31、软件开发中的关键要素与实践

软件开发中的关键要素与实践

1. 计算模型

不同的协调方式会产生不同的计算模型，常见的有共享内存（并行）模型和消息传递（分布式）模型。

1.1 共享内存（并行）模型

在共享内存（并行）模型中，所有计算机都可以访问共享的中央内存，并且使用本地缓存来提高处理能力。缓存使用协议（如 MESI 协议）来确保本地数据是最新的。算法设计者为每台计算机选择要执行的程序，对中央内存的访问可以是同步或异步的，并且必须进行协调以保持一致性。为了实现这一目的，已经发明了不同的访问模型。

1.2 消息传递（分布式）模型

在消息传递（分布式）模型中，所有计算机运行一些程序，共同实现某个目标。该系统必须能够正常工作，而不考虑网络的结构。此模型可进一步分为客户端 - 服务器（C/S）、浏览器 - 服务器（B/S）和 n 层模型。
- C/S 模型 ：服务器提供服务，客户端向服务器请求服务。
- B/S 模型 ：服务器提供服务，客户端是浏览器。
- n 层模型 ：每一层为其上一层提供服务，并从其下一层请求服务，可以看作是一系列客户端 - 服务器模型。通常，最底层和最顶层之间的层称为中间件，这是一个独立的研究领域。

1.3 分布式计算的主要问题

在分布式计算环境中，所有组件之间的协调通常是复杂且耗时的。随着核心/CPU/计算机数量的增加，分布式计算的复杂性也会增加。其中，内存一致性和所有计算机之间的共识是最困难的问题。为了解决这些问题，已经发明了许多计算范式，这些也是分布式/并行计