軟件工程課件 12分布式系統(tǒng)構(gòu)架

1、分布式系統(tǒng)構(gòu)架,Distributed Systems Architectures,分布式系統(tǒng)構(gòu)架,是運(yùn)行在多個(gè)處理器上的軟件構(gòu)架設(shè)計(jì) （Architectural design for software that executes on more than one processor,目標(biāo)（Objectives,說明不同分布式系統(tǒng)構(gòu)架的優(yōu)缺點(diǎn)。 討論客戶機(jī)-服務(wù)器和分布式對象構(gòu)架。 介紹對象請求代理（broker）以及CORBA標(biāo)準(zhǔn)的基本原理 介紹點(diǎn)對點(diǎn)和面向服務(wù)的構(gòu)架，它們代表著新的分布式計(jì)算模型,分布式系統(tǒng),事實(shí)上，現(xiàn)在所有基于計(jì)算機(jī)的大型系統(tǒng)都是分布式系統(tǒng) 信息處理不是局限在一臺機(jī)器上

2、，而是分配到若干個(gè)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的。 因此對于企業(yè)計(jì)算系統(tǒng)而言，分布式軟件工程非常重要,系統(tǒng)類型（System types,個(gè)人系統(tǒng)，它不是分布式的，它是為個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站設(shè)計(jì)的。 嵌入式系統(tǒng)，它運(yùn)行在單一處理器或者在一組集成在一起的處理器上。 分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件運(yùn)行在由一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接在一起的，結(jié)合松散而又相互協(xié)作的一組處理器上,分布式系統(tǒng)的特點(diǎn),資源共享（Resource sharing） 共享硬件和軟件資源。 開放性（Openness） 可使用有不同供應(yīng)商提供的設(shè)備和軟件。 并發(fā)性（Concurrency） 可通過并行處理來增強(qiáng)性能。 縮放性（Scalability） 可通過增加新的資源來

3、提高生產(chǎn)力。 容錯(cuò)（Fault tolerance） 在出現(xiàn)某個(gè)失誤之后仍具備繼續(xù)運(yùn)行的能力,分布式系統(tǒng)的缺點(diǎn),復(fù)雜性（Complexity） 一般來說，分布式系統(tǒng)比集中式系統(tǒng)復(fù)雜得多。 保密性（Security） 更易受到外部攻擊。 可管理性（Manageability） 需要更多的人力來管理系統(tǒng)。 不可預(yù)見性（Unpredictability） 響應(yīng)結(jié)果難于預(yù)料，與系統(tǒng)構(gòu)造和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況有關(guān),分布式系統(tǒng)構(gòu)架,Client-server architectures 服務(wù)是分布式的，由客戶機(jī)調(diào)用。提供服務(wù)是服務(wù)器，它對使用服務(wù)的客戶機(jī)分別進(jìn)行處理。 Distributed object ar

4、chitectures 客戶機(jī)和服務(wù)器沒有明顯的區(qū)別。在系統(tǒng)中，任何對象都可以提供服務(wù)和使用其它對象的服務(wù),中間件（Middleware,它是管理和支持一個(gè)分布式系統(tǒng)中不同構(gòu)件的軟件。本質(zhì)上，它處于系統(tǒng)的中層。 中間件通常是非定制品（ off-the-shelf ），它不是專門編寫的軟件。 舉例（Examples） 事務(wù)處理監(jiān)視器（Transaction processing monitors）； 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（Data converters）； 通信控制器（Communication controllers,多處理器（Multiprocessor ）構(gòu)架,是最簡單的分布式系統(tǒng)模型。 系統(tǒng)由多個(gè)

5、處理器組成，并可以在運(yùn)行不同的處理器上（不一定必要）。 是許多大型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)的構(gòu)架模型。 處理器分配過程可以是預(yù)先排定的，也可以是由一個(gè)調(diào)度程序（ despatcher）來控制的,一個(gè)多處理器的交通控制系統(tǒng),客戶機(jī)-服務(wù)器構(gòu)架,應(yīng)用建模是按照由服務(wù)器提供一系列服務(wù)并由一組客戶機(jī)使用這些服務(wù)的模式進(jìn)行的。 客戶機(jī)知道服務(wù)器，但服務(wù)器不必知道客戶機(jī)。 客戶機(jī)和服務(wù)器是不同的邏輯過程。 處理器與過程的映射不必是一對一的，即可以是一對多或多對多的,一個(gè)客戶機(jī)-服務(wù)器系統(tǒng),在一個(gè)C/S網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī),分層應(yīng)用構(gòu)架,表現(xiàn)層（Presentation layer） 包括向系統(tǒng)用戶顯示計(jì)算結(jié)果和收集用戶的輸入

6、方面。 應(yīng)用處理層（Application processing layer） 提供指定的應(yīng)用功能，例如在銀行系統(tǒng)中，像開戶、閉戶等銀行業(yè)務(wù)。 數(shù)據(jù)管理層（Data management layer） 涉及到對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理的問題,應(yīng)用分層,Thin and fat clients,瘦客戶機(jī)模型（Thin-client model ） 在瘦客戶機(jī)模型中，所有的應(yīng)用處理和數(shù)據(jù)管理都在服務(wù)器上執(zhí)行?？蛻魴C(jī)只負(fù)責(zé)運(yùn)行表現(xiàn)層軟件。 胖客戶機(jī)模型（Fat-client model ） 在這種模型中，服務(wù)器只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理?？蛻舳塑浖?shí)現(xiàn)應(yīng)用邏輯和與系統(tǒng)用戶進(jìn)行交互,Thin and fat clien

7、ts,瘦客戶機(jī)（Thin client）模型,用于把遺留系統(tǒng)遷移到客戶機(jī)-服務(wù)器構(gòu)架的情況 遺留系統(tǒng)本身就像是一個(gè)服務(wù)器，它的圖形界面由客戶機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 一個(gè)主要的缺點(diǎn)是服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的處理負(fù)擔(dān)都很重,胖客戶機(jī)（Fat client）模型,把盡可能多的處理委托給（be delegated to ）客戶機(jī)，例如把應(yīng)用處理放在本地執(zhí)行。 最適合于新的客戶機(jī)-服務(wù)器系統(tǒng)，此處客戶機(jī)的能力是預(yù)知的。 比瘦客戶機(jī)模型要復(fù)雜一些，對管理來說更是如此。不得不到所有的客戶機(jī)上安裝新的應(yīng)用版本,A client-server ATM system,三層（Three-tier ）構(gòu)架,在三層構(gòu)架中，每個(gè)應(yīng)用構(gòu)架層可以

8、運(yùn)行在一個(gè)單獨(dú)的處理器上。 比瘦客戶機(jī)方法的性能更好，并且比胖客戶機(jī)方法的更容易管理。 是一個(gè)縮放性更強(qiáng)的構(gòu)架當(dāng)需求增加，可以另外加入服務(wù)器,A 3-tier C/S architecture,An internet banking system,Use of C/S architectures,分布式對象構(gòu)架,在分布式對象構(gòu)架中，客戶機(jī)和服務(wù)器沒有區(qū)別。 每個(gè)分布實(shí)體都是一個(gè)對象，它向其它對象提供服務(wù)同時(shí)也接受其它對象的服務(wù)。 對象通信通過一個(gè)中間件進(jìn)行，稱為一個(gè)對象的請求代理。 然而，設(shè)計(jì)起來比起客戶機(jī)-服務(wù)器系統(tǒng)要復(fù)雜的多,Distributed object architecture,

9、分布式對象構(gòu)架的好處,允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)者晚一點(diǎn)決定在何處和如何提供服務(wù)的問題。 它是非常開放的構(gòu)架，在需要的時(shí)候它允許加入新的資源。 系統(tǒng)是靈活的(flexible)和可縮放的(scaleable)。 當(dāng)需要的時(shí)候，它可以通過在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行動(dòng)態(tài)的對象遷移來重新配置(reconfigure)系統(tǒng),分布式對象構(gòu)架的用途,是一種允許你構(gòu)造和組織系統(tǒng)的邏輯模型。在這種情況下，你只要依靠服務(wù)及其組合就可以構(gòu)思如何提供應(yīng)用功能。 是一種靈活的實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)-服務(wù)器系統(tǒng)的方法。雖然系統(tǒng)的邏輯屬于客戶機(jī)-服務(wù)器模型，但是客戶機(jī)和服務(wù)器兩者都可以用分布式對象實(shí)現(xiàn)，它們在一種公共的通信框架下進(jìn)行通信,一個(gè)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng),

10、數(shù)據(jù)挖掘（mining）系統(tǒng),該系統(tǒng)的邏輯模型不再是一個(gè)數(shù)據(jù)管理服務(wù)的供應(yīng)者。 它允許在不破壞系統(tǒng)的情況下增加對一些數(shù)據(jù)庫的訪問。 通過加入新的集成器（integrator）對象，它允許把新的關(guān)系類型挖掘出來,CORBA通用對象請求代理構(gòu)架,CORBA是一個(gè)對象請求代理的一種國際標(biāo)準(zhǔn)，它是管理分布式對象通信的中間件。 對分布計(jì)算中間件的需求處在兩個(gè)級別上： 在邏輯通信級別上，中間件允許對象在不同的計(jì)算機(jī)上交換數(shù)據(jù)和控制信息； 在構(gòu)件級別上，中間件為開發(fā)兼容構(gòu)件提供一個(gè)基礎(chǔ)。CORBA構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)定義好,CORBA application structure,CORBA應(yīng)用結(jié)構(gòu),應(yīng)用對象（App

11、lication objects）。 標(biāo)準(zhǔn)對象（Standard objects），由OMG定義，針對特定領(lǐng)域，例如保險(xiǎn)業(yè)。 基礎(chǔ)CORBA服務(wù)（ Fundamental CORBA services），例如目錄和安全管理。 橫向工具（Horizontal facilities） ，它可以橫跨許多不同的應(yīng)用。 例如用戶界面工具，系統(tǒng)管理工具等,CORBA application structure,CORBA 標(biāo)準(zhǔn),一個(gè)針對應(yīng)用對象的對象模型 一個(gè)CORBA對象是對狀態(tài)的一個(gè)封裝，它具有定義好的接口（用接口定義語言IDL) ，并且這種接口與語言類型無關(guān)。 由一個(gè)對象請求代理來管理對象服務(wù)請求。

12、 有一套常規(guī)對象服務(wù)供許多分布式應(yīng)用使用。 還有建立在這些服務(wù)之上的一套公共構(gòu)件,CORBA 對象,原則上，CORBA對象可以與C+和Java對象進(jìn)行比較。 它們必須有一個(gè)單獨(dú)的接口定義，該定義采用與C+ 類似的通用語言(接口定義語言-IDL)。 這種接口定義語言（IDL）可以映射到編程語言上 (C+, Java等)。 因此，用不同語言編寫的對象可以相互通信,對象請求代理(ORB,由對象請求代理（ORB）操縱對象通信。它了解全部在系統(tǒng)中的對象及其接口。 在使用一個(gè)ORB的時(shí)候, 呼叫對象附有一個(gè)IDL票根（ stub ），上面定義了被叫對象的接口。 調(diào)用這個(gè)票根也就調(diào)用了ORB ，隨后ORB

13、發(fā)布一個(gè)IDL 主票（ skeleton ）來調(diào)用所需對象，由此連接到實(shí)現(xiàn)該服務(wù)的接口,基于ORB對象的通信,ORB組間通信,ORB組通常不是一個(gè)單獨(dú)的程序，而是由在一個(gè)對象庫中的一批對象所構(gòu)成的。這個(gè)數(shù)據(jù)庫與某個(gè)開發(fā)應(yīng)用有關(guān)。 ORB組對在同一個(gè)機(jī)器上運(yùn)行的對象之間的通信進(jìn)行處理。 在一個(gè)分布式系統(tǒng)中可以擁有好幾個(gè)ORB組，每臺計(jì)算機(jī)有自己的ORB組 。 在調(diào)用分布式對象時(shí)要用到ORB組間通信（Inter-ORB communications）,Inter-ORB communications,CORBA服務(wù),命名和交易服務(wù)（Naming and trading services） 允許在網(wǎng)

14、絡(luò)上發(fā)現(xiàn)和引用其它對象。 告示服務(wù)（Notification services） 允許對象向其它對象發(fā)出某個(gè)事件已經(jīng)發(fā)生的布告。 事務(wù)服務(wù)（Transaction services） 支持事務(wù)的原子性，在失敗時(shí)可以回朔,互結(jié)構(gòu)計(jì)算,出于保密性和互操作性方面的理由，大多數(shù)分布計(jì)算是在企業(yè)級別上實(shí)現(xiàn)的。 本地標(biāo)準(zhǔn)，在管理和操作的過程上使用。 已經(jīng)設(shè)計(jì)出更加新的分布計(jì)算模型來支持互結(jié)構(gòu)計(jì)算，其中不同的節(jié)點(diǎn)分布在不同的機(jī)構(gòu)中,點(diǎn)對點(diǎn)（Peer-to-peer）構(gòu)架,點(diǎn)對點(diǎn)(p2p)系統(tǒng)是非集中式的系統(tǒng)，其中計(jì)算可以在網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行。 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圍繞著充分發(fā)揮大量在網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)的計(jì)算力和

15、存儲力。 大多數(shù)p2p系統(tǒng)是個(gè)人系統(tǒng)，然而利用這個(gè)技術(shù)的業(yè)務(wù)正在增加,P2p architectural models,邏輯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架 非集中式的構(gòu)架； 半集中式的構(gòu)架。 應(yīng)用構(gòu)架 構(gòu)件的一般構(gòu)造（ organisation ）構(gòu)成了一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)應(yīng)用。 這里聚焦于網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架,Decentralised p2p architecture,Semi-centralised p2p architecture,面向服務(wù)（Service-oriented）的構(gòu)架,它的概念基于由外部提供的服務(wù)（ web 服務(wù)） 一個(gè)web服務(wù)是一種標(biāo)準(zhǔn)方法，它力圖在web范圍內(nèi)找到和訪問一個(gè)可復(fù)用的構(gòu)件 一個(gè)繳稅服務(wù)就可以向

16、用戶提供填寫他們的稅表和向稅局提交的服務(wù),一個(gè)一般服務(wù),由一個(gè)團(tuán)體向其他團(tuán)體做出一個(gè)行動(dòng)或表現(xiàn)。雖然該過程受到一個(gè)物理產(chǎn)品的約束，這個(gè)表現(xiàn)本質(zhì)上是不確定的，正常情況下它不會引發(fā)任何與生產(chǎn)因素有關(guān)的所有權(quán)問題。 因此服務(wù)供應(yīng)與應(yīng)用所采用的服務(wù)類型無關(guān),Web services,服務(wù)和分布對象,不限定提供者。 公開發(fā)布想要的服務(wù)。 潛在地綁定實(shí)時(shí)服務(wù) 通過合成的方式伺機(jī)構(gòu)造新的服務(wù)。 為所用的服務(wù)付費(fèi)。 更加短小精致的應(yīng)用。 使應(yīng)用具有反應(yīng)力和適應(yīng)力,服務(wù)標(biāo)準(zhǔn),服務(wù)是以已經(jīng)達(dá)成一致協(xié)議的XML標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，因此它可以由任何平臺提供和用任何編程語言編寫。 主要標(biāo)準(zhǔn)： SOAP - Simple Obj

17、ect Access Protocol，簡單對象訪問協(xié)議； WSDL - Web Services Description Language，WEB服務(wù)描述語言； UDDI - Universal Description, Discovery and Integration. 通用描述、發(fā)現(xiàn)和集成,服務(wù)情節(jié),一個(gè)車內(nèi)信息系統(tǒng)給司機(jī)提供有關(guān)天氣、道路交通條件、當(dāng)?shù)匦畔⒌鹊?。它連接到車上收音機(jī)上，因此可以在一個(gè)特定的收音機(jī)頻道上發(fā)布信息。 這輛車配備有GPS接收器以便找到它的位置，并且根據(jù)這個(gè)位置，系統(tǒng)可以獲得一組信息服務(wù)。信息可以用司機(jī)指定的語言進(jìn)行發(fā)布,汽車系統(tǒng)（Automotive system,分布系統(tǒng)支持資源共享、開放性、并發(fā)性、縮放性、容錯(cuò)和透明性。 客戶機(jī)-服務(wù)器構(gòu)架涉及到服務(wù)器向在客戶機(jī)上的操作程序提供服務(wù)的問題。 用戶界面軟件總是在客戶機(jī)上運(yùn)行，而數(shù)據(jù)管理軟件則在服務(wù)器上運(yùn)行。應(yīng)用功能既可以放在客戶機(jī)上也可以在服務(wù)器上。 在一個(gè)分布式對象構(gòu)架中，客戶機(jī)和服