Таненбаум Э. Распределенные системы. Принципы и парадигмы

Подождите немного. Документ загружается.

Содержание 11

Глава 10. Распределенные файловые системы 623

10.1.

Сетевая файловая система компании Sun 624

10.1.1.

Обзор 624

10.1.2.

Связь 629

10.1.3.

Процессы 630

10.1.4.

Именование 631

10.1.5.

Синхронизация 639

10.1.6.

Кэширование и репликация 644

10.1.7.

Отказоустойчивость 647

10.1.8.

Защита 650

10.2.

Файловая система Coda 654

10.2.1.

Обзор 654

10.2.2.

Связь 656

10.2.3.

Процессы 658

10.2.4.

Именование 659

10.2.5.

Синхронизация 661

10.2.6.

Кэширование и репликация 665

10.2.7.

Отказоустойчивость 668

10.2.8.

Защита 671

10.3.

Другие распределенные файловые системы 674

10.3.1.

Plan 9 —ресурсы как файлы 674

10.3.2.

xFS —файловая система без серверов 680

10.3.3.

SFS —масштабируемая защита 686

10.4.

Сравнение распределенных файловых систем 689

10.4.1.

Философия 689

10.4.2.

Связь 690

10.4.3.

Процессы 690

10.4.4.

Именование 691

10.4.5.

Синхронизация 692

10.4.6.

Кэширование и репликация 692

10.4.7.

Отказоустойчивость 693

10.4.8.

Защита 693

10.5.

Итоги 695

Вопросы и задания 696

Глава 11. Распределенные системы документов 699

11.1.

World Wide Web 699

11.1.1.WWW 700

11.1.2.

Связь 709

11.1.3.

Процессы 715

11.1.4.

Именование 721

11.1.5.

Синхронизация 723

11.1.6.

Кэширование и репликация 724

11.1.7.

Отказоустойчивость 728

11.1.8.

Защита 729

11.2.

Lotus Notes 730

11.2.1.

Обзор 730

11.2.2.

Связь 733

11.2.3.

Процессы 734

11.2.4.

Именование 736

11.2.5.

Синхронизация 738

11.2.6.

Репликация 738

12 Содержание

11.2.7.

Отказоустойчивость 741

11.2.8.

Защита 741

11.3.

Сравнение WWW

Lotus Notes 745

11.4.

Итоги 750

Вопросы и задания 750

Глава 12. Распределенные системы согласования 752

12.1.

Знакомство с моделями согласования 753

12.2.TIB/Rendezvous 755

12.2.1.

Обзор

755

12.2.2.

Связь

758

12.2.3.

Процессы

762

12.2.4.

Именование

762

12.2.5.

Синхронизация

763

12.2.6.

Кэширование и репликация

765

12.2.7.

Отказоустойчивость

766

12.2.8.

Защита

768

12.3.

Jini

770

12.3.1.

Обзор

770

12.3.2.

Связь

773

12.3.3.

Процессы

774

12.3.4.

Именование

778

12.3.5.

Синхронизация

780

12.3.6.

Кэширование и репликация

782

12.3.7.

Отказоустойчивость

782

12.3.8.

Защита

782

12.4.

Сравнение TIB/Rendezvous и Jinj 783

12.5.

Итоги 787

Вопросы и задания 788

Глава 13. Библиография 790

13.1.

Литература для дополнительного чтения 790

13.1.1.

Введение и общие вопросы 790

13.1.2.

Связь 792

13.1.3.

Процессы 792

13.1.4.

Именование 793

13.1.5.

Синхронизация 794

13.1.6.

Непротиворечивость и репликация 795

13.1.7.

Отказоустойчивость 797

13.1.8.

Защита 797

13.1.9.

Распределенные системы объектов

799

13.1.10.

Распределенные файловые системы

800

13.1.11.

Распределенные системы документов

801

13.1.12.

Распределенные системы согласования

802

13.2.

Список литературы

803

Список терминов 833

Алфавитный указатель 855

Сюзанне,

Барбаре, Марвину и памяти Брэма и

Свити

Эндрю С Таненбаум

Мариэлле, Максу и Эльке

Маартеи ван Стеен

Об авторах

Эндрю С. Таненбаум (Andrew S. Tanenbaum) получил степень бакалавра в МЛ.Т.

и докторскую степень в университете штата Калифорния в Беркли. В настоящее

время он является профессором вычислительной техники в университете Врие

в Амстердаме, Голландия, где возглавляет отделение вычислительной техники.

Кроме того, он является деканом высшей школы программирования и графики,

института исследования по параллельным и распределенргым вычислительным

системам, а также системам обработки и формирования изображений. Тем не ме-

нее он всеми силами старается не превратиться в бюрократа.

В прошлом Эндрю С. Таненбаум занимался ргсследованиями по компилято-

рам, операционным системам, компьютерным сетям и локальным распределен-

ным системам. В настояш;ее время он сосредоточился на разработке глобальной

распределенной системы, допускающей масштабирование на миллионы поль-

зователей. Эти исследования он выполняет вместе с доктором Маартеном ван

Стееном. Их совместные исследовательские проекты привели к возникновению

более чем 90 статей в журналах и материалах конференций и пяти книг.

Профессор Таненбаум разработал также значительный объем программного

обеспечения. Он был главным архитектором «амстердамского пакета разработки

компиляторов» (Amsterdam Compiler Kit), широко известного пакета для созда-

ния переносимых компиляторов, а также MINIX, миниатюрного клона UNIX,

предназначенного для студенческих лабораторных работ по программированию.

Вместе со своими аспирантами и программистами он способствовал созданию

распределенной операционной системы Amoeba, высокопроизводительной рас-

пределенной операционной системы на базе микроядра. Системы MINIX и

Amoeba бесплатно распространяются через Интернет.

Его аспирантов после получения степени ожидает блестящий успех. Он очень

ими гордится. В этом отношении он очень напоминает курицу-наседку.

Профессор Таненбаум является членом АСМ и IEEE, действительным чле-

ном Королевской академии наук и искусств Нидерландов, ему присуждены пре-

мии АСМ «За заслуги в преподавательской деятельности Карла В. Кальстрема»

1994 года и ACM/SIGCSE «За впечатляющий вклад в преподавание компьютер-

ных дисциплин» 1997 года. Он упомянут также в мировом справочнике «Кто

есть кто». Его домашнюю страницу в Интернете можно найти по адресу

http://www.cs.vu.nl/~ast/.

Маартен ван Стеен (Maarten van Steen) в настоящее время является доцен-

том университета Врие в Амстердаме, где ведет курсы по операционным систе-

мам, компьютерным сетям и распределенным системам. Он также успешно ведет

Об авторах 15

различные курсы по вопросам компьютеризации для специалистов ICT про-

мышленности и государственных органов.

Доктор ван Стеен изучал прикладную математику в университете Твенте

и получил степень доктора философии в Лейденском университете, защитив

диссертацию в области методики разработки параллельных систем. После защи-

ты он перешел на работу в промышленную исследовательскую лабораторию, где

вырос до руководителя группы компьютерных систем, занимавшейся программ-

ной поддержкой параллельных приложений.

После пяти лет одновременных занятий исследованиями и руководства груп-

пой он решил вернуться в академическую науку, сначала в качестве ассистента

факультета вычислительной техники в университете Эразма в Роттердаме, а поз-

же—в качестве доцента в группе Эндрю Таненбаума в университете Врие в Ам-

стердаме. Возвращение в университет было правильным решением, во всяком

случае, его жена полагает именно так.

В настоящее время он занимается исследованиями крупномасштабных гло-

бальных систем, сосредоточившись на вопросах локализации мобильных аген-

тов,

архитектуре систем и адаптивном распределении и репликации. Вместе

с профессором Таненбаумом он руководит проектом Globe, в ходе которого

группа из приблизительно дюжины исследователей совместно разрабатывают

глобальную распределенную систему с таким же названием. Система Globe опи-

сана на сайте http://www.cs.vu.nl/globe.

Предисловие

Эта книга первоначально задумывалась как пересмотренный вариант книги

Distributed Operating

Systems,

но вскоре мы поняли, что с 1995 года произошли та-

кие изменения, что простым пересмотром здесь не обойтись. Нужна совершенно

новая книга. Эта новая книга получила и новое название

Distributed

Systems:

Prin-

ciples

and

Paradigms.

Изменения в названии отражают факт смещения акцентов.

Раньше мы рассматривали вопросы, связанные с операционными системами, а эта

книга посвящена распределенным системам в более широком смысле этого слова.

Так, например, среда World Wide Web, которая считается самой большой из ко-

гда-либо построенных распределенных систем, в оригинальной книге даже не упо-

миналась, поскольку не является операционной системой. Теперь ей отведена ед-

ва ли не целая глава.

Книгу логически образуют две части

—

принципы и парадигмы. В первой гла-

ве дается введение в тему. Затем следует семь глав, опргсывающих отдельные

принципы, которые мы сочли особенно важными: связь, процессы, именование,

синхронизация, непротиворечивость и репликация, защита от сбоев и защита.

Реальные распределенные системы строятся обычно на основе некоей пара-

дигмы, например, «все кругом

—

это файлы». В следующих четырех главах рас-

сматриваются различные парадигмы и описываются построенные на их основе

реальные системы. В качестве парадигм выбраны системы объектов, распреде-

ленные файловые системы, системы документов и системы согласования.

В последней главе имеется аннотация литературы, которая может быть ис-

пользована в качестве отправной точки для дополнительного изучения темы,

а также список работ, цитируемых в этой книге.

Книга предназначена для студентов старших курсов и дипломников по «ком-

пьютерным дисциплинам». Соответственно, у нее есть свой web-сайт с таблица-

ми в формате PowerPoint и рисунками из книги в различных форматах. На него

можно попасть, зайдя на страницу www.prenhall.cornltanenbaum и щелкнув на

ссылке с названием этой книги. Для преподавателей, использующих эту книгу

на занятиях, доступно руководство с решениями всех упражнений. За экземпля-

ром руководства им следует обратиться к представителю издательства Prentice

Hall. Разумеется, книга прекрасно подойдет и для тех, кто, хотя и никак не свя-

зан с получением образования, хотел бы получить дополнительные знания по

этой нужной теме.

Множество людей внесли свой вклад в создание этой книги. Мы хотим особо

поблагодарить Арно Беккера (Агпо Ваккег), Герко Баллинтейна (Gerco Bal-

lintijn),

Брента Саллахана (Brent Callaghan), Скотта Кеннона (Scott Cannon),

От издательства 17

Сандру Комлиссен (Sandra Comelissen), Майка Далина (Mike Dahlin), Марка

Дербишира (Mark Darbyshire), Гая Эддона (Guy Eddon), Амра эль Аббади (Amr el

Abbadi), Винсента Фриха (Vincent Freeh), Чандана Гамаде (Chandana Gamage),

Бена Граса (Ben Gras), Боба Грея (Bob Gray), Мишеля ван Хартскампа (Michael

van Hartskamp), Филиппа Хомбурга (Philip Homburg), Эндрю Китчена (Andrew

Kitchen), Ладислава Когоута (Ladislav Kohout), Боба Каттнера (Bob Kutter),

Юссипекка Лейво (Jussipekka Leiwo), Леха Мак-Таггерта (Leah McTaggert), Эли

Мессенгера (Eli Messenger), Дональда Миллера (Donald Miller), Шиваканта

Мишру (Shivakant Mishra), Джима Муни (Jim Mooney), Мэтта Мутку (Matt

Mutka), Роба Пайка (Rob Pike), Крити Рамамритама (Krithi Ramamritham),

Шмуэля Ротенстрейча (Shmuel Rotenstreich), Сола Шатца (Sol Shatz), Гурдипа

Сингха (Gurdip Singh), Адиту Шиврам (Aditya Shivram), Владимира Суконника

(Vladimir Sukonnik), Болеслава Шимански (Boleslaw Szymanski), Лорена Терон-

да (Laurent Therond) и Леендерта ван Дума (Leendert van Doom) за то, что они

прочли отдельные части рукописи и внесли полезные предложения.

И наконец, мы рады сказать «спасибо» членам наших семей.

Сюзанна проходила через этот кошмар уже дюжину раз и ни разу не сказала:

«Хватит!», — хотя эта мысль, наверное, неоднократно приходила ей в голову.

Спасибо. Барбара и Марвин теперь точно знают, что должен делать профессор,

чтобы заработать себе на жизнь, и сумеют отличить хорошие учебники от пло-

хих (меня они вдохновляют на создание хороших).

Эндрю С. Тапепбаум

Мариэль узнала, что ее ждет, когда я сказал ей, что снова решил заняться пи-

сательством. С самого начала она благосклонно отнеслась к этой идее, заметив

также, что это занятие более приятное и не столь бесполезное, как предыдущие.

«Спихнуть» на нее Эльке на все время создания книги

—

было не лучшей идеей,

но позволило мне сконцентрироваться и правильно расставить приоритеты. В этом

отношении прекрасно вел себя Макс, поскольку, будучи старше Эльке, хорошо

понимал, когда лучше играть с кем-нибудь другим. Они

—

великолепные дети.

Мааршен ван Стеен

От издательства

Ваши замечания, предложения, вопросы отправляйте по адресу электронной поч-

ты comp@piter.com (издательство «Питер», компьютерная редакция).

Мы будем рады узнать ваше мнение!

Подробную информацР1Ю о наших книгах вы найдете на web-сайте издатель-

ства http://www.piter.com.

Руководство

по использованию книги

Много лет материалы, которые легли в основу этой книги, использовались для

обучения студентов старших курсов и дипломников. Кроме того, на этих ма-

териалах строились одно-двухдневные семинары по распределенным системам

и системам промежуточного уровня для аудитории, состоявшей из профессиона-

лов-компьютерщиков.

Курсы для студентов старших курсов

и дипломников

Студентам старших курсов и дипломникам материал этой книги обычно излага-

ется в течение 12-15 недель. По нашим наблюдениям, для большинства студен-

тов изучение распределенных систем заключается в изучении множества тем,

тесно связанным друг с другом. Книга организована следующим образом: снача-

ла мы представляем тему с различных позиций, а затем рассматриваем каждую

позицию по отдельности. Это помогает поддерживать внимание студентов. В ре-

зультате к концу первой части (главы 1-8) студенты оказываются хорошо подго-

товленными к восприятию общей картины.

Тем не менее такая сложная область, как распределенные системы, подразу-

мевает множество различных аспектов. Некоторые из этих аспектов трудны для

понимания, особенно когда изучаются впервые. Поэтому мы настойчиво реко-

мендуем студентам изучать главы в порядке, соответствующем курсу. Все доку-

менты, доступные на сайте соавторов (www.prenhall.comltanenbaum), предназна-

чены для того, чтобы студенты могли активнее работать на занятиях. Этот

подход весьма успешен и высоко ценится студентами.

Весь материал можно уложить в 15-недельный курс. Большая часть времени

уходит на изучение принципов распределенных систем, то есть на материал, из-

ложенный в первых восьми главах. Наш опыт подсказывает, что когда настает

время обсуждения парадигмы, остается изложить только самое главное. Детали

проще изучать не на уроке, а непосредственно по книге. Так, например, в курсе

мы отводим на системы объектов всего одну неделю, в то время как в книге они

занимают приблизительно 80 страниц. Ниже приводится график курса, иллюст-

рирующий соответствие тем и отводимого на них лекционного времени.

Семинары для профессионалов 19

Неделя

Тема

Введение

Связь

Процессы

Именование

Синхронизация

Непротиворечивость и репликация

Отказоустойчивость

Защита

Распределенные системы объектов

Распределенные файловые системы

Распределенные системы документов

Распределенные системы согласования

Глава

Разделы

Целиком

2.1-2.3

2.4-2.5

Целиком

4.1-4.2

4.3

5.1-5.2

5.3-5.6

6.1-6.4

6.5-6.6

7.1-7.3

7.4-7.6

8.1-8.2

8.3-8.7

Целиком

Не все материалы предназначены для изучения на занятиях. Предполагается,

что отдельные части студенты будут прорабатывать сами, в особенности это от-

носится к деталям. Если на курс отводится менее 15 недель, мы рекомендуем

пропустить главы, относящиеся к парадигме. Интересующиеся этой темой сту-

денты могут прочесть их самостоятельно.

Для студентов младших курсов мы советуем разделить материал на два семе-

стра и добавить к нему лабораторные работы. Так, студенты могут поработать

с простой распределенной системой, модифицируя ее компоненты так, чтобы

обеспечивать отказоустойчивость, обработку вызовов RPC при групповой рас-

сылке и пр.

Семинары для профессионалов

На одно-двухдневных семинарах мы используем эту книгу как основной источ-

ник информации. Весь материал вполне можно изложить за два дня, отводимых

на семинар, если пропускать все детали и сосредоточиться на основах распреде-

ленных систем. Кроме того, чтобы изложение было более живым, можно поме-

нять порядок изложения. Это позволяет сразу же показать, как используются ос-

новные принципы. Студенты-дипломники перед тем, как перейти к вопросам

применения распределенных систем, нуждаются в 10 неделях изложения прин-

ципов их строения (если они вообще заинтересованы в этих знаниях). Мотива-

ция профессионалов возрастает, если они видят, как принципы используются на

практике. Предварительный план двухдневного курса предполагает разбиение на

логическою блоки.

20 Руководство по использованию книги

Первый день

Урок

Время,

мин

Тема Глава Акцент

Введение 1

Связь 2

Системы согласования 12

Процессы 3

Именование 4

Системы объектов 9

Архитектура клиент-сервер

RPC/RMI и сообщения

Обмен сообщениями

Мобильный код и агенты

Трассировка мест

размещения

CORBA

Второй день

Урок

Время,

мин

Тема

Непротиворечивость

и репликация

Системы документов

Отказоустойчивость

Защита

Распределенные

файловые системы

Глава

Акцент

Модели и протоколы

Кэширование и репликация

в Web

Группы процессов

и протокол 2РС

Основные идеи

NFS версий 3 и4

Самостоятельное изучение

Эта книга с успехом может применяться и для самостоятельного изучения. Если

имеются мотивация и свободное время, читателю можно посоветовать читать

книгу подряд, от корки до корки.

Если времени на изучение всего материала не хватает, мы рекомендуем со-

средоточиться на самых важных темах. В приведенной таблице указаны разделы,

в которых, как мы полагаем, рассматриваются наиболее важные аспекты распре-

деленных систем вместе с поясняющими примерами.

Глава

Тема

Введение

Связь

Процессы

Именование

Синхронизация

Непротиворечивость и

Отказоустойчивость

репликация

Разделы

1.1,

1.2,

1.4.3,

1.5

2.2.2.3.2.4

3.3.3.4.3.5

4.1.4.2

5.2,5.3.5.6

6.1,6.2.2.6.2.5,6.4,6.5

7.1,

7.2.1,

7.2.2. 7.3,

7.4.1,

7.4.3. 7.5.1