分布式操作系统原理及功能

1.分布式系统简介

分布式系统是通过网络将多个分散的处理单元连接起来，并在分布式处理软件的支持下构成一个整体而形成的系统。在分布式系统中，系统的处理和控制分散在系统的各个处理单元上，系统的所有任务可以动态地分配到各个处理单元上执行。分布式系统在整个系统范围内实现资源的动态分配和管理，各个处理单元既高度自治，又相互协同，能够有效控制和协调多个任务的并行执行。若分布式系统的每个处理单元是计算机，则称其为分布式计算机系统；若处理单元只是CPU和存储器，则称其为分布式（处理）系统。分布式操作系统与处理和控制功能都高度集中在一台计算机上的单机操作系统相比，其主要区别在于资源管理、进程通信和系统结构等方面。

分布式系统中的各台计算机之间没有主从之分，且任意两台计算机都可以通过通信交换信息。系统的资源为所有用户共享，系统中的若干台计算机可以互相协作来完成一个共同的任务。在分布式系统中，有一个全局的操作系统称为分布式操作系统，它负责整个系统（包括每个处理单元）的资源分配、调度、任务划分、信息传输及协调控制等工作，并为用户提供统一的界面和标准接口。系统运行过程中每个操作具体在哪个处理单元上执行，使用哪个处理单元的资源都由分布式操作系统决定，用户无须知道。也就是说，系统的访问过程对用户是透明的，尽管分布式系统实际上由多个CPU组成，但在用户看来，就像是普通的单CPU系统。

2.分布式系统发展的原因

分布式系统的迅速发展，主要有以下4个原因。

（1）它可以解决组织机构分散而数据需要相互联系的问题。

（2）如果一个组织机构需要增加新的相对自主的组织单位来扩充机构，则分布式数据库系统可以在对当前机构影响最小的情况下进行扩充。

（3）均衡负载的需要。采用使局部应用达到最大的原则来进行数据的分解，这使得各CPU之间的相互干扰降到最低。因此，负载在各CPU之间进行分担也可以避免临界瓶颈。

（4）相同规模的分布式数据库比集中式数据库系统可靠性更高。

3.分布式系统的功能

分布式系统除具有通常操作系统的主要功能外，还应该包括以下5种功能。

（1）分布式进程通信。由分布式操作系统所提供的一些通信原语来实现。与计算机网络类似，分布式操作系统中必须有通信规程，计算机之间的发信、收信都将按规程进行。(https://www.xing528.com)

（2）分布式文件系统。允许通过网络互联使不同计算机上的用户共享文件，即能让运行它的所有主机共享，并可以管理操作系统内核及文件系统之间的通信。

（3）分布式进程迁移。由进程原来运行的计算机（称为源计算机）向目的计算机（准备迁往的计算机）传送足够数量的有关进程状态的信息，使进程能在另一台计算机上运行。

（4）分布式进程同步。分布式系统中各CPU没有共享内存和统一的时钟，因此分布式进程同步必须对不同CPU上所发生的事件进行排序，还应该配置性能较好的分布式同步算法和机制。

（5）分布式进程死锁。在分布式系统中，也可能因进程竞争资源而引起死锁。因此，也需要对进程死锁进行预防和处理。

4.分布式系统与网络操作系统的区别

对分布式系统来说，除具有网络操作系统的功能之外，还因各节点机不存在主次关系，因此增加了控制机构的复杂性。首先，由于各节点的自治性，它们之间发生冲突的概率要高得多，使得同步问题变得更加复杂，死锁问题也难以处理；其次，由于系统透明性的要求，使得系统故障的检测与用户操作的检查都变得更加困难。分布式系统与网络操作系统的区别主要表现在以下5个方面。

（1）分布性。在分布式系统中有一个统一的分布式操作系统，由它统一管理整个系统的资源，而网络系统中每个节点都可以有自己的网络操作系统。

（2）并行性。分布式操作系统可以将任务动态分配到不同的处理单元上并行执行，从而加速了任务的执行；网络操作系统中每个用户的任务通常在本地处理。

（3）透明性。分布式系统的访问过程对用户是透明的，例如，用户要访问某个文件时，只需要提供文件名而不需要知道文件存放在哪个站点，即对它进行访问，具有物理位置的透明性而网络系统的透明性则主要指操作实现上的透明性。例如，若用户要访问服务器的某个文件时，只需发出相应的文件存取命令，而无须了解该文件的存取是如何实现的。

（4）共享性。在分布式系统中，各站点的资源可以供全系统共享；而在网络操作系统中，一般只有服务器上的部分资源可以供全网共享。

（5）健壮性。分布式系统具有健壮性，若某站点出现故障，则在该站点上处理的任务可以自动迁移到其他站点完成；而网络系统的健壮性相对要差一些，若服务器出现故障，则有可能导致全网瘫痪。