《分布式操作系统》知识点（29～34）五

注：

（4）8 P160：（4）代表该道题属于第4章的内容，8是题号（第8题），P160是该习题在书中的大体页码。

29在分布式操作系统中，说明单内核的含义，并说明为什么采用微内核技术，通常微内核提供应提供哪些服务？PPT Ch1P21

答：单内核：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。单内核：集中式操作系统+网络服务和远程服务。单内核系统唯一潜在的优点是性能。

微内核：内核尽可能少的提供服务，大量的操作系统服务可从用户级服务器上获得。微内核具有更好的灵活性。

微内核只提供四种最小的服务：1.进程间通信机制 2.某些内存管理功能 3.少量的低层进程管理和调度 4. 低层输入/输出服务。

30解决可伸缩性的技术包括隐藏通信延迟、分布和复制，试举例说明分布和复制技术是如何解决可伸缩性的。P10

答：分布技术：把某个组件分割成多个部分，然后再将它们分散到系统中去。使用分部技术的一个例子是因特网DNS，DNS名字空间是由域（domain）组成的分层树状结构，域又划分为互不重叠的区（zone）。每个区内的名字都有单个域名服务器处理。从根本上来说，解析一个名字意味着返回与该名字相关联的主机的网络地址。把DNS提供的命名服务分布到多台计算机上进行，避免了单个服务器不得不处理所有名字解析请求所面临的困境。

复制技术：将副本分布到系统各处通常是一个好办法。复制不仅能够增加可用性，而且还有助于组件间的负载平衡，从而使性能得到提高。同样，对于在地域上比较分散的系统来说，在请求者附近有一份副本可以在很大程度上隐藏前面提到的通信等待时间的问题。例如一个中型或大型公司往往由地理上分散的部门所组成，这些部门通常需要进行数据共享。利用数据复制技术可以实现数据共享，它通过将这些共享数据复制到位于不同地点的多个数据库中，从而实现数据的本地访问，减少了网络负荷，并提高了数据访问的性能，而且通过对数据库中的数据定期同步（通常是每天晚上），从而确保了所有的用户使用同样的、最新的数据。

31在分布式系统中，软件体系结构是一个非常重要的概念，涉及如何组织软件成分及如何交互等，详细说明四种Architectural Style。P24

答：四种体系结构的样式：

（1）分层体系结构；

（2）基于对象的体系结构；

（3）以数据为中心的体系结构；

（4）基于事件的体系结构。

分层体系结构：组件组成了不同的层，其中Li中的组件可以调用下面的层Li-1。一个关键因素是，其控制是从一层到另一层的：请求是从上往下，而请求结果则是从从下往上。

基于对象的体系结构：是一种很松散的组织结构。基本上，每个对象都对应一个组件，这些组件是通过（远程）过程调用机制来连接的。分层和基于对象的体系结构仍然是大型软件系统最重要的样式。

以数据为中心的体系结构：是从这种思想中发展而来的：进程通信需要通过一个公用（被动或主动的）仓库。对分布式系统来说，认为这种体系结构与分层和基于对象的体系结构同等重要存在争议。

基于事件的体系结构：进程基本上是通过事件的传播来通信的的，事件传播还可以哈有选择地携带数据。对分布式系统来说，事件传播通常与发布/订阅系统有关。其基本思想是，进程发布事件，然后中间件将确保那些订阅了这些事件的进程才接收它们。基于事件的系统的主要优点是，进程是松耦合的。从原理上说，它们无需明确地引用对方，这又称为是引用去耦的。

32客户机服务器应用可以将软件成分分为三层，说明每一层的作用，并说明Internet搜索引擎是如何按三层结构组织软件成分的。P26、P27

答：可以将软件成分分为三层：

（1）用于接口层；

（2）处理层；

（3）数据层。

用户接口层：含有直接与用户交互所需的一切，负责处理与用户的交互。例如，显示管理。客户通常实现用户接口层，该层由允许终端用户与应用程序交互的程序组成，复杂的用户接口程序之间区别很大。

处理层：通常包含有应用程序的核心功能。

数据层：管理要使用的实际数据，负责操作数据库或文件系统。

如果忽略掉所有的动画标语、图像和其他窗口修饰，搜索引擎的用户接口非常简单：用户输入关键字字符串，然后显示出Web网页的列表。后端是由一个巨大的Web网页数据库组成，这些Web网页是预取的，且已加索引。搜索引擎的核心是把用户的关键字字符串转换为一个或多个数据库查询的程序。它可以把结果排名成一个列表，并把列表转换成HTML页面列表。在客户-服务器模型中，这种信息检索部分往往是放在处理层。

33 P2P是典型的非集中式体系结构，说明在结构化P2P系统中如何组织节点和数据，如何查找数据，如何进行成员管理。P31

答：在结构化P2P体系结构中，覆盖网络是用一个确定性的过程构成的。这个使用最多的进程是通过一个分布式哈希表来组织进程的。在基于DHT的系统中，从一个大的标识符空间中选取一个随机关键数赋给该系统中的结点。根据某种距离尺度把数据项的关键值唯一地映射给结点的标识符。最重要的是，当查找数据项时，会返回对应数据项的结点的网络地址。这就可以通过把数据项的请求路由给相应的结点来完成。

每个结点有维护到其他结点的捷径，这样查找工作可以在O(log(N))步完成，其中N是覆盖网络中的结点数。在Chord中，如果某个结点要加入该系统，它首先生成一个随机标识符。然后，结点就可以进行一个对id的查找，返回网络地址succ(id)。此时，所加入的结点只需与succ(id)及其前继者联系，并把自己加入到该环中即可。当然，这种方案需要每个结点都存储了其前继者的信息。插入操作还得使得succ(id)转移到其关键值与结点id相关联的每个数据项中。离开结点也很简单：结点id告知其前继者和后继者它要离开，并把其数据项转移给succ(id)。

34 BitTorrent系统采用了集中与分布相结合的体系结构，说明BitTorrent系统的主要构成成分，并说明其工作原理。P37

答：BitTorrent Web页面：Web服务器，含有指向文件服务器的引用。

.torrent文件：文件服务器，含有指向跟踪器的引用，含有要下载特定文件的信息。

跟踪器：存储了F的结点列表，保持有活动结点的精确记录，而这些结点具有所请求的文件块。

活动结点：当前正在下载另一个文件的结点

文件共享系统BitTorrent是一个点对点文件下载系统。其基本思想是，当一个终端用户要查找某个文件时，他可以从其他用户那儿下载文件块，知道所下载的文件块能够组装成完整的文件为止。一个重要的设计目标是确保协作性。只有当下载客户为他人提供了内容，文件才能下载。

要下载一个文件，用户需要访问一个全局目录，它只是执行Web站点中的一个。这种目录含有指向名为.torrent文件的引用。一个.torrent文件含有要下载特定文件的信息。特别地，它指向一个跟踪器。这是一个服务器，它保持有活动结点的精确记录，而这些结点具有所请求的文件块。一个活动结点就是当前正在下载另一个文件的结点。通常，每个文件（或文件集）只有一个跟踪器。

一旦一个节点确定了从哪里可以下载文件块，下载结点就变成了活动的。此时，它就被强制为其他节点提供帮助，例如，提供它正在下载但其他结点还没有的文件块这种强制性来自一个非常简单的规则：如果结点P知道结点Q正在下载而不只是上传，P就可以决定降低发送数据给Q的速率。只要P需要从Q那里下载，这种方案就能很好的工作。鉴于这个原因，结点往往有很多指向其他结点的引用，使得它们处于一个更好的位置来交换数据。

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