分布式计算系统导论（课后题）

1.1 推动分布式计算系统发展的技术基础

高性能微处理器的开发
高速计算机网络的发明
计算模型与算法的进展

1.2 什么是分布式计算系统？实质是什么？

分布式计算系统是由多个相互连接的计算机组成的一个整体，这些计算机在一组系统软件（分布式操作系统或中间件）环境下，合作执行一个共同的或不同的任务，最少依赖于集中的控制过程、数据和硬件。
实质：分布计算系统=分布式硬件+分布式控制+分布式数据。

1.3 什么是分布式系统的开放性，实现开放性的基本技术途径是什么？

开放性是指能否用各种方法进行扩展和重新实现。
系统部件软件接口的规范说明书、文档公开。

1.4 什么是分布式系统的可扩展性，可扩展性设计面临的挑战是什么？

一个系统在资源数量和用户数量增加时仍能有效工作，即可扩展。
挑战：

1. 控制物理资源成本
2. 控制性能损失
3. 防止资源耗尽
4. 避免性能瓶颈

1.5 什么是分布式系统的异构性，如何隐藏分布式系统的异构性？

允许用户访问运行在异构的计算机和网络的服务，用户程序可以运行在这类异构的结构上。异构包括：异构网络、异构计算机硬件、异构操作系统、异构程序设计语言、不同开发商的实现
隐藏办法：1. 中间件技术 2. 虚拟机技术

1.6 什么是分布式系统的透明性，过分强调透明性会带来什么问题？

向用户隐藏了分布式计算系统部件的差异，系统被认为是一个整体，而不是独立部件的集合。包括：访问、位置、并发、失效、复制、迁移、性能、规模。
问题：等待时间过长，影响使用。

1.7 系统透明性与资源有效利用有什么关系？存在什么矛盾？

当分布式系统条件不允许时，强调系统透明性则会影响资源的有效利用，资源耗费在保证透明性中，不能得到有效利用。是不可兼得的矛盾。（待定…）

1.8 什么是分布式系统的安全性？分布式系统安全性的基本技术途径是什么？

基于开放环境下的分布式计算系统应有安全措施。
措施包括：

1. 身份认证技术
2. 消息加密技术
3. 访问控制技术

1.10 多处理机与多计算机的区别是什么？同构多计算机和异构多计算机各有什么特点？

区别：多计算机是将多个计算机联合起来处理问题,
多处理机是在一个系统内集成多个处理器.
广义上说，使用多台计算机协同工作来完成所要求的任务的计算机系统都是多处理机系统。即多计算机系统。
狭义上说：多处理机系统的作用是利用系统内的多个CPU来并行执行用户的几个程序，以提高系统的吞吐量或用来进行冗余操作以提高系统的可靠性。

同构计算机的特点：
1.每个节点是一台计算机，包含CPU和存储器。
2.节点间的通信量较少。
3.同构计算机系统的互连有两种结构：基于总线的多计算机系统和基于交换的多计算机系统。

异构计算机的特点：
1.节点差异很大，节点可能是多处理机系统、集群或并行高性能计算机。
2.节点间通过互联网络如Internet连接起来的。
3.有两种实现方法：采用分布式操作系统和中间件软件层。

1.12什么是UMA和NUMA？它们与多处理机和多计算机的结构有什么关系？

UMA是一致性存储访问结构，指所有处理机访问存储的时间相等。
NUMA是非一致性存储访问结构，指每个处理机都有私有存储器，这些私有存储器又声称可以被其他处理机共享构成全局存储器。
UMA指基于总线或交换的多处理机结构，处理机访问存储器的时间相同，因此是一致性存储访问结构。
NUMA指多计算机结构，每个计算机由CPU与存储器构成，因而访问本地存储的时间相比访问其他计算机存储器时间短，因此是非一致性存储访问结构。

1.13 微内核操作系统和单晶操作系统在组织上的区别及其优缺点。

微内核操作系统：将系统分为两部分，管理模块和小型微内核。
优点：便于对管理模块的修改升级。
缺点：效率低
单晶操作系统：整个操作系统的代码是一个庞大的单一的程序，全部驻村在内核地址空间。
优点：效率高
缺点：修改与调试困难

1.14 什么是微内核操作系统的纵向组织和横向组织？

纵向组织：用户进程与进程内核没有差别。用户进程提供陷阱或系统调用进入内核，内核执行完成请求后返回用户进程。内核的资源由数据结构表示，为进程所共享。更适合UMA多处理机结构。
横向组织：每个内核资源用一个内核表示，内核进程的同步和应用进程与内核进程间的通信是通过消息传送机制实现的，更适合分布式多计算机结构。

1.15 Amoeba操作系统的功能和特点是什么？他适应哪些硬件组织与互联结构？

Amoeba是一个异构多计算机分布式操作系统。
硬件组织：处理机池、用户终端、服务器
互联结构：RPC、组通信、FLIP协议

1.16 什么是中间件，它的功能是什么？它在分布式系统中的地位是什么？

中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件位于客户机/ 服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通讯，是连接两个独立应用程序或独立系统的软件

功能：命名服务 作业调度 高级通信服务 资源管理 数据持久化 分布式事务
分布式文档系统 安全服务

地位：中间件的一个重要目标是对应用程序隐藏底层平台的异构型，因此中间件系统都提供一组完整度不同的服务集。这些服务是通过中间件系统提供的接口来调用的。一般禁止跳过中间件层直接调用底层操作系统的服务。

1.17 计算机网络与分布式计算系统的差别是什么？

分布式系统与计算机网络的主要区别不在它们的物理结构上，而是在高层软件上。分布式系统是一个建立在网络之上的软件系统，　　
这种软件保证了系统高度的一致性与透明性。分布式系统的用户不必关心网络环境中资源分布情况，以及连网计算机的差异，用户的作业管理与文件管理过程是透明的。　　
计算机网络为分布式系统研究提供了技术基础，而分布式系统是计算机网络技术发展的高级阶段。

1.18 分布式系统有哪些计算模式？

1.面向对象模式
2.面向服务模式
3.公用计算模式
4.志愿参与模式

面向对象模式OOM
面向对象模式OOM（ Object Oriented Model）是基于客户/服务器模型（如CORBA，DCOM)

面向服务模式SOM
Web Service是这种面向服务模式的一个实例 ,SOA是一个较完整的软件结构体系。

公用计算模式UBM
支持e-科学的计算(如网格Grid等）。

志愿参与模式VJM
志愿参与模式VJM(Voluntary Join Model)是充分利用网上空闲的计算能力，支持计算量巨大的科学计算

2.1 实体的名称、地址、标识符、属性的区别是什么？

名字：是一个用户可读的、便于记忆的字符串。
地址：是对实体操作、访问实体的一个访问点。
标识符：标识符在系统内部是唯一的。
属性：一个实体有若干属性。

2.2 标识符是否可以包含它所引用实体的信息，为什么？

标识符可以包含它所引用实体的信息，但是，这些信息不允许修改，因为那意味着标识符被改变。

2.3 实体命名如何实现位置透明和访问透明？

2.5 有哪些名字服务形式？名字服务器的组成与功能是什么?

名字服务形式：
（1）名字服务：名字服务是根据实体的名字查找它的属性（地址）。
（2）目录服务：目录服务既可以根据实体的名字查找实体的属性，当不知道实体名时也可以根据实体的一个或多个属性及其值查找并得到一个匹配这些属性的实体列表。
（3）合约服务：是一种增强的目录服务，通过技术规范来定位一个命名实体。

名字服务器组成：
（1）名字服务器操作 ：管理、查询操作和行政管理。增加、删除和修改上下文的目录项。访问优先权。
（2）名字解析 ：根据名字解析请求，得到被解析对象地址。
（3）缓存 ：缓存名字查询和解析的结果。
（4）多副本管理 ：副本修改和副本一致性维护。
（5）通信 ：客户端的名字代理通信和名字服务器之间
（6）数据库 ：存放名字解析上下文或其子域。

名字服务器功能：管理名字命名上下文、实现名字查询与解析和其它名字服务器通信协调。

2.6 名字空间组织形式是什么？什么是名字解析上下文？名字解析上下文有哪些管理形式？

组织形式：扁平结构、分层结构
名字解析上下文：一个实体域中所有实体的实体名和地址绑定的集合称为该域名字解析的上下文。
名字解析上下文管理：上下文集中管理、上下文分布管理

2.7 什么是迭代名字解析，什么是递归名字解析，它们各有什么优缺点？

迭代： 对每台名字服务器的要求较低，但是效率较低。
递归：对每台名字服务器的要求较高，需要有较高的性能，各名字服务器解析的缓存结果使用更高效。

2.8 域名服务为什么要分层？域名服务要多副本吗？

单一上下文进行名字解析，可扩展性和名字选定方面存在很大困难，但是分层结构中，不同的上下文不同 ，扩展性非常好。
通常采用多副本，解决了名字服务的拥挤问题，避免了单点失效，提高了名字服务的性能和效率。

2.9 什么是资源记录，它在域名服务中的作用是什么？