没有边界服务器
用户提供增强型Web服务器，包含如下3种组件

可重定位客户请求到其他服务器 可分析访问模式
可管理Web页复制
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1.3 体系结构与中间件

中间件在体系结构中的位置

中间件如何适应于应用需要

中间件的多种版本 中间件可重新配置和定制
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拦截器（Interceptor）
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P2P技术

P2P 应用




文件内容共享和下载，例如Napster、Gnutella、eDonkey、 eMule、Maze、BT等； 计算能力和存储共享，例如SETI@home、Avaki、Popular Power等； 协同与服务共享平台，例如JXTA、Magi、Groove等； 即时通讯工具，包括ICQ、QQ、Yahoo Messenger、MSN Messenger等； P2P通讯与信息共享，例如Skype、Crowds、Onion Routing等； 网络电视：沸点、PPStream、 PPLive、 QQLive、
第2章 分布式系统体系结构
东北大学信息学院 于戈 2009年9月
第二章 主要内容
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 体系结构的样式 系统体系结构 体系结构与中间件 自主管理 客户/服务器模型
2
2.1 体系结构的样式
• 软件体系结构（Software Architecture）
• 软件的组件，以及组件之间的相互关系
第2层 第1层 第N层 第N-1层
4
面向对象的体系结构
• 基于对象模型
• 每个组件对应一个对象；
• 组件之间通信通过远程方法调用（RMI） 实现；
对象 对象 对象 对象
5
对象
以数据为中心的体系结构
• 组件间的通信，通过基于一个公用的存储 （如共享的分布式文件系统）实现 • 例如，基于Web的分布式系统，组件使用 共享的基于Web的数据服务
分散型无结构拓扑（Decentralized Unstructured Topology）；
分散型结构化拓扑（Decentralized Structured Topology， 也称作DHT网络）； 半分散型拓扑（Partially Decentralized Topology）。
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P2P网络的拓扑结构
SopCast等。
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P2P技术

覆盖网络(overlay network)： 建立在另一个网 络上的网络，属于应用层网络，面向应用层的，不 考虑或很少考虑网络层，物理层的问题。


P2P网络是建立在Internet之上一种覆盖网络。
P2P网络的拓扑结构

集中型（Centralized Topology）；
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P2P网络的拓扑结构

分散式结构化拓扑结构




例：MIT的Chord 系统 网络结点按照一定的方式 分配一个唯一结点标识符 (Node ID) 通过散列运算为对象产生 一个唯一的对象标识符 (Object ID） 分布式查找协议，将指定 的关键字(Key) 映射到对 应的结点(Node) 时间复杂性O(log(N))

集中型拓扑结构

例， MP3共享软件Napster，通过一个中央索引 服务器保存所有Napster用户上传的音乐文件索 引和存放位置的信息。 中心节点的单点失效 中心节点的维护成本 可伸缩性

存在问题

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P2P网络的拓扑结构

分散型无结构拓扑结构

例， Gnutella协议。基于完全随机图的Flooding 搜索算法。

拦截器 （Interceptor）

软件结构 可中断正常执行的 控制流，插入执行 其他代码

例：远程对象调用

请求级拦截器 消息级拦截器
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自适应软件


自适应软件
可以地自动适应环境变化，如移动、QoS、故障、 能耗 随着环境变化而变化


1.
三种方案
分离关注点（Separation of concerns） 把主要功能与附加功能分离开 面向方面的软件开发（aspect-oriented software development）
P2P网络的拓扑结构

分散式结构化拓扑结构





采用分布式散列表（Distributed Hash Table, 简 写成DHT）技术来组织网络中的结点 。 加密散列函数，将一个对象的名字或关键词映射 为128位或160位的散列值 DHT是一个由广域范围大量结点共同维护的巨大 散列表。 散列表被分割成不连续的块，每个结点被分配给 一个属于自己的散列块，并成为这个散列块的管 理者。 Tapestry，Pastry，Chord和CAN
等待
• 集中式体系结构 请求 • 客户/服务器模型 服务器 • 服务器：实现特定服务的进程
客户
答复
• 客户：向服务器提出请求、等待答复的进程 • 请求/答复模式
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层次型体系结构

用户接口层、处理层、数据层 例：搜索引擎
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多层体系结构

瘦客户/胖服务器：用户接口简单，但后端负载重 胖客户/瘦服务器：能提高性能，但管理困难

存在问题


不能保证性能 网络带宽的消耗 非常大 可伸缩性差
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P2P网络的拓扑结构

覆盖网络构造算法（Gossip-based protocols）


关于所有节点的表，称为全局视图（total view）。每 个节点维护一个部分视图（partial view），含有c个邻 接点的列表。 表项：=<IP，age> 节点之间定期交换表项。主动线程（可主动发起通信） 和被动线程完成。 与任意一个已知的节点进行视图交换
例1：文件共享系统BitTorrent



强制每个参与者，即可下载文件，也负责上载文件 全局目录：在Web站点中保存，指向下载文件的tracker。 跟踪器（tracker）:记录活动节点的服务器
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混合体系结构


协作分布式系统
例2：Globule系统 协作式CDN （collaborative content distribution network）
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消息格式举例
struct message { long source; /* 发送者标识*/ long dest; /* 接受者标识 */ long opcode; /* 操作码：读、写、创建、删除 */ long result; /* 返回结果代码 ：成功、失败*/ long offset; /* 读写位置 */ long count; /* 读写计数 */ char filename[MAX_PATH}; /* 文件名*/ char data[BUF_SIZE]; /* 数据区*/ }
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P2P网络的拓扑结构

分散式结构化拓扑结构

例：CAN 系统 将(key, value) 对存储在拥有 该点所在区域的结点内 将请求传给当前结点四邻中 坐标最接近目标点的结点


时间复杂性O(n/d)，d为系统 维数
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P2P网络的拓扑管理

使用无结构P2P技术构造特定的结构化P2P覆 盖网络的两层结构
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服务器程序举例
void main(void){ struct message m1,m2; /* 输入、输出的消息 */ int r; /* 返回的执行结果 */ while (1） { receive(FILE_SERVER,&m1); /* 等待客户请求 */ case(m1.opcode) { /* 执行请求的操作 */ case READ: r = do_read(&m1,&m2); break; : default: r = E_BAD_OPCODE; } m2.result = r; send(m1.source,&m2); /* 返回结果 */ } }
• 软件体系结构的要素
•组件(component)：模块单元，能提供良好的接口
•连接器（connector）：实现组件间通信的机制
•软件体系结构的样式
•如何表示一个体系结构 •常用的有4种
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层次型体系结构
• 系统由自上而下的不同层 次的组件组成； • 只有相邻的层次可以通信； • 请求消息自上而下，响应 自下而上；

节点的加入


节点的删除


可自行离开，无需通知其他节点。 当其他节点发现某节点P不再响应时，将其从表中删除
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P2P网络的拓扑结构

主动线程和被动线程的执行步骤
do forever receive bufferp from p if pull then // 0 is the initial age buffer← ((MyAddress,0)) view.permute() move oldest H items to end of view buffer.append(view.head(c/21)) send buffer to p view.select(c,H,S,bufferp) view.increaseAge() （b）
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do forever wait(T time units) p←view.selectPeer() if push then // 0 is the initial age buffer← ((MyAddress,0)) view.permute() move oldest H items to end of view buffer.append(view.head(c/2-1)) send buffer to p else // empty view to trigger response send (null) to p if pull then receive bufferp from p view.select(c,H,S,bufferp) view.increaseAge() （a）