什么是分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

什么是分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由多個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)都可能與另一個系統(tǒng)進(jìn)行通信。在這種網(wǎng)絡(luò)中，不存在一個處理和控制中心，網(wǎng)絡(luò)中任一結(jié)點(diǎn)都至少和另外兩個結(jié)點(diǎn)相連接，信息從一個結(jié)點(diǎn)到達(dá)另一結(jié)點(diǎn)時，可能有多條路徑。同時，網(wǎng)絡(luò)中各個結(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)的平臺已經(jīng)成為一個鏈接某個組織的各個工作組、部門、分支機(jī)構(gòu)和各個分部的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)不是在一臺服務(wù)器上，而是在許多臺服務(wù)器上；這些服務(wù)器可能位于多個不同的地理區(qū)域，并用WAN鏈路相連接。

圖D-26說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。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論文的說法，Web是一個“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)器到便攜式計算機(jī)和無線PDA，更不用說那些無需人工干預(yù)基本上就能夠彼此對話的嵌入式系統(tǒng)了。

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

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

?TCP/IP提供了一個網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的傳輸層。

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

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

?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))是真正的高級分布式計算網(wǎng)絡(luò)。Web技術(shù)為分布式計算添加了一個新的維度。Web服務(wù)器為具有Web瀏覽器的任何一臺客戶機(jī)提供了通用的訪問方法。計算平臺和操作系統(tǒng)的類型變得無關(guān)緊要，而無限制的通信和信息交換卻占據(jù)了主導(dǎo)地位。

最近的分布式計算項(xiàng)目已經(jīng)被用于使用世界各地成千上萬位志愿者的計算機(jī)的閑置計算能力，通過因特網(wǎng)，您可以分析來自外太空的電訊號，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1000萬位數(shù)字的梅森質(zhì)數(shù)；您也可以尋找并發(fā)現(xiàn)對抗艾滋病病毒的更為有效的藥物。這些項(xiàng)目都很龐大，需要驚人的計算量，僅僅由單個的電腦或是個人在一個能讓人接受的時間內(nèi)計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)可以通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)從許多不同的站點(diǎn)上進(jìn)行訪問?？梢詫?shù)據(jù)復(fù)制到其他系統(tǒng)以提供容錯功能，并使其更接近于用戶。對數(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。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)程過程調(diào)用)、消息傳遞系統(tǒng)或Web協(xié)議。

?用來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。

?用于使信息更接近于用戶并使通過遠(yuǎn)距離鏈路傳輸信息所需時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算機(jī)系統(tǒng)。您可以訪問全世界的Web服務(wù)器，這些服務(wù)器提供了近乎無限的豐富內(nèi)容。您可以利用目錄服務(wù)來查找站點(diǎn)。搜索引擎對整個Web上的信息進(jìn)行分類，并使您可以對其進(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，向大規(guī)模分布的系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，這些大規(guī)模分布系統(tǒng)無處不在并且其運(yùn)行常常超出人們的正常的知識范圍。對于那些想了解分布式計算發(fā)展趨勢的人們，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程再接收數(shù)據(jù)，正如活動聯(lián)網(wǎng)和Java應(yīng)用小程序那樣(如對象在分布式系統(tǒng)中移動，同時攜帶代碼和數(shù)據(jù))。如果對象主要包含數(shù)據(jù)，則它會更接近于再進(jìn)行處理。如果對象主要包含代碼，則它更接近于先有處理過程再接收數(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用戶的數(shù)據(jù)。

萬維網(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、動畫等。它是一個充滿著對象的大規(guī)模分布的系統(tǒng)，其中各個Web站點(diǎn)所包含的文檔都同時包含有對象和對其他對象的索引。

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

分布式和并行處理

分布式計算技術(shù)的一個方面是能夠在多臺計算機(jī)上并行運(yùn)行若干個程序。以分布式計算技術(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算技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，一個是以O(shè)MG組織為核心的CORBA標(biāo)準(zhǔn)，另一個是以微軟為代表的基于DCOM的ActiveX標(biāo)準(zhǔn)。近年來，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，同時許多CORBA標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品也在逐漸成熟和發(fā)展；同時由于微軟在操作系統(tǒng)方面的絕對統(tǒng)治地位，ActiveX標(biāo)準(zhǔn)在Windows系列平臺上顯得更加實(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LAN或因特網(wǎng)連接的計算機(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高速接口掛接的系統(tǒng)上發(fā)生的多道處理技術(shù)。

多個計算機(jī)系統(tǒng)間的分布式并行處理需要有一個權(quán)威性的調(diào)度程序，用來決定何時何地運(yùn)行程序的一些部分。任務(wù)分布可以實(shí)時進(jìn)行，也可以按比較緩和的任務(wù)安排來進(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算機(jī)來破譯密碼的。用戶收到一個小程序，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題。當(dāng)用戶的計算機(jī)空閑時該程序即會運(yùn)行。然后在完成后將其結(jié)果返回給主計算機(jī)。最后，主計算機(jī)對所有計算機(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“世界上最快的計算機(jī)”。

HTC(高吞吐量計算)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HTC項(xiàng)目，它可以幫助科研人員利用工作站和超級計算機(jī)池中的空閑周期。這一系統(tǒng)是以Condor為基礎(chǔ)的，Condor是一個經(jīng)過證實(shí)的系統(tǒng)，已經(jīng)在控制LAN上的空閑工作站時間上得以應(yīng)用。