什么是分布式操作系统？我们为什么需要分布式操作系统？

分布式操作系统是一种特殊的操作系统，本质上属于多机操作系统，是传统单机操作系统的发展和延伸。它是将一个计算机系统划分为多个独立的计算单元(或者也可称为节点)，这些节点被部署到每台计算机上，然后被网络连接起来，并保持着持续的通信状态。在分布式操作系统中，每个节点即可以独立地象单机操作系统一样执行本地的计算任务，也可以相互组合起来，以分布协同的并行方式，执行更大规模的计算任务。从而为用户提供更强的计算能力、更高的可扩展性和冗余容错能力。

本文将以LAXCUS分布式操作系统为例，探讨分布式操作系统的概念、特点以及为什么我们需要它。

一、分布式操作系统的概念

分布式操作系统是将一个计算机系统划分为多个独立的计算单元(或者也可称为节点)，这些节点被部署到每台计算机上，然后被网络连接起来，并保持着持续的通信状态。在分布式操作系统中，每个节点即可以独立地象单机操作系统一样执行本地的计算任务，也可以相互组合起来，以分布协同的并行方式，执行更大规模的计算任务。从而为用户提供更强的计算能力、更高的可扩展性和冗余容错能力。分布式操作系统同时还应该保证系统的分布的灵活性、可用性、可管理性和弹性伸缩能力

二、分布式操作系统的特点

一个通用的分布式操作系统应该具备以下一些基本特点：
模块化：分布式操作系统采用模块化的设计思想，将系统划分为多个功能模块，每个模块负责完成特定的任务。这种设计使得系统更加易于维护和升级。
并行处理：分布式操作系统支持多种并行处理模型，如共享内存模型、消息传递模型和客户机/服务器模型等。这些模型可以充分利用多核处理器的性能，提高系统的处理能力。如果把客户机/服务器进一步延伸合起来，则衍生出来一种新型的客户机/集群模型。这是分布式操作系统能够提供强大计算能力的根本原因。
容错能力：分布式操作系统具有较强的容错能力，可以在节点出现故障时自动恢复。这主要依赖于分布式系统中的冗余设计和故障检测与诊断机制。
数据一致性：分布式操作系统需要保证数据在各个节点之间的一致性。这通常通过使用事务、锁和协调器等技术来实现。
资源管理：分布式操作系统需要对系统中的硬件资源进行有效的管理，包括内存、磁盘空间和CPU时间等。这通常通过使用资源调度算法和优先级调度策略等技术来实现。

咱们以LAXCUS分布式操作系统为例，对此进行简单的说明。
参照上图，在LAXCUS分布式操作系统，系统被分为核心层、业务层、调用层三个维度。核心层由本地核心和分布式框架组成，其中本地核心包括了本地内核和本地Shell，其设计思路类似Unix/Linux，不同之处在于分布式框架，分布式框架是LAXCUS分布式操作系统的重要技术创新，由于它的存在，LAXCUS才可以称之为“分布式操作系统”，包括了多模通信网络、松耦合架构、分布式Shell。其中分布式Shell接受用户的分布式指令（用户指令和系统调度指令），并解析这些分布式指令。LAXCUS的松耦合架构是一项重要的技术创新，在之前的文章多有介绍，比如并行处理能力、容错处理能力、数据一致性、资源管理能力、调度能力，这些技术的组合起来，才能使多机分布协同运行成为可能。 关于LAXCUS分布式操作系统松耦合架构更详细的介绍，请参考相关的文章，本处就不再赘述。多模通信网络则是多种网络通信技术的组合，其中最重要的是一种类似5G网络的MASSIVE MIMO技术，由于它的存在，建立在物理网络基础上的大规模通信、超大规模通信才能得以实现，也是LAXCUS分布式操作系统的核心基础功能之一。

咱们模拟一下LAXCUS分布式操作系统的运行流程。
在LAXCUS分布式的操作系统，客户机是图形桌面，上面运行着各种各位的应用软件，这些应用软件以图形界面或者字符字界存在。不同与单机操作系统的应用软件只在本地运行，LAXCUS分布式应用软件除了兼容本地运行，更主要的是以分布方式，并行运行在计算机集群的多台计算机上，保证了强大的处理能力。

一条分布式指令从LAXCUS分布式应用软件发出，它经过调用层、业务层，被传递到核心层，核心层经过分布式Shell的处理，传递给松耦合架构、松耦合架构进一步对分布式指令进行解耦，分成多条并行的计算机指令，交给多模通信网络处理。多模通信网络把每条并行指令传递给对应的计算机节点，节点上的本地Shell解析，交给系统内核处理，处理完成后，再进行聚合，按照原路返回，从而完成一次分布式计算机工作。

三、为什么我们需要分布式操作系统？
简单说就是：时代变了。
如果回顾历史，我们可以看到，世界上的任何事物，都是一个从简到繁的过程。操作系统也遵循些的这个规律，比如早期的IBM 0S360系统，到后来的UNIX、DOS、Windows、Macintosh、Linux、IOS、安卓。这些操作系统除了少部分是服务器系统，大部分属于个人系统，但是本质上都属于单机操作系统。三十年前，我们对计算机的要求是WORD、EXCEL、PPT、音乐、视频，这些工作普通的个人计算机和手机都能完成。三十年后，我们对计算机的要求是大数据、云计算、人工智能、chatGPT大规模、超高音速空气流体、仿真核聚变，这些工作需要海量的计算资源，个人计算机已经无法胜任，必需从底层开始为应用业务提供庞大的基础计算，这是分布式操作系统产生的根本原因。如果再参考贝尔定律：“世界大概每隔10年左右就会出现一种新型的操作系统”这一推论。现在随着时代的发展，业务需求的变化，一种新型的操作系统出现也就成为必然：分布式操作系统时代。

目前我们需要分布式操作系统，主要来自以下一些原因：
提高性能：分布式操作系统可以将计算任务分配到多个节点上执行，从而提高系统的处理能力。特别是在大规模数据处理和高性能计算领域，分布式操作系统的优势更加明显。
提高可扩展性：分布式操作系统可以根据需求动态地增加或减少节点，以满足系统的扩展需求。这使得系统更加灵活，能够适应不断变化的工作负载。
提高容错能力：分布式操作系统具有较强的容错能力，可以在节点出现故障时自动恢复。这对于关键业务系统来说至关重要，可以保证系统的稳定运行。
提高资源利用率：分布式操作系统可以通过资源调度和管理技术，有效地利用系统中的硬件资源，避免资源浪费。这有助于降低系统的成本，提高投资回报率。
促进技术创新：分布式操作系统的发展推动了计算机科学领域的技术创新。许多新的技术和方法，如云计算、大数据和人工智能等，都是在分布式操作系统的基础上发展起来的。

综上所述，分布式操作系统是一种具有广泛应用前景的计算机技术。随着互联网、物联网和大数据、人工智能等领域的发展，对高性能、高可用和可扩展的计算系统的需求越来越迫切，分布式操作系统将成为未来计算机系统的重要组成部分。

今天的文章什么是分布式操作系统？我们为什么需要分布式操作系统？分享到此就结束了，感谢您的阅读。