1.3　分布式系統(tǒng)的趨勢

分布式系統(tǒng)正在經(jīng)歷巨大的變化，這可追溯到一系列有影響力的趨勢：

• 出現(xiàn)了泛在聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；
• 出現(xiàn)了無處不在計算，它伴隨著分布式系統(tǒng)中支持用戶移動性的意愿；
• 對多媒體設(shè)備的需求增加；
• 把分布式系統(tǒng)作為一個設(shè)施。

1.3.1　泛在聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)是一個巨大的由多種類型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連的集合，網(wǎng)絡(luò)的類型一直在增加，現(xiàn)在包括多種多樣的無線通信技術(shù)，如WiFi、WiMAX、藍(lán)牙（參見第3章）和第三代移動電話網(wǎng)絡(luò)。最終結(jié)果是聯(lián)網(wǎng)已成為一個泛在的資源，設(shè)備可以在任何時間、任何地方被連接（如果愿意）。
圖1-3舉例說明了互聯(lián)網(wǎng)的部分典型組成。互聯(lián)網(wǎng)上的計算機(jī)程序通過傳遞消息進(jìn)行交互，采用了一種公共的通信手段。互聯(lián)網(wǎng)通信機(jī)制（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）的設(shè)計和構(gòu)造是一項(xiàng)重大的技術(shù)成果，它使得一個在某處運(yùn)行的程序能給另一個地方的程序發(fā)送消息。

互聯(lián)網(wǎng)也是一個超大的分布式系統(tǒng)。它使得世界各地的用戶都能利用諸如萬維網(wǎng)、電子郵件和文件傳送等服務(wù)。（有時，Web被不正確地等同于互聯(lián)網(wǎng)。）服務(wù)集是開放的，它能夠通過服務(wù)器計算機(jī)和新的服務(wù)的增加而被擴(kuò)展。圖1-3還展示了許多企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)——由公司和其他組織操作的子網(wǎng)，通常受防火墻的保護(hù)。防火墻的作用是保護(hù)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，防止未授權(quán)的消息進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)。8防火墻是通過過濾到達(dá)消息和外發(fā)消息來實(shí)現(xiàn)的。可以在源或目的地進(jìn)行過濾，或者防火墻可以僅允許與電子郵件和Web訪問相關(guān)的消息進(jìn)出它保護(hù)的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（Internet Service Provider，ISP）是給個體用戶和小型組織提供寬帶鏈接和其他類型連接的公司，使他們能獲得互聯(lián)網(wǎng)上任何地方的服務(wù)；同時提供諸如電子郵件和Web托管等本地服務(wù)。企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)通過主干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互相鏈接。主干網(wǎng)是具有高傳送能力的網(wǎng)絡(luò)鏈接，通常采用衛(wèi)星連接、光纜和其他高帶寬線路。
一些組織并不希望將他們的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)。例如，警察局與其他安全和法律執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能至少有一些內(nèi)部網(wǎng)與外部世界隔離（沒有與互聯(lián)網(wǎng)的任何物理連接——可能是最有效的防火墻）。當(dāng)內(nèi)部用戶和外部用戶之間需要資源共享時，對服務(wù)的合法訪問受到防火墻的阻礙，也會在分布式系統(tǒng)中出現(xiàn)問題。因此，必須經(jīng)常用更細(xì)粒度的機(jī)制和策略（見第11章的討論）作為防火墻的補(bǔ)充。
互聯(lián)網(wǎng)和其支持的服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，使得必須開發(fā)實(shí)用解決方案來解決分布式系統(tǒng)中的許多問題（包括在1.5節(jié)中定義的大多數(shù)問題）。本書將著重闡述這些解決方案，并在適當(dāng)?shù)臅r候說明它們的適用范圍和局限性。9

1.3.2　移動和無處不在計算

設(shè)備小型化和無線網(wǎng)絡(luò)方面的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)逐步使得小型和便攜式計算設(shè)備集成到分布式系統(tǒng)中。這些設(shè)備包括：

• 筆記本電腦。
• 手持設(shè)備，包括移動電話、智能電話、GPS設(shè)備、傳呼機(jī)、個人數(shù)字助理（PDA）、攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)。
• 可穿戴設(shè)備，如具有類似PDA功能的智能手表。
• 嵌入在家電（如洗衣機(jī)、高保真音響系統(tǒng)、汽車和冰箱）中的設(shè)備。

這些設(shè)備大多數(shù)具有可攜帶性，再加上它們可以在不同地方方便地連接到網(wǎng)絡(luò)的能力，使得移動計算成為可能。移動計算是指用戶在移動或訪問某個非常規(guī)環(huán)境時執(zhí)行計算任務(wù)的性能。在移動計算中，遠(yuǎn)離其本地的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（指工作環(huán)境或其住處的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)）的用戶也能通過他們攜帶的設(shè)備訪問資源。他們能繼續(xù)訪問互聯(lián)網(wǎng)，繼續(xù)訪問在他們本地內(nèi)部企業(yè)網(wǎng)上的資源。為用戶在其移動時提供資源（如打印機(jī)）或方便地利用附近的銷售點(diǎn)的情形也在不斷增加。后者也稱為位置感知或上下文感知的計算。移動性為分布式系統(tǒng)引入了一系列的挑戰(zhàn)，包括需要處理變化的連接甚至斷連、需要在設(shè)備移動時維持操作（見1.5.7節(jié)關(guān)于移動透明性的討論）。
無處不在計算是指對在用戶的物理環(huán)境（包括家庭、辦公室和其他自然環(huán)境）中存在的多個小型、便宜的計算設(shè)備的利用。術(shù)語“無處不在”意指小型計算設(shè)備最終將在不會引人注意的日常物品中普及。也就是說，它們的計算行為將透明地緊密捆綁到這些日常物品的物理功能上。
各處的計算機(jī)只有在它們能相互通信時才變得有用。例如，如果用戶能通過電話或一個“通用遠(yuǎn)程控制”設(shè)備控制家里的洗衣機(jī)和娛樂系統(tǒng)，那么用戶會覺得很方便。而洗衣機(jī)在完成洗衣后能通過一個智能徽章或電話通知用戶，也會讓人覺得很方便。
無處不在計算和移動計算有交叉的地方，因?yàn)閺脑砩险f，移動用戶能受益于遍布各處的計算機(jī)。但一般而言，它們是不同的。無處不在計算能讓待在家里或醫(yī)院這樣單一的環(huán)境中的用戶受益。類似地，即使移動計算只涉及常見的、分立的計算機(jī)和設(shè)備（如筆記本電腦和打印機(jī)），它還是有優(yōu)勢的。
圖1-4顯示了一個正在訪問一個組織的用戶。該圖顯示出用戶本地的內(nèi)部網(wǎng)和用戶正在訪問的內(nèi)部網(wǎng)。兩個企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)都連接到互聯(lián)網(wǎng)。

用戶可以使用三種無線連接。筆記本電腦可以連接到被訪問組織的無線LAN。無線LAN覆蓋方圓幾百米的范圍（即建筑物的一層）。10它通過網(wǎng)關(guān)或訪問點(diǎn)連接到被訪問組織的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)。用戶還有一部連到互聯(lián)網(wǎng)的移動電話，電話可以訪問Web和其他互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，只是所顯示的內(nèi)容受限于小的顯示屏幕，電話也可以通過內(nèi)置的GPS功能提供位置信息。最后，用戶攜帶一臺數(shù)碼相機(jī)，它能通過一個個域無線網(wǎng)絡(luò)（其覆蓋范圍大約為10m）與打印機(jī)這樣的設(shè)備通信。
利用適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，用戶能在其訪問地用他們攜帶的設(shè)備完成一些簡單的任務(wù)。當(dāng)用戶到達(dá)其訪問的地方時，他能通過移動電話從Web服務(wù)器上取得最新的股票價格，也能使用內(nèi)置的GPS和路由尋找軟件來獲得到達(dá)目標(biāo)位置的方向。在與訪問單位開會時，通過把數(shù)碼相機(jī)的照片直接發(fā)送到會議室的一臺可用的（本地）打印機(jī)或投影機(jī)上，用戶就能展示最近的照片。這僅僅要求相機(jī)和打印機(jī)或投影機(jī)之間具有無線連接。原則上，用戶可以利用無線LAN或有線的以太網(wǎng)鏈接從筆記本電腦上把文件發(fā)送到同一臺打印機(jī)。
這個場景說明了支持自發(fā)互操作的需求，依靠自發(fā)互操作，設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)被例行地創(chuàng)建和拆除，定位和使用所訪問地的設(shè)備（如打印機(jī)）是一個這方面的例子。這種情況下的最大挑戰(zhàn)是讓互操作快速和方便（即自發(fā)），即使用戶可能在一個他們以前從來沒有訪問過的環(huán)境。這意味著，要讓訪問者的設(shè)備在訪問地的網(wǎng)絡(luò)上通信，并將設(shè)備與合適的本地設(shè)備相關(guān)聯(lián)——這個過程稱為服務(wù)發(fā)現(xiàn)。
移動和無處不在計算是一個熱門的研究領(lǐng)域，上面提到的多個方面將在第19章深入討論。11

1.3.3　分布式多媒體系統(tǒng)

另一個重要的趨勢是在分布式系統(tǒng)中支持多媒體服務(wù)的需求。多媒體支持可以定義為以集成的方式支持多種媒體類型的能力。人們可以期望分布式多媒體系統(tǒng)支持離散類型媒體（如圖片或正文消息）的存儲、傳輸和展示。分布式多媒體系統(tǒng)應(yīng)該能對連續(xù)類型媒體（如音頻和視頻）完成相同的功能，即它應(yīng)該能存儲和定位音頻或視頻文件，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸它們（可能需要以實(shí)時的方式，因?yàn)榱鱽碜詳z像機(jī)），從而能向用戶展示多種媒體類型，以及在一組用戶中共享多種類型的媒體。
連續(xù)媒體的重要特點(diǎn)是它們包括一個時間維度，確實(shí)，媒體類型的完整性從根本上依賴于在媒體類型的元素之間保持實(shí)時關(guān)系。例如，在視頻展示中，保持給定的吞吐量是必要的，它以幀/秒計，而對實(shí)時流來說，是給定幀傳遞的最大延遲。（這是服務(wù)質(zhì)量的一個例子，詳細(xì)討論見1.5.8節(jié)。）
分布式多媒體計算的好處是相當(dāng)大的，因?yàn)槟茉谧烂姝h(huán)境提供大量的新（多媒體）服務(wù)和應(yīng)用，包括訪問實(shí)況或預(yù)先錄下的電視廣播、訪問提供視頻點(diǎn)播服務(wù)的電影資料庫、訪問音樂資料庫、提供音頻和視頻會議設(shè)施、提供集成的電話功能（包括IP電話或相關(guān)的技術(shù)，例如IP電話的一個對等方案Skype，對Skype底層的分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的討論見4.5.2節(jié)）。注意，該項(xiàng)技術(shù)對于制造商重新思考消費(fèi)類設(shè)備方面是革命性的。例如，什么是將來核心的家庭娛樂設(shè)備——計算機(jī)、電視或游戲控制臺？
網(wǎng)絡(luò)播放（webcasting）是分布式多媒體技術(shù)的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)播放是在互聯(lián)網(wǎng)上廣播連續(xù)媒體（典型的是音頻或視頻）的能力，現(xiàn)在常見以這種方式廣播主要的體育或音樂事件，它經(jīng)常吸引大量的觀看者（例如，2005年的Live8音樂會在其高峰同時吸引了大約170000名用戶）。
分布式多媒體應(yīng)用（例如網(wǎng)絡(luò)播放）對底層的分布式基礎(chǔ)設(shè)施提出了大量的要求，包括：

• 提供對一系列（可擴(kuò)展的）編碼和加密格式的支持，例如MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)（包括如流行的MP3標(biāo)準(zhǔn)，也稱MPEG-1音頻第三層）和HDTV；
• 提供一系列機(jī)制來保障所需的服務(wù)質(zhì)量能得到滿足；
• 提供相關(guān)的資源管理策略，包括合適的調(diào)度策略，來支持所需的服務(wù)質(zhì)量；
• 提供適配策略來處理在開放系統(tǒng)中不可避免的場景，即服務(wù)質(zhì)量不能得到滿足或維持。

這些機(jī)制的進(jìn)一步討論可以在第20章找到。12

1.3.4　把分布式計算作為一個公共設(shè)施

隨著分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷成熟，不少公司在推廣這樣的觀點(diǎn)：把分布式資源看成一個商品或公共設(shè)施，把分布式資源和其他公用設(shè)施（例如水或電）進(jìn)行類比。采用這個模型，資源通過合適的服務(wù)提供者提供，能被最終用戶有效地租賃而不是擁有。這種模型可以應(yīng)用到物理資源和更多的邏輯服務(wù)上。

• 聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)可用諸如存儲和處理這樣的物理資源，從而無須自己擁有這樣的資源。從一個維度看，用戶可以為其文件存儲（例如，照片、音樂或視頻等多媒體數(shù)據(jù)的存儲）需求和/或文件備份需求選擇一個遠(yuǎn)程存儲設(shè)施。類似地，利用這個方法，用戶能租用一個或多個計算結(jié)點(diǎn)，從而滿足他們的基本計算需求或者完成分布式計算。從另一個維度看，用戶現(xiàn)在能用像Amazon和Google之類的公司提供的服務(wù)訪問復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心（網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)施，為用戶或機(jī)構(gòu)提供對擁有大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)倉庫的訪問）或計算基礎(chǔ)設(shè)施。操作系統(tǒng)虛擬化是該方法關(guān)鍵的使能技術(shù)，它意味著實(shí)際上可以通過一個虛擬的而不是物理的結(jié)點(diǎn)為用戶提供服務(wù)。這從資源管理角度給服務(wù)提供者提供了更大的靈活性（關(guān)于操作系統(tǒng)虛擬化的詳細(xì)討論見第7章）。
• 用這種方法，軟件服務(wù)（其定義見1.4節(jié)）也能跨全球互聯(lián)網(wǎng)使用。確實(shí)，許多公司現(xiàn)在提供一整套服務(wù)用于租賃，包括諸如電子郵件和分布式日歷之類的服務(wù)。例如，Google將其旗下的一系列業(yè)務(wù)服務(wù)捆綁成Google Apps［www.google.com I］。軟件服務(wù)所遵循的標(biāo)準(zhǔn)，例如Web服務(wù)（見第9章）提供的標(biāo)準(zhǔn)，使得這類開發(fā)成為可能。

關(guān)于計算作為公共設(shè)施，術(shù)語云計算（cloud computing）被用來刻畫其前景。云被定義成一組基于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，并且足以滿足大多數(shù)用戶需求的存儲和計算服務(wù)的集合，這使得用戶能大部分或全部免除本地數(shù)據(jù)存儲和應(yīng)用軟件的使用（見圖1-5）。

　圖1-5　云計算該術(shù)語也推廣“把每個事物看成一個服務(wù)”的觀點(diǎn)，從物理或虛擬基礎(chǔ)設(shè)施到軟件，這樣，服務(wù)經(jīng)常根據(jù)使用而非購買來支付費(fèi)用。注意，云計算減少了對用戶設(shè)備的需求，允許非常簡單的桌面或便攜式設(shè)備來訪問可能很廣范圍內(nèi)的資源和服務(wù)。
通常，云實(shí)現(xiàn)在集群計算機(jī)上，從而提供每個服務(wù)所要求的必要的伸縮性和性能。集群計算機(jī)（cluster computer）是互連的計算機(jī)集合，它們緊密協(xié)作提供單一的、集成的高性能計算能力。在諸如Berkeley的NOW（Network of Workstations）項(xiàng)目［Anderson et al.1995,now.cs.berkeley.edu］和NASA的Beowulf項(xiàng)目［www.beowulf.org］的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在的趨勢是計算機(jī)和互連網(wǎng)絡(luò)都朝著利用商用硬件的方向發(fā)展。13大多數(shù)集群由商用PC組成，這些PC運(yùn)行操作系統(tǒng)（如Linux）的標(biāo)準(zhǔn)版本（有時是縮減版），并通過局域網(wǎng)互聯(lián)。諸如HP、Sun和IBM等公司提供了刀片解決方案。刀片服務(wù)器（blade server）是最小的包含處理和（主存）存儲能力的計算元素。刀片系統(tǒng)由包含在一個刀片機(jī)架中的大量刀片服務(wù)器組成。其他元素例如電源、冷卻、持久存儲（磁盤）、聯(lián)網(wǎng)和顯示，或是由機(jī)架提供或是通過虛擬化解決方案提供（相關(guān)討論見第7章）。通過這個解決方案，單個刀片服務(wù)器比商用PC更小，也更便宜。
集群服務(wù)器的總目的是提供一系列的云服務(wù)，包括高性能計算能力、大容量存儲（例如通過數(shù)據(jù)中心）、豐富的應(yīng)用服務(wù)（如Web搜索——Google依賴大容量集群計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其搜索引擎和其他服務(wù)，相關(guān)討論見第21章）。
網(wǎng)格計算（相關(guān)討論見第9章9.7.2節(jié)）也能被看成是一種云計算。大量的術(shù)語是同義的，偶爾定義得不清楚，但網(wǎng)格計算通常被看成是云計算這種更通用模式的先驅(qū)，它只是偏重于支持科學(xué)計算。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《分布式系统：概念与设计》一1.3　分布式系统的趋势的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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