梧州学院课程论文论文题目分布式操作系统院别信息与电子工程学院专业信息与计算科学班级 12信息与计算科学班组号第五小组组员岑小莲（56）、刘琳琳（60）、陶晓星（42）摘要分布式系统是计算机发展的一个大趋势，本文从分布式系统定义、优缺点、层次结构、算法和实例等方面详细介绍了分布式系统，并通过与集中式系统以及独立PC机的比较，突出分布式系统的特点。
关键字：分布式系统；进程；调度；目录第一章分布式系统的概述 (1)1.1 分布式系统的概念 (1)1.2 分布式系统的优缺点 (1)1.2.1 分布式系统的优点 (1)1.2.2 分布式系统的缺点 (2)1.3 设计中的问题 (2)1.3.1 透明性 (2)1.3.2 灵活性 (3)1.3.3 可靠性 (3)1.3.4 性能 (3)第二章分布式系统层次结构 (4)2.1 对等体系结构 (4)2.2 中间件 (4)第三章分布式系统的同步 (5)3.1 时钟同步 (5)3.1.1 逻辑时钟 (5)3.1.2 物理时钟 (5)3.2 互斥控制 (6)3.2.1 集中式算法 (6)3.2.2 分布式算法 (6)3.2.3 令牌环算法 (7)3.3 选举算法 (8)3.3.1 欺负算法 (8)3.3.2 环算法 (8)3.4 分布式系统的死锁处理 (9)第四章分布式系统的进程 (10)4.1 线程 (10)4.2 分布式系统的调度 (10)4.3 实时分布式系统 (10)4.4实时调度 (11)第五章实例应用 (12)5.1 Amoeba的发展史 (12)5.2 Amoeba的研究目标 (12)5.3 Amoeba的系统结构 (12)5.4 Amoeba的进程管理 (13)第六章总结 (16)参考文献 (17)第一章分布式系统的概述计算机系统正在经历着一场革命。
从1945年现代计算机时代开始到1985年计算机前后，计算机是庞大而又昂贵的。
因此，大多数机构只有少数的几台计算机，同时，由于缺乏一种将它们连接起来的方法，所以这些计算机只能相互独立地运行。
从20世纪80年代中期开始，技术上的两大进步开始改变这种状况。
首先是功能更强的微处理机的开发，开始出现了8位的机型，随后不久16位、32位甚至64位的CPU也开始普及。
其次是高速计算机网络的出现。
局域网（LAN）使得同一建筑内的数十甚至上百台计算机连接起来，使少量的信息能够在大约1毫秒左右的时间里在计算机间传送，更大量的数据则以10^7-10^8bps或更大的速率传送。
广域网（WAN）使得全球范围内的数百万台计算机连接起来，传输速率从64kbps到用于一些先进的实验型网络中的千兆位每秒。
应用这些技术使得将大量CPU组成的计算机系统通过高速网络连接在一起不仅成为可能，而且变得十分容易。
相对于以前包括单个CPU、存储器、外设和一些终端在内的集中式系统（又称单处理机系统），它们通常被称为分布式系统。
1.1 分布式系统的概念分布式系统是多个处理机通过通信线路互连而构成的松散耦合的系统。
分布式操作系统用于管理分布式系统资源。
在分布式计算机操作系统支持下，互连的计算机可以互助协调工作，共同完成一项任务。
能直接对系统中各类资源进行动态的分配和调度、任务划分、信息传输协调工作，并为用户提供一个统一的界面和标准的接口，用户通过这一界面实现所需要的操作以及使用系统资源，使系统中若干台计算机相互协作完成共同的任务，有效地控制和协调任务的并行执行，并向系统提供统一的、有效的接口软件集合。
分布式操作是网络操作系统的更高级形式，它保持网络操作系统所拥有的全部功能，同时又具有透明性、可靠性、高性能等。
1.2 分布式系统的优缺点1.2.1 分布式系统的优点分布式系统与集中式系统相比较以及与独立PC机相比较的优点如下表1.1、表1.2所示表1.1 分布式系统与集中式系统相比较的优点：表1.2 分布式系统与独立PC机相比较的优点：1.2.2 分布式系统的缺点尽管分布式系统有许多优点，但也存在着缺点。
最棘手的问题——软件，就目前的最新技术发展水平，我们在设计、实现及使用分布式系统上都没有太多的经验，因为分布式系统开发的软件还很少。
第二个潜在的问题是通信网络。
由于它会损失信息，所以就需要专门的软件进行恢复，同时网络还会产生过载。
当网络负载趋于饱和时，必须对它进行改造替换或加入另外一个网络扩容。
在这两种情况下，一个或者多个建筑中的某些部分必须花费很高的费用进行重新布线，或者更换网络接口板（如光纤）。
一旦系统依赖于网络，那么网络的信息丢失或饱和将会抵消我们通过建立分布式系统所获得的大部分优势。
1.3 设计中的问题1.3.1 透明性透明性是指分布式系统是一个整体，而不是独立组件的组合，系统对用户和应用程序屏蔽其组件的分离性。
如果一个分布式系统能够在用户与应用程序面前呈现为单个的计算机系统，这样的分布式系统被称为是透明的。
以下是简单的透明性的类型：（1）访问透明性：用相同的操作访问本地资源和远程资源。
（2）位置透明性：不需要知道资源的物理或网络位置就能够访问。
（3）并发透明性：几个进程能并发的使用共享资源，操作互不干扰。
（4）复制透明性：隐藏是否对资源进行复制。
（5）故障透明性：屏蔽资源的故障和恢复。
（6）移动透明性：资源和客户能够在系统内移动而不会影响用户或程序的操作。
（7）性能透明性：当负载变化时，系统能被重新配置以提高性能。
（8）伸缩透明性：系统和应用能够进行扩展而不改变系统结构或应用算法。
1.3.2 灵活性灵活性与透明性就像是父母关系和苹果饼，谁会反对它们的好处呢？很难想象谁会支持一个不灵活的系统。
然而，事情并不是想象的那么简单。
关于分布式操作系统结构的学术观点主要有两种。
一种观点认为，每台机器都运行一个传统的内核，内核自身提供了大多数的服务；另一种观点认为，内核应尽可能少地提供服务，大量的操作系统服务可以从用户级服务器上获得。
这两种模型分别称为单内核和微内核。
1.3.3 可靠性建立分布式系统的最初目的之一就是使系统比单处理机系统可靠。
基本思想是，如果一台机器坏了，其他机器能够接替它进行工作。
换而言之，理论上就是系统可靠性是所有部件的可靠性的“布尔或”。
然而，这是理论上的结论，仙子阿的分布式系统依靠一些专用服务器的正常工作，这些系统的可靠性更有可能是这些部件的“布尔与”而不是“布尔或”。
对可靠性可以从一下三个方面来说：（1）可用性。
存储在和进入系统的数据不能丢失或以任何方式混淆。
如果文件冗余地存放在多个服务器上，那么所有备份都必须保持一致。
一般来说，保存的备份越多，可用性越好，但不一致的可能性却越大。
（2）安全性。
必须保护文件和其他资源不被非法用户使用。
当一条消息到达服务器向其发出请求时，服务器没有一个简单的方法来判断该指令是哪个用户发出的。
在消息中没有名字或标识域可以被相信，因为发送者可能在说谎。
（3）容错性。
假设一个服务器出了故障，然后很快再启动，那么会发生什么情况呢？服务器崩溃会造成系统的死机吗？如果服务器存在正在进行的活动的重要信息的表格，恢复它将是非常困难的。
总之，分布式系统能设计成可以屏蔽错误，也就是对用户隐藏错误。
1.3.4 性能我们可以不同的性能标准来进行衡量系统的运行速度。
其中之一就是响应时间，还有吞吐量（每小时完成的工作量）、系统的利用率和网络容量消耗程度。
此外，任何基准程序的测试结果通常取决于该基准程序自身的性质，一个涉及大量独立的高度受限于ＣＰＵ计算的基准程序所给出的结果，可能和以某种模式扫描一个大文件的基准程序所给出的结果有很大的不同。
第二章分布式系统层次结构分布式系统的体系结构模型涉及系统的各个部分的位置及其关系。
体系结构模型的例子包括客户服务器模型和对等进程模型。
2.1 对等体系结构在这种体系结构中，一项任务或活动涉及的所有进程扮演相同的角色，作为对等方进行协作交互，不区分客户和服务器或运行它们的计算机。
虽然客户服务器模型为数据和其他资源的共享提供了一个直接的和相对简单的方法，但客户服务器模型的伸缩性比较差。
将一个服务放在单个进程中意味着集中化地提供服务和管理，它的伸缩性不会超过提供服务的计算机的能力和该计算机所在网络连接的带宽。
对等体系结构的目的是挖掘大量参与计算机中的组员（数据和硬件）来完成某个给定的任务或活动。
对等应用和对等系统已经被成功地构造出来，使得无数计算机能访问他们存储和管理的数据及其他资源。
2.2 中间件中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，中间件位于服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通信。
图2.1给出了中间件在分布式系统层次结构中的位置。
图2.1 分布式系统的层次结构中间件应满足大量应用的需要，运行于多种硬件和操作系统平台并支持分布计算，提供支持跨网络、硬件和操作系统平台的标准接口。
由于标准接口对于可移植性和交互操作性的重要性，中间件已成为许多标准化工作的主要部分。
对于应用软件开发，中间件远比操作系统和网络服务更为重要，中间件提供的程序接口定义了一个相对稳定的高层应用环境，不管底层的计算机硬件和系统软件怎样更新换代，只要将中间件升级更新，并保持中间件对外的接口定义不变，应用软件几乎无须任何修改，从而保护了企业在应用软件开发和维护中的重大投资。
第三章分布式系统的同步3.1 时钟同步分布式系统的同步比集中式系统的同步要复杂一些，因为前者必须使用分布式算法。
如果像集中式系统一样，在某地收集有关系统的所有有关信息，然后让某个进程分析并做出决定，那么这是不切实际的。
一般说来，分布式算法有如下性质：（1）有关信息分散在多台机器中。
（2）进程决策仅仅依赖于本地信息。
（3）系统中单点故障应该避免。
（4）没有公用时钟或其他精确的全局时间资源存在。
前三点都说明在一处收集所有信息并对它进行处理是不可接受的。
如资源分配（以一种无死锁的方式分配）向单一的管理进程发送所有I/O请求，由该管理进程来检查这些请求，根据表中的信息允许或拒绝请求是不实际的。
进而言之，就是一个单点故障就会造成系统不可靠。
最理想的情况是，一个分布式系统应该比单机系统更可靠。
在集中式系统中，时间的概念很清楚，当进程想知道时间时，它使用由内核提供的系统调用。
如果进程A询问时间，之后进程B也询问时间，进程B得到的时间值就应该大于或等于进程A所得到的时间值，但一定不会小于进程A得到的时间值。
3.1.1 逻辑时钟对多数应用来说，所有机器在同一时间上达到一致就足够了，但这里的时间并不一定要与广播中每小时报告一次的真实时间一样。
比如对make程序的运行，只要所有的机器都认为当前是10:00就可，而尽管当前的实际时间时10:02.故对于某一类算法，重要的是内部各时钟的一致，而不是它们是否与真实时间接近，这类算法中通常将时钟称为逻辑时钟。
