了，我們日常使用的計算機都要先安裝一個Windows操作系統才可以使用。操作系統管理的對象是單個計算機，而分布式操作系統管理的是多個計算機組成的網絡。

如圖4所示，分布式操作系統屏蔽了計算機網絡的底層細節，像單機操作系統一樣，能夠為應用程序提供統一的進程調度、文件管理、設備管理等接口。

圖4 單機操作系統與分布式操作系統

文件系統是操作系統的一個重要組成部分，例如Windows就提供了文件管理功能。分布式文件系統是分布式操作系統中的重要組成部分，此時文件系統管理的物理存儲資源不僅僅直接連接在本地節點上，而且通過網絡與遠程節點相連。

分布式數據庫與傳統數據庫有什么不同?

分布式數據庫通過計算機網絡將物理上分散的多個數據單元連接起來組成一個邏輯上統一的數據庫，其中有一個統一的數據庫管理系統來進行管理，一般稱為分布式數據庫管理系統。

傳統的數據庫一般都是集中式數據庫，與之相比，分布式數據庫較大的特點就是其數據是分布存儲的。顯然，分布式數據庫的管理更為復雜，不過如果設計得當，針對分布式數據管理問題可以取得比集中式數據庫更好的效果。例如，采用多節點并行處理可以提高系統性能，采用冗余配置可以提高系統的容錯性。

什么是分布式程序設計?中間件又是什么含義?

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

如圖5所示，簡單地說，中間件就是采用分布式程序設計方法生產出來的一類特殊軟件產品，它能夠在異構的系統軟件和應用軟件之間提供連接服務。

圖5 中間件

中間件涵蓋的范圍非常廣泛，針對不同的應用需求涌現出多種各具特色的中間件產品。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標準的面向對象請求代理的中間件。

分布式應用包括哪些內容?

分布式系統的應用是非常多的，例如工業控制技術中的集散控制系統、計算機技術中的P2P計算、網格計算、并行計算、分布式計算和云計算都可以納入分布式應用的范疇。

分布式系統與云計算有什么關系?

有一個很有趣的現象，網格計算的研究是學術界熱而企業界不熱，云計算的研究則是學術界不熱而企業界熱，因此很有必要仔細研究一下各企業推出的成功的云計算產品。

細數一下這些產品，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，就可以發現它們都屬于分布式系統的范疇，其中GFS、HDFS算是分布式文件系統，Bigtable、Dynamo和HBase算是分布式數據庫，MapReduce則歸于分布式計算。

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