分布式系统（3）-进程

线程

分布式系统中用线程而不是进程

1. 避免不必要的阻塞，在进行I/O操作的时候，对具备多个线程的进程，OS可以将CPU切换到进程的另外 一个线程
2. 发挥并行性
3. 避免代价过高的进程上下文的切换

上下文

系统运行过程中的一系列状态，状态的含义因系统的不同而不同

• 处理器上下文
  • 处理器用于运行一系列指令的保存在寄存器中的最小数据集合（如：栈指针、地址寄存器、程序计数器）
• 线程上下文
  • 用于执行一系列指令的保存在寄存器和内存中的最小的数据集合（如：处理器上下文、状态等）
• 进程上下文
  • 用于执行线程的保存在寄存器和内存中的最小的数据集合（线程上下文、MMU寄存器值、TLB）

线程切换特性

• 线程共享相同的地址空间（但也更容易出错），线程上下文的切换可以独立于操作系统
• 一般来讲进程之间的切换要更复杂、代价更高，因为需要陷入到O内核才能完成
• 创建和销毁线程的代价要远远小于对进程的创建和销毁

线程实现方式

• 线程包形式
• 完全在用户空间下创建线程库
• 由内核掌管线程并进行调度
• 好处：上下文切换代价小
• 缺陷：线程阻塞->进程阻塞
• 应用：
  • 多线程web客户端隐藏网络延迟
  • 服务期间多个请求-响应调用
  • 服务器高IO需求，多线程防止阻塞

虚拟化

虚拟化（软硬件多路复用）：模拟接口

• 硬件比软件变化得快
• 需要灵活的可移植性和代码迁移
• 失效和攻击隔离

虚拟化不同方式

• 进程虚拟机(Process VM)：分离的指令集合，实际上是运行在操作系统之上的解释器(JVM)或模拟器(Qemu)
• 原生虚拟机监控器(Native VMM)：底层指令，同时具有跑在硬件上的最小操作系统
• 主机虚拟机监控器(Hosted VMM)：底层指令，需要一个完整的OS

服务器

在客户端-服务器模型中，服务器的状态主要分为两种

• 无状态服务器：不记录文件是否被打开，不保证清空客户端cache，不追踪客户信息
• 有状态服务器：记录打开文件（可以提前实现预取），直到客户端缓存哪些数据，允许客户端在本地保存共享数据的备份

代码迁移

• 防止浪费资源
• 使计算贴近数据，最小化通信代价（如移动计算）

代码迁移模型

代码段(code) + 执行段(exec) + 资源段(resource)

• 代码段：正在运行程序的所有指令
• 资源段：指向进程需要的外部资源指针，文件、打印机、设备、其他进程
• 执行段：进程的当前执行状态量（私有数据、栈、程序计数器）

代码迁移方式

• Client-Server (CS)：执行前后三者都在服务器端
• Remote Evaluation (REV)：执行后将code迁移到服务器端
• Code on Demand (CoD)：执行前客户端有exec和resource，执行后服务器端卸载code（与REV反）
• Mobile Agents (MA)：执行前客户端和服务器端都有resource，执行后code和exec迁移至服务器

移动性

• 弱移动性：仅仅移动代码和数据片段（重启执行）
• 强移动性：移动组件，包括执行状态
  • 迁移(migration)：将整个对象从一台机器移动到另一台机器
  • 克隆(cloning)：将其设置为相同执行状态

虚拟机迁移

• 将内存持续的推送到新的机器上，在迁移过程中重新发送被修改过的页面
• 停止当前的虚拟机，迁移内存，然后重新启动
• 让新的虚拟机按序拉取内存页面：在新的虚拟机上立即创建进程，并且按需要拷贝内存页面