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高级操作系统Advanced Operating System 第一章 分布式系统简介 分布式系统的诞生和定义 分布式系统发展的动力 分布式系统的目标 分布式系统的优缺点 计算机网络与分布式系统的关系 分布式系统硬件 分布式系统软件 分布式系统的设计问题 1.6 分布式系统硬件 1.6.1 分布式系统硬件分类 过去人们曾提出过各种不同的多CPU系统分类方案，但还没有一个得到广泛采用。被应用最多的分类法可能是弗林（flynn,1972)分类法，尽管它还相当不完善。弗林选择了两个他认为是最本质的特征既指令流数目和数据流数目作为分类依据： 第一类:具有单一指令流、单一数据流的计算机称之为SISD，从个人计算机到大型机，所有传统的单处理器计算机（即只有一个CPU)均属此类。 第二类：单指令流、多数据流SIMD。这一类是指只有一个指令单元的处理器阵列。指令单元取一条指令，然后控制多个数据单元并行地进行数据处理,每个数 1.6 分布式系统硬件 据单元均有自己的数据。这种机器对多组数据的重复计算相当有用，例如64个独立向量的所有元素求和。某些超级计算机也属于SIMD(757向量机)。 第三类：多指令流、单数据流MISD。目前，没有一个已知的计算机属于这一类。 第四类：多指令流、多数据流MIMD。它是一组独立计算机的集合，每一个独立计算机都具有程序计数器、程序以及数据。所有的分布式系统都属于MIMD。所以，弗林分类法分类法对分布式系统来说并无太大意义。 尽管弗林分类法已到此为止，但我们还可以更进一步分类。见图1-4： 1.6 分布式系统硬件 紧偶合 松散偶合 图1-4 并行与分布式计算机系统的分类 1.6 分布式系统硬件 我们把所有MIMD分为两类： 具有共享存储器的多处理器系统。 没有共享存储器的多计算机系统。 两者的区别在于：在一个多处理器计算机系统中，所有CPU共享一个单一的虚拟地址空间。如果一个CPU把值44写入地址1000中，那么，任何其它CPU从地址1000读出的值均是44。 而在多计算机系统中，每台机器均有它私有的存储器。如果某个CPU把值44写入地址1000中，那么，另一个CPU从地址1000中读出的值将不是44。一个多计算机系统例子是由网络连接起来的一群计算机。 1.6 分布式系统硬件 根据互连网络结构的不同，以上两个分类还可进一步细分： 总线型：是指单一的主干线、总线、线缆或其它把所有机器连接起来的介质。有线电视便采用了这样的方案：架线公司沿街铺设线缆，一个分支线将用户的电视连接到主干线上。 开关型：开关型不像有线电视那样具有单一的干线。机器与机器之间有专门的线路连接。它可以有许多种布线方式。信息沿着线路传输。由一个开关来选择信息的下一条出发线。世界上的公用电话系统就是这样组织的。 1.6 分布式系统硬件 另一种分类： 处理机是紧耦合的：信息从一台处理机发向另一台处理机的延迟是短暂的且数据传输率（每秒传输位的数目）较高，例如，两个在同一印刷线路板上由蚀刻在板上的线路连接在一起的CPU是紧耦合的。 机器是松散耦合的：机器间发送信息的延迟较长且数据传输率较低，例如，由一个2400位/秒的调制解调器通过电话系统连接的两台计算机无疑是松散耦合的。 一般来说，紧耦合系统更多地用于并行系统（用来解决单一的问题）而中等松散耦合系统（即局域网）主要用于分布式系统（用来解决多个相关性不大的问题）。 1.6 分布式系统硬件 总之，多处理器系统比多计算机系统的耦合更紧密。因为它们能以存储器读写速度来交换数据，不过有些基于光纤的多计算机系统也能以存储器读写速度来交换数据。尽管“紧耦合”与“松散耦合”的界限并不是很明确，但他们仍不失为有用的概念。 接下来，我们将详细讨论四种类型计算机系统即基于总线的多处理器系统、基于开关的多处理器系统、基于总线的多计算机系统以及基于开关的多计算机系统。 1.6 分布式系统硬件 1.6.2 基于总线的多处理器 基于总线的多处理器系统是由多个连接在一根公共总线上的CPU以及单个存储器模块所组成。一个简单的例子就是使用一块高速的母板，在上面可插入CPU和存储器条。一条典型的总线有32或64条地址线、32或64条数据线以及32条或更多的控制线，这些线都是并行工作的。为了从存储器中读出一个字，CPU首先将所需字的地址放到地址总线上，然后在适当的控制线上设置一个信号以表示读。作为响应，存储器将对应地址中的内容放到数据线上以便CPU读入。写的过程与此类似。 1.6 分布式系统硬件 1.6.2 基于总线