一、分布式系统概述
1. 什么是分布式系统？
- 分布式系统是若干独立计算机的集合，它们对于用户来说就像一个系统。
- 分布式系统屏蔽系统中种类各异的计算机和网络，常常通过一个软件层（中间件）组织起来。
- 常见的分布式系统有：大学或公司的工作站网络、支持订单自动处理的工作流系统以及万维网。
2. 分布式系统中透明性的种类、定义。
- 分布式系统的透明性
| 透明性 | 描述 |
|---|---|
| 访问 | 隐藏数据表示形式以及访问方式的不同 |
| 位置 | 隐藏数据所在位置 |
| 迁移 | 隐藏资源是否已移动到另一个位置 |
| 重定位 | 隐藏资源是否在使用中已移动到另一个位置 |
| 复制 | 隐藏资源是否已被复制 |
| 并发 | 隐藏资源是否由若干相互竞争的用户共享 |
| 故障 | 隐藏资源的故障和恢复 |
| 持久性 | 隐藏资源（软件）位于内存里或在磁盘上 |
3. 分布式系统中的拓展技术有哪些？
分布式系统的拓展技术
- 隐藏通信等待时间
- 异步通信
- 减少通信量
- 分布技术：分割组件、分散到系统中（DNS、WWW）
- 复制技术：多拷贝
- 隐藏通信等待时间
减少通信量的实例：将由服务器检验表单改成由客户端检验表单；
- 分布技术的实例：将DNS名字空间划分为区；
- 复制技术的实例：
- 复制：增加可用性，有助于负载均衡；
- 缓存：在访问资源的客户周围制作资源备份；
- 复制技术带来了一致性问题。
二、体系结构
1. 客户端-服务器模型
如下图所示，在C-S模型中，服务器（Server）指实现某个特定服务的进程；客户端（Client）指向服务器请求服务的进程；客户端-服务器之间的一般交互形式是请求/回复（Request/Reply）。
在局域网内，可以建立无连接的协议，高效，但会受传输故障的影响；在广域网上，可以建立基于连接的协议，性能相对较低，但可靠。
在Client上，应用程序常常被组织为三个层次：用户界面层、处理层和数据层。
- 用户界面层：用户交互所需的一切；
- 处理层：应用程序核心功能；
- 数据层：操作数据或文件系统，保持一致性；
2. 多层体系结构
在常见的C-S模型中（物理两层体系结构），客户端和服务器的界限划分有多种可能：
同时，服务器也可以充当客户端的角色，比如下面这一应用场景（物理三层体系结构）：
三、分布式进程管理
1. 进程与线程的比较。
| 比较项 | 进程 | 线程 |
|---|---|---|
| 地址空间和资源 | 进程间相互独立 | 同一进程下的线程共享 |
| 通信 | 进程间通信通过IPC进行 | 线程间通信可直接读写进程的数据段，但需要同步和互斥技术保证一致性 |
| 调度 | 进程上下文切换慢 | 线程上下文切换快 |
- 进程与线程的总结：
- 多线程能提高性能；
- 线程不像进程那样彼此隔离，并受到系统自动提供的保护，因此多线程应用程序开发需要付出更多努力。
2. 多线程服务器的优点。
- 显著简化服务器代码；
- 使得应用并行技术开发高性能服务器变得更加容易；
- 保留顺序处理的思路，使用阻塞性的系统调用以提升性能；
3. 代码迁移的动机有哪些？
- 实现负载均衡：将进程从负载重的系统迁移到负载轻的系统，从而改善整体性能；
- 改善通信性能：交互密集的进程可迁移到同一个节点执行以减少通信开销；当进程要处理的数据量较大时，最好将进程迁移到数据所在的节点；
- 保障可用性：需长期运行的进程可能因为当前运行机器要关闭而需要迁移；
- 使用特殊功能：可以充分利用特定节点上独有的硬件或软件功能。
4. 进程对资源以及资源对机器的绑定
- 进程对资源的绑定类型有三种，由强到弱分别是按标志符、按值和按类型。
- 资源对机器的绑定类型有三种，由强到弱分别是紧固连接、附着连接和未连接。
- 在代码迁移时，对于资源的处理有四种形式：
- MV：移动资源；
- GR：建立全局系统范围内引用；
- CP：复制资源；
- RB：将进程重新绑定到本地同类型资源。
- 相应的，在每一种绑定类型下可以进行的操作如下表所示：
| 未连接 | 附着连接 | 紧固连接 | |
|---|---|---|---|
| 按标志符 | MV、GR | GR、MV | GR |
| 按值 | CP、MV、GR | GR、CP | GR |
| 按类型 | RB、MV、CP | RB、GR、CP | RB、GR |
四、分布式系统通信
1. 远程过程调用
远程过程调用（Remote Procedure Call）是分布式系统通信处理的事实标准，实现消息传输的透明性，其原理如下图所示。
远程过程调用的步骤如下：
- 客户过程以正常的方式调用客户存根；
- 客户存根生成一个消息，然后调用本地操作系统；
- 客户端操作系统将消息发送给远程操作系统；
- 远程操作系统将消息交给服务器存根；
- 服务器存根将参数提取出来，然后调用服务器；
- 服务器执行要求的操作，操作完成后将结果返回给服务器存根；
- 服务器存根将结果打包成一个消息，然后调用本地操作系统；
- 服务器操作系统将含有结果的消息发送回客户端操作系统；
- 客户端操作系统将消息交给客户存根；
- 客户存根将结果从消息中提取出来，返回给调用它的客户过程。
2. 持久通信与暂时通信的区别
- 在持久通信中，通信双方不需要保持运行；在暂时通信中，通信系统只在发送者和接受者运行时存储消息。
3. 同步通信与异步通信的区别
- 在同步通信中，客户端需要自我阻塞等待服务器的回复；在异步通信中，客户端不等待，立即执行其他程序。
4. 消息通信的类型
持久异步通信和持久同步通信：
暂时异步通信和基于接收的暂时同步通信
基于交付的暂时同步通信和基于响应的暂时同步通信
