什么是分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

什么是分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)相互連接在一起的客戶機(jī)和服務(wù)器組成，并且其中的任一系統(tǒng)都可能與另一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行通信。在這種網(wǎng)絡(luò)中，不存在一個(gè)處理和控制中心，網(wǎng)絡(luò)中任一結(jié)點(diǎn)都至少和另外兩個(gè)結(jié)點(diǎn)相連接，信息從一個(gè)結(jié)點(diǎn)到達(dá)另一結(jié)點(diǎn)時(shí)，可能有多條路徑。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)結(jié)點(diǎn)均以平等地位相互協(xié)調(diào)工作和交換信息，并可共同完成一個(gè)大型任務(wù)。分組交換網(wǎng)、網(wǎng)狀形網(wǎng)屬于分布式網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)具有信息處理的分布性、可靠性、可擴(kuò)充性及靈活性等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，它是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。

分布式系統(tǒng)的平臺(tái)已經(jīng)成為一個(gè)鏈接某個(gè)組織的各個(gè)工作組、部門、分支機(jī)構(gòu)和各個(gè)分部的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)不是在一臺(tái)服務(wù)器上，而是在許多臺(tái)服務(wù)器上；這些服務(wù)器可能位于多個(gè)不同的地理區(qū)域，并用WAN鏈路相連接。

圖D-26說(shuō)明了從昂貴的集中式系統(tǒng)向可大批量安裝的低成本的分布式系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。在20世紀(jì)80年代末、90年代初，分布式系統(tǒng)由數(shù)量龐大的桌面計(jì)算機(jī)組成，而如今，因特網(wǎng)和Web技術(shù)已經(jīng)大大擴(kuò)展了分布式系統(tǒng)的概念。根據(jù)3Com論文的說(shuō)法，Web是一個(gè)“大規(guī)模分布的系統(tǒng)集合”，它由數(shù)不勝數(shù)的節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)范圍從服務(wù)器到便攜式計(jì)算機(jī)和無(wú)線PDA，更不用說(shuō)那些無(wú)需人工干預(yù)基本上就能夠彼此對(duì)話的嵌入式系統(tǒng)了。

分布式計(jì)算是一門計(jì)算機(jī)科學(xué)，它研究如何把一個(gè)需要非常巨大的計(jì)算能力才能解決的問(wèn)題分成許多小的部分，然后把這些部分分配給許多計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最后把這些計(jì)算結(jié)果綜合起來(lái)得到最終的結(jié)果。

由IBM的Simon Phipps撰寫的一篇論文探討了分布式計(jì)算系統(tǒng)是如何消除在該計(jì)算環(huán)境中的依賴性的，如下所述：

?TCP/IP提供了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)的傳輸層。

?Web客戶機(jī)和服務(wù)器消除了對(duì)平臺(tái)和操作系統(tǒng)的依賴性。

?組件軟件(Java、ActiveX)消除了與購(gòu)買和安裝軟件相關(guān)的爭(zhēng)論。

?XML使數(shù)據(jù)獨(dú)立于軟件。

用Web技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)(如內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和因特網(wǎng))是真正的高級(jí)分布式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。Web技術(shù)為分布式計(jì)算添加了一個(gè)新的維度。Web服務(wù)器為具有Web瀏覽器的任何一臺(tái)客戶機(jī)提供了通用的訪問(wèn)方法。計(jì)算平臺(tái)和操作系統(tǒng)的類型變得無(wú)關(guān)緊要，而無(wú)限制的通信和信息交換卻占據(jù)了主導(dǎo)地位。

最近的分布式計(jì)算項(xiàng)目已經(jīng)被用于使用世界各地成千上萬(wàn)位志愿者的計(jì)算機(jī)的閑置計(jì)算能力，通過(guò)因特網(wǎng)，您可以分析來(lái)自外太空的電訊號(hào)，尋找隱蔽的黑洞，并探索可能存在的外星智慧生命；您可以尋找超過(guò)1000萬(wàn)位數(shù)字的梅森質(zhì)數(shù)；您也可以尋找并發(fā)現(xiàn)對(duì)抗艾滋病病毒的更為有效的藥物。這些項(xiàng)目都很龐大，需要驚人的計(jì)算量，僅僅由單個(gè)的電腦或是個(gè)人在一個(gè)能讓人接受的時(shí)間內(nèi)計(jì)算完成是決不可能的。

分布式環(huán)境具有一些很有趣的特征。它利用了客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算技術(shù)和多層體系結(jié)構(gòu)。它可將處理工作分布在多個(gè)不很昂貴的系統(tǒng)上，從而減輕了服務(wù)器處理許多任務(wù)的工作量。數(shù)據(jù)可以通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)從許多不同的站點(diǎn)上進(jìn)行訪問(wèn)?？梢詫?shù)據(jù)復(fù)制到其他系統(tǒng)以提供容錯(cuò)功能，并使其更接近于用戶。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分布可以使數(shù)據(jù)免遭本地災(zāi)害的破壞。

分布式環(huán)境需要下列組件：

?支持多供應(yīng)商產(chǎn)品和通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。TCP/IP成為實(shí)際使用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

?用于在客戶機(jī)和服務(wù)器之間交換信息的應(yīng)用程序接口，如RPC(遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用)、消息傳遞系統(tǒng)或Web協(xié)議。

?用來(lái)跟蹤資源和信息及其所處位置的目錄命名服務(wù)。

?可支持分區(qū)和復(fù)制以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分布并確保數(shù)據(jù)的可用性、可靠性和保護(hù)的文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)。

?用于使信息更接近于用戶并使通過(guò)遠(yuǎn)距離鏈路傳輸信息所需時(shí)間最小化的高速緩存方案。

?安全功能(如身份驗(yàn)證和授權(quán))以及不同位置的系統(tǒng)之間的信任關(guān)系。

如前所述，Web是最基本的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。您可以訪問(wèn)全世界的Web服務(wù)器，這些服務(wù)器提供了近乎無(wú)限的豐富內(nèi)容。您可以利用目錄服務(wù)來(lái)查找站點(diǎn)。搜索引擎對(duì)整個(gè)Web上的信息進(jìn)行分類，并使您可以對(duì)其進(jìn)行查詢。高速緩存技術(shù)和“內(nèi)容分布”正在使信息與用戶的距離越來(lái)越近。

大規(guī)模分布系統(tǒng)

3Com有一篇論文，名為“Massively Distributed Systems”，是由Dan Nessett撰寫的。該論文談到了從高成本的集中式系統(tǒng)向低成本分布式的高單元容量的產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)，向大規(guī)模分布的系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，這些大規(guī)模分布系統(tǒng)無(wú)處不在并且其運(yùn)行常常超出人們的正常的知識(shí)范圍。對(duì)于那些想了解分布式計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)的人們，建議最好閱讀一下這篇論文。

Nessett探討了兩種分布式處理方法。一種方法是將數(shù)據(jù)移到邊緣處理器，正如Web和基于Web的文件系統(tǒng)那樣。另一種方法是先有處理過(guò)程再接收數(shù)據(jù)，正如活動(dòng)聯(lián)網(wǎng)和Java應(yīng)用小程序那樣(如對(duì)象在分布式系統(tǒng)中移動(dòng)，同時(shí)攜帶代碼和數(shù)據(jù))。如果對(duì)象主要包含數(shù)據(jù)，則它會(huì)更接近于再進(jìn)行處理。如果對(duì)象主要包含代碼，則它更接近于先有處理過(guò)程再接收數(shù)據(jù)。然而，另一種方法是利用瘦客戶機(jī)，這種方法是用戶在與服務(wù)器連接的圖形終端進(jìn)行工作，這些服務(wù)器執(zhí)行所有處理工作并存儲(chǔ)用戶的數(shù)據(jù)。

萬(wàn)維網(wǎng)是由歐洲粒子物理實(shí)驗(yàn)室(CERN)研制的基于Internet的信息服務(wù)系統(tǒng)。WWW以超文本技術(shù)為基礎(chǔ)，用面向文件的閱覽方式替代通常的菜單的列表方式，提供具有一定格式的文本、圖形、聲音、動(dòng)畫等。它是一個(gè)充滿著對(duì)象的大規(guī)模分布的系統(tǒng)，其中各個(gè)Web站點(diǎn)所包含的文檔都同時(shí)包含有對(duì)象和對(duì)其他對(duì)象的索引。

Nessett談到了要使大規(guī)模分布的對(duì)象呈現(xiàn)給缺乏技術(shù)的用戶為何需要新的接口。一個(gè)例子是在用戶可瀏覽的虛擬空間中表示這些對(duì)象，就好像在三維世界中漫游一樣。

分布式和并行處理

分布式計(jì)算技術(shù)的一個(gè)方面是能夠在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上并行運(yùn)行若干個(gè)程序。以分布式計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)，基于構(gòu)件的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)將逐漸取代模塊化的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在主要有兩種分布式計(jì)算技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是以O(shè)MG組織為核心的CORBA標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)是以微軟為代表的基于DCOM的ActiveX標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)，OMG組織在CORBA 標(biāo)準(zhǔn)的制定和推廣方面付出了巨大的努力，同時(shí)許多CORBA標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品也在逐漸成熟和發(fā)展；同時(shí)由于微軟在操作系統(tǒng)方面的絕對(duì)統(tǒng)治地位，ActiveX標(biāo)準(zhǔn)在Windows系列平臺(tái)上顯得更加實(shí)用，相應(yīng)的工具也更加成熟。

分布式并行處理技術(shù)是最適合于在通過(guò)LAN或因特網(wǎng)連接的計(jì)算機(jī)之間發(fā)生的多道處理技術(shù)；而專用并行處理則是最適合于在本地通過(guò)高速接口掛接的系統(tǒng)上發(fā)生的多道處理技術(shù)。

多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的分布式并行處理需要有一個(gè)權(quán)威性的調(diào)度程序，用來(lái)決定何時(shí)何地運(yùn)行程序的一些部分。任務(wù)分布可以實(shí)時(shí)進(jìn)行，也可以按比較緩和的任務(wù)安排來(lái)進(jìn)行。例如，分布式處理已經(jīng)在破譯加密消息上得以使用。Distributed.net項(xiàng)目就是雇用數(shù)千名用戶和他們的計(jì)算機(jī)來(lái)破譯密碼的。用戶收到一個(gè)小程序，該程序可與Distributed.net的主系統(tǒng)進(jìn)行通信，該系統(tǒng)向用戶分布要解決的部分問(wèn)題。當(dāng)用戶的計(jì)算機(jī)空閑時(shí)該程序即會(huì)運(yùn)行。然后在完成后將其結(jié)果返回給主計(jì)算機(jī)。最后，主計(jì)算機(jī)對(duì)所有計(jì)算機(jī)提交的全部結(jié)果進(jìn)行編譯。Distributed.net宣稱，它的用戶網(wǎng)擁有“世界上最快的計(jì)算機(jī)”。

HTC(高吞吐量計(jì)算)環(huán)境是由許多工作站組成的大集合環(huán)境，通常稱之為“網(wǎng)格環(huán)境”。Globus項(xiàng)目就是一個(gè)HTC項(xiàng)目，它可以幫助科研人員利用工作站和超級(jí)計(jì)算機(jī)池中的空閑周期。這一系統(tǒng)是以Condor為基礎(chǔ)的，Condor是一個(gè)經(jīng)過(guò)證實(shí)的系統(tǒng)，已經(jīng)在控制LAN上的空閑工作站時(shí)間上得以應(yīng)用。