第2讲 系统模型_本讲介绍了哪些课程开发模型答案「建议收藏」

2.1 简介

不同类型的分布式系统具有一些重要的基本特征，也有公共的设计问题
分布式系统的困难和威胁:使用模式的多样性 系统环境的多样性 内部问题 外部威胁

物理模型
-描述系统的最显式的方法，系统的硬件组成
体系结构模型
-描述系统的计算元素执行的计算和通讯任务
基础模型
-采用抽象的观点描述分布式系统的某个方面
-交互模型、故障模型和安全模型

2.2 物理模型

物理模型是从计算机和所用网络技术的特定细节中抽象出来的分布式系统底层硬件元素的表示
基线物理模型
-联网计算机上的硬件和软件组件仅通过消息传递进行通信和协调动作的系统
-一组可以扩展的计算机节点，这些节点通过计算机网络相互连接进行所需的消息传递

-早期的分布式系统
20世纪70年代晚期到80年代早期
局域网互联的10～100个节点组成
与互联网连接并支持少量的服务
单个系统大部分是同构的，开放性不是主要问题
服务数量有限

-互联网规模的分布式系统
20世纪90年代开始
Google搜索引擎1996年第一次发布
利用互联网，基础设施变成全球化
异构性问题很突出:
操作系统、网络、计算机体系结构、语言、开发者
开放标准和相关中间件技术重要性不断增加

-当代的分布式系统
上述系统节点通常是台式机，因此相对静态的、分立的、自治的
分布式系统的趋势:
泛在互联网技术
移动和无处不在的计算
分布式多媒体系统
分布式计算作为公共设施

系统的分布式系统
超大规模分布式系统（Ultra Large Scale, ULS）
复杂系统:
包含一系列的子系统
每个子系统本身也是系统
一起完成一个或多个特定任务

2.3 体系结构模型

一个系统的体系结构是用独立指定的组件以及这些组件之间的关系来表示的结构
整体目标是确保结构能够满足现在和将来可能的需求
主要设计目标：可靠性 可管理性 适应性 性价比

通信实体
从系统角度来看，分布式系统中通信的实体通常是进程
注意：
一些原始环境中（如：传感器网络），操作系统可能不支持进程抽象，因此这些系统中通信的实体是结点
大多数分布式系统中，用线程补充进程。
从编程观点来看，面向问题有更多的抽象：
对象：
在分布式系统中使用面向对象方法；对象通过接口访问，用一个相关的接口定义语言（IDL）提供定义在一个对象上的方法的规约
组件：
与对象类似，通过接口访问；与对象的区别是，显式的给出其他组件/接口的假设
Web服务：
基于行为封装和通过接口访问
利用Web标准表示和发现服务

通信范型—分布式系统中实体如何通信
进程间通信：是指用于分布式系统进程之间通信的相对底层的支持，包括消息传递原语、直接访问由互联网协议提供的API和对多播通信的支持。
远程调用：是分布式系统中最常见的通信范型，覆盖一系列分布式系统中通信实体之间基于双向交换的技术，包括调用远程操作、过程或方法。
间接通信：通过第三个实体，允许在发送者和接收者之间的深度解耦合

2.4 基础模型

系统模型各有不同，但具有一些基本特征:
所有模型都由若干进程组成
进程之间通过在计算机网络上发送消息而相互通信
共享的设计需求:进程及网络的性能和可靠性 系统中资源安全

基本模型中提取的分布式系统能解决下列问题：
交互
计算在进程中发生，进程通过传递消息交互，并引发进程之间的通信和协调
交互模型必须反映通信所带来的延迟
故障
分布式系统中任一计算机出现故障或连接他们的网络出现故障，分布式系统的正确操作就会受到威胁
模型要对这些故障进行定义、分类、分析和容忍
安全
分布式系统的模块特性和开放性，使其暴露在外部代理和内部代理的攻击下
分析系统的威胁以及设计抵御这些威胁的系统

交互模型
分布式系统由多个以复杂方式进行交互的进程组成，例如：
多个服务器进程进行相互协作提供服务
对等进程能相互协作获得一个共同的目标

算法—采取一系列步骤以执行期望的计算
算法中的每一步都有严格的顺序
算法决定程序的行为和程序变量的状态

分布式算法—定义了组成系统的每个进程所采取的步骤
包括进程之间的消息传递，以便协调每个进程所采取的步骤
每个进程的执行速率和进程之间消息传递的时限通常不能预测，因此描述分布式算法的所有状态也十分困难，要处理所涉及的一个或多个进程的故障或消息传递的故障

进程交互完成了分布式系统中所有的活动
每个进程有自己的状态，该状态由进程能访问和更新的数据集组成
属于每个进程的状态是私有的
影响进程交互的两个重要因素：通信性能经常是一个限制特性 不可能维护一个全局时间概念

故障模型
分布式系统中，进程和通信通道都可能出故障
故障模型定义了故障可能发生的方式，以便理解故障所产生的影响
遗漏故障:是指进程或者通信通道不能完成它应该做的动作
随机故障（拜占庭故障）:用于描述可能出现的最坏的故障，此时可能发生任何类型的错误
时序故障:时序故障适用于同步分布式系统,对进程执行时间、消息传递时间和时钟漂移率均有要求

安全模型
体系结构模型：进程，进程间交互
通过保证进程和用于进程交互的通道的安全以及保护所封装的对象免遭未经授权访问可实现分布式系统安全

-保护对象
对象可由不同的客户按照不同的方式调用
访问权限指定了允许谁执行一个对象的操作
需要将每个调用和每个结果均与对应的授权方相关联
一个授权方成为一个主体（principal）,一个主体可以是一个用户或进程
服务器验证每个调用的主体身份，检查是否有足够的访问权限在所调用的某个对象上完成所请求的操作，如果没有就拒绝它们的请求。客户可以检查服务器的主体身份以确保结果来自所请求的服务器

-保护进程和它们的交互
进程通过消息进行交互
消息易收到攻击,所使用的网络和通信服务是开放的
服务器和对等进程暴露它们的接口
分布式系统经常在可能受到来地敌对用户的外部攻击的任务中使用和部署。
为了识别和抵御这些威胁，需要分析安全威胁的模型。

-敌人
潜在敌人的威胁包括对进程的威胁和对通信信道的威胁
对进程的威胁:
处理到达的请求的进程可以出接收来自其他进程的消息，但是未必能能确定发送方的身份
缺乏消息源的可靠的知识对服务器和客户的正确工作而言是一个威胁
对通信信道的威胁:
对人在网络和网关上能复制、改变或插入消息
试图保存消息的拷贝并在以后重放这个消息
利用安全信道可以解除这些威胁

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