分布式操作系統(tǒng)

前言

本書主要討論設(shè)計(jì)和構(gòu)造分布式操作系統(tǒng)的基本原理和典型實(shí)現(xiàn)技術(shù)。全書共分十五章。第一章簡(jiǎn)述分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；多機(jī)操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，分布式操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型、層次劃分、控制算法、設(shè)計(jì)途徑及在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮的一些問(wèn)題。第二章介紹分布式通信機(jī)制，包括消息傳遞、遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）以及基于Agent的異步分布進(jìn)程通信模型。第三章討論分布式協(xié)同處理，包括事件定序與時(shí)戳，Lomport算法、Ricart ＆ Agrawala算法和令牌傳遞算法，以及當(dāng)協(xié)調(diào)者故障時(shí)選擇新的協(xié)調(diào)者的算法。第四章介紹分布式系統(tǒng)中的資源管理策略，及其相關(guān)的死鎖預(yù)防和死鎖檢測(cè)的有效方法。第五章專門討論分布式進(jìn)程管理以及處理機(jī)分配的有關(guān)問(wèn)題。第六章集中討論分布式系統(tǒng)中的多種任務(wù)分配與負(fù)載平衡方法，在此基礎(chǔ)上，引入了智能型任務(wù)調(diào)度算法的模型及實(shí)現(xiàn)方法。第七、八章主要介紹分布式文件系統(tǒng)和命名服務(wù)的有關(guān)策略及分布式系統(tǒng)的透明性。第九章討論分布式事務(wù)的并發(fā)控制問(wèn)題，包括鎖機(jī)制、兩階段提交協(xié)議及樂(lè)觀并發(fā)控制方法等。第十章介紹分布式系統(tǒng)中的故障恢復(fù)和容錯(cuò)技術(shù)。第十一章結(jié)合Ivy系統(tǒng)討論分布式共享內(nèi)存的基本原理，重點(diǎn)在于一致性模型。第十二章專門介紹面向?qū)ο蟮姆植际讲僮飨到y(tǒng)設(shè)計(jì)方法，討論對(duì)象的權(quán)限和對(duì)象的同步，以及利用對(duì)象構(gòu)造分布式操作系統(tǒng)的基本方法和步驟。第十三章通過(guò)對(duì)Mach、Chorus和Amoeba三個(gè)典型的分布式操作系統(tǒng)實(shí)例的分析和比較，將前面各章介紹的設(shè)計(jì)原理和方法進(jìn)一步具體化。第十四章簡(jiǎn)述CORBA體系結(jié)構(gòu)和中間件技術(shù)。實(shí)際上，分布式操作系統(tǒng)作為多機(jī)操作系統(tǒng)的高級(jí)表現(xiàn)形式，仍處于研究和發(fā)展階段，在理論和研制方法上仍存在有待進(jìn)一步解決和探索的問(wèn)題，因此，在最后的第十五章提出了一種集智能型、集成化和可塑性于一體的新型分布式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型及其實(shí)現(xiàn)思路，以期加速有關(guān)的研究和探索過(guò)程。書后附有豐富的參考文獻(xiàn)，可供有興趣的讀者進(jìn)一步參閱。

內(nèi)容概要

　　分布式操作系統(tǒng)是為分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置的一種操作系統(tǒng)?！斗植际讲僮飨到y(tǒng)》主要介紹設(shè)計(jì)和構(gòu)造分布式操作系統(tǒng)的基本原理和典型實(shí)現(xiàn)技術(shù)，內(nèi)容包括：分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分布式操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型、層次劃分、通信機(jī)制、事件定序、并發(fā)控制與協(xié)同處理、資源管理、進(jìn)程調(diào)度、處理機(jī)分配、死鎖處理、文件系統(tǒng)、命名與透明性、任務(wù)分配和負(fù)載共享、故障檢測(cè)與容錯(cuò)以及分布式事務(wù)處理，分布式共享內(nèi)存，CORBA體系結(jié)構(gòu)與中間件技術(shù)，面向?qū)ο蟮姆植际讲僮飨到y(tǒng)的設(shè)計(jì)方法等。并分析、比較了三個(gè)有代表性的分布式操作系統(tǒng)實(shí)例，還討論了一種新型分布式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型?！　　斗植际讲僮飨到y(tǒng)》可作為高等院校高年級(jí)本科生、研究生和教師的教學(xué)用書，也可供從事分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、分布式操作系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等方面研究和開(kāi)發(fā)的科技工作者閱讀和參考。

書籍目錄

第一章 分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1．1 分布式系統(tǒng)的特征1．1．1 資源共享1．1．2 開(kāi)放性1．1．3 并發(fā)性1．1．4 容錯(cuò)性1．1．5 透明性1．2 分布式系統(tǒng)的總體評(píng)價(jià)1．2．1 優(yōu)點(diǎn)1．2．2 不足1．3 分布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1．4 分布式系統(tǒng)的資源管理1．5 分布式系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1．5．1 全互連結(jié)構(gòu)1．5．2 部分互連結(jié)構(gòu)1．5．3 層次結(jié)構(gòu)1．5．4 星形結(jié)構(gòu)1．5．5 環(huán)形結(jié)構(gòu)1．5．6 多存取總線結(jié)構(gòu)1．5．7 環(huán)-星形結(jié)構(gòu)1．5．8 有規(guī)則結(jié)構(gòu)1．5．9 不規(guī)則結(jié)構(gòu)1．5．10 立方體結(jié)構(gòu)1．6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1．6．1 遠(yuǎn)程網(wǎng)1．6．2 局域網(wǎng)1．6．3 網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)及通信協(xié)議1．7 分布式操作系統(tǒng)1．7．1 多機(jī)操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1．7．2 設(shè)計(jì)分布式操作系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題1．7．3 構(gòu)造分布式操作系統(tǒng)的途徑1．7．4 分布式操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型1．7．5 分布式操作系統(tǒng)的層次劃分1．7．6 分布式操作系統(tǒng)的控制和管理策略1．7．7 分布式系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1．7．8 分布式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法1．8 小結(jié)第二章 分布式通信機(jī)制2．1 概述2．1．1 發(fā)送策略2．1．2 連接策略2．1．3 爭(zhēng)奪處理2．1．4 保密2．2 消息傳遞2．2．1 消息傳遞原語(yǔ)2．2．2 同步消息傳遞方式的應(yīng)用2．2．3 組通信2．2．4 組通信的實(shí)現(xiàn)2．2．5 組通信的一個(gè)實(shí)例2．3 遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用2．3．1 RPC的功能2．3．2 RPC的通信模型2．3．3 RPC的結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)2．3．4 RPC的語(yǔ)義2．4 異步分布進(jìn)程通信模型2．4．1 PCAP模型2．4．2 通道語(yǔ)法規(guī)則2．4．3 PCAP模型的基本算法及其改進(jìn)2．4．4 一個(gè)層次-F通道應(yīng)用2．4．5 性能分析2．5 小結(jié)第三章 分布式協(xié)同處理3．1 事件定序與時(shí)戳3．2 分布式互斥算法3．2．1 分布式互斥算法的基本假定3．2．2 集中式算法3．2．3 Lamport算法3．2．4 Ricart和Agrawala算法3．2．5 令牌傳遞算法3．3 選擇算法3．3．1 Bully算法3．3．2 基于環(huán)結(jié)構(gòu)的算法3．4 小結(jié)第四章 分布式資源管理4．1 資源共享4．1．1 數(shù)據(jù)遷移4．1．2 計(jì)算遷移4．1．3 作業(yè)遷移4．2 資源管理策略4．2．1 局部集中管理4．2．2 分散式管理4．2．3 分級(jí)式管理4．2．4 一種分散式資源管理算法4．2．5 招標(biāo)算法4．3 死鎖處理4．3．1 資源分配圖4．3．2 進(jìn)程等待圖4．3．3 利用時(shí)戳預(yù)防死鎖4．3．4 死鎖檢測(cè)方法4．3．5 集中式死鎖檢測(cè)方法4．3．6 層次式死鎖檢測(cè)方法4．4 小結(jié)第五章 分布式進(jìn)程與處理機(jī)管理5．1 進(jìn)程管理5．1．1 分布式進(jìn)程5．1．2 分布式進(jìn)程的狀態(tài)與切換5．1．3 分布式進(jìn)程的同步與互斥5．2 處理機(jī)管理5．2．1 處理機(jī)的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換5．2．2 處理機(jī)通信5．2．3 處理機(jī)分配與調(diào)度5．3 小結(jié)第六章 任務(wù)分配與負(fù)載平衡6．1 任務(wù)分配6．1．1 任務(wù)分配環(huán)境6．1．2 影響系統(tǒng)性能的因素6．1．3 基于圖論的分配策略6．1．4 數(shù)學(xué)規(guī)劃策略6．1．5 “合一-閾值”啟發(fā)式分配算法6．1．6 一個(gè)改進(jìn)的啟發(fā)式算法6．1．7 基于遺傳算法和模擬退火算法的任務(wù)分配策略6．1．8 基于非循環(huán)有向任務(wù)圖的任務(wù)調(diào)度策略6．2 負(fù)載平衡6．2．1 概述6．2．2 負(fù)載平衡算法分類6．2．3 負(fù)載平衡算法的組成6．2．4 發(fā)送者主動(dòng)算法6．2．5 接收者主動(dòng)算法6．2．6 雙向主動(dòng)算法6．2．7 梯度模型6．2．8 接收者主動(dòng)的滲透算法6．2．9 預(yù)約策略6．2．10 投標(biāo)策略6．2．11 廣播策略6．3 智能型任務(wù)調(diào)度算法6．3．1 任務(wù)調(diào)度中的知識(shí)及其表示6．3．2 任務(wù)調(diào)度程序的結(jié)構(gòu)6．3．3 任務(wù)調(diào)度算法的實(shí)現(xiàn)6．4 小結(jié)第七章 分布式文件系統(tǒng)7．1 分布式文件系統(tǒng)的要求7．2 分布式文件系統(tǒng)的組成7．3 設(shè)計(jì)策略1．4 接口7．4．1 展開(kāi)文件服務(wù)7．4．2 與UNIX的比較7．4．3 目錄服務(wù)7．5 文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)7．5．1 文件組結(jié)構(gòu)7．5．2 權(quán)限和存取控制7．5．3 文件定位7．5．4 高速緩存7．6 NFS分析7．7 小結(jié)第八章 命名服務(wù)與透明性8．1 概述8．1．1 名字與屬性8．1．2 命名服務(wù)系統(tǒng)8．1．3 命名服務(wù)的一般要求8．2 一般的命名方式8．3 分布式系統(tǒng)中的命名方式8．3．1 名字管理器的主要功能8．3．2 分布式系統(tǒng)中的命名方案8．3．3 惟一標(biāo)識(shí)符和字符串名8．4 名字服務(wù)器的設(shè)計(jì)8．5 分布式系統(tǒng)的透明性8．5．1 透明性8．5．2 與透明性相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題8．6 實(shí)例分析8．6．1 SNS8．6．2 Internet域名系統(tǒng)(IDNS)8．7 小結(jié)第九章 分布式事務(wù)處理9．1 概述9．2 簡(jiǎn)單分布式事務(wù)和嵌套事務(wù)9．3 原子提交協(xié)議9．4 分布式事務(wù)的并發(fā)控制9．4．1 分布式事務(wù)的鎖機(jī)制9．4．2 分布式事務(wù)中的時(shí)戳定序并發(fā)控制9．4．3 分布式事務(wù)中的樂(lè)觀并發(fā)控制9．5 分布式事務(wù)的死鎖9．6 帶復(fù)制數(shù)據(jù)的事務(wù)9．6．1 復(fù)制事務(wù)的體系結(jié)構(gòu)9．6．2 有效副本復(fù)制9．6．3 網(wǎng)絡(luò)分割9．6．4 帶驗(yàn)證的有效副本9．6．5 定數(shù)一致方法9．6．6 虛擬分割算法9．7 小結(jié)第十章 故障恢復(fù)與系統(tǒng)容錯(cuò)10．1 概述10．2 事務(wù)恢復(fù)10．2．1 登錄10．2．2 影子版本10．2．3 恢復(fù)文件中的事務(wù)狀態(tài)表及意向表表目10．2．4 事務(wù)的故障模型10．3 容錯(cuò)10．3．1 故障特征10．3．2 Byzantine故障10．4 分層故障屏蔽和成組故障屏蔽10．4．1 分層屏蔽10．4．2 成組故障屏蔽10．4．3 穩(wěn)定存儲(chǔ)器10．4．4 主服務(wù)器與備份服務(wù)器10．5 小結(jié)第十一章 分布式共享內(nèi)存11．1 概述11．1．1 消息傳遞與DSM的比較11．1．2 DSM的主要處理方式11．2 設(shè)計(jì)和應(yīng)用11．2．1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)11．2．2 同步模型11．2．3 一致性模型11．2．4 修改問(wèn)題11．2．5 顆粒性11．2．6 抖動(dòng)問(wèn)題11．3 有序一致性與Ivy系統(tǒng)11．4 自由一致性與Munin系統(tǒng)11．4．1 自由一致性11．4．2 Munin系統(tǒng)11．5 其他一致性模型11．6 小結(jié)第十二章 面向?qū)ο蟮姆植际讲僮飨到y(tǒng)設(shè)計(jì)12．1 對(duì)象概念12．2 利用對(duì)象構(gòu)造分布式操作系統(tǒng)的基本方法12．3 對(duì)象的保護(hù)域和權(quán)限12．4 對(duì)象的同步12．5 進(jìn)程管理12．6 存儲(chǔ)管理12．7 設(shè)備管理12．8 I／O管理12．9 通信管理12．10 小結(jié)第十三章 分布式操作系統(tǒng)實(shí)例分析13．1 Mach系統(tǒng)13．1．1 設(shè)計(jì)目標(biāo)和主要設(shè)計(jì)特性13．1．2 Mach的主要概念13．1．3 端口、命名和保護(hù)13．1．4 任務(wù)和線程13．1．5 通信模型13．1．6 通信實(shí)現(xiàn)13．1．7 內(nèi)存管理13．1．8 外部頁(yè)面13．1．9 Mach的主要特征13．2 Chorus系統(tǒng)13．2．1 設(shè)計(jì)目標(biāo)和主要設(shè)計(jì)特性13．2．2 Chorus的主要概念13．2．3 進(jìn)程管理模型13．2．4 命名和保護(hù)13．2．5 資源的群組管理13．2．6 通信模型及其實(shí)現(xiàn)13．2．7 Chorus的主要特征13．3 Amoeba系統(tǒng)13．3．1 設(shè)計(jì)目標(biāo)和主要設(shè)計(jì)特征13．3．2 保護(hù)和權(quán)限13．3．3 進(jìn)程與通信13．3．4 通信實(shí)現(xiàn)13．3．5 Amoeba的主要特征13．4 Mach，Chorus和Amoeba三者的比較第十四章 中間件技術(shù)與CORBA體系結(jié)構(gòu)14．1 中間件技術(shù)14．2 CORBA14．2．1 CORBA簡(jiǎn)述14．2．2 CORBA體系結(jié)構(gòu)14．3 基于Agent和CORBA技術(shù)的分布式多媒體數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)14．3．1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介14．3．2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)14．3．3 系統(tǒng)工作流程14．4 小結(jié)第十五章 新型分布式操作系統(tǒng)及其研制方法研究15．1 問(wèn)題的提出15．2 新型分布式操作系統(tǒng)自動(dòng)生成系統(tǒng)模型15．3 需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.5.1 全互連結(jié)構(gòu)在一個(gè)全互連結(jié)構(gòu)中，每個(gè)站點(diǎn)都直接與系統(tǒng)中所有其他的站點(diǎn)相連（如圖1.1所示），這種結(jié)構(gòu)的基本開(kāi)銷很高，因?yàn)槊繉?duì)站點(diǎn)之間都必須有一條直接通信鏈路。但在這種環(huán)境中，站點(diǎn)間的消息傳遞非?？欤?yàn)槿魏蝺烧军c(diǎn)間的消息傳遞只需要經(jīng)由一條通信線路就可以直達(dá)。此外，這種結(jié)構(gòu)是很可靠的，因?yàn)橹挥性谙喈?dāng)多的通信鏈路故障的情況下，才可能分割該系統(tǒng)。1.5.2 部分互連結(jié)構(gòu)在一個(gè)部分互連結(jié)構(gòu)中，有些站點(diǎn)間存在直接通信鏈路，但有些則沒(méi)有，如圖1.2所示。因此這種結(jié)構(gòu)的基本開(kāi)銷比全互連結(jié)構(gòu)要低，但站點(diǎn)間的消息傳遞可能經(jīng)由若干中間站點(diǎn)，以致延緩了通信速度。例如，在圖1.2中，從站點(diǎn)A發(fā)送消息到站點(diǎn)D必須經(jīng)由站點(diǎn)B和C。此外，部分互連系統(tǒng)也不如全互連系統(tǒng)可靠，因?yàn)槠渲械囊粋€(gè)通信鏈路出現(xiàn)故障就可能分割該系統(tǒng)。例如，在圖1.2中，若從站點(diǎn)B到站點(diǎn)c的通信鏈路出現(xiàn)故障，則該系統(tǒng)便被分割成兩個(gè)子系統(tǒng)，一個(gè)包括A、B、E；另一個(gè)包括C和D，而且這兩個(gè)子系統(tǒng)中的站點(diǎn)彼此不再能通信。為了減少這種情況的發(fā)生，通常讓每個(gè)站點(diǎn)至少與另外兩個(gè)站點(diǎn)連接。例如，如果在圖1.2中增加一條從站點(diǎn)A到站點(diǎn)D的通信鏈路，那么任何單條通信鏈路故障都不可能導(dǎo)致對(duì)該系統(tǒng)的分割。

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《分布式操作系統(tǒng)》為高等學(xué)校研究生系列教材之一，是由高等教育出版社出版。

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