1、第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.1 3.1 分布式程序设计语言概述分布式程序设计语言概述 v分布式应用程序的分类分布式应用程序的分类 并行、高性能应用程序。通过并行性达到加速是在分布计算系统上运行应用程序的最主要的原因。容错应用程序。而分布计算系统具有允许部分失效的特性，即由于各处理机具有自治性，一个处理机的故障不影响其他处理机的正常工作，所以可靠性高。程序和数据也可在若干处理机上复制而进一步增加可靠性。具有专用功能的应用程序。一些应用程序可以被构造成一组专用的服务程序。例如文件服务、打印服务、进程服务、终端服务、时间服务等。固有的分布式应用程序。有些应用程序本身就是分
2、布的，在这种情况下，可以把工作站的集合看成一个分布计算系统，这种应用程序必须在分布式硬件上运行。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.1 3.1 分布式程序设计语言概述分布式程序设计语言概述 v分布式程序设计与顺序程序设计的区别分布式程序设计与顺序程序设计的区别 使用多个处理机。对分布式程序设计支持的第一个要求就是系统应该具有把一个程序的不同部分分配到不同处理机上执行的能力。处理机合作。各个进程必须能相互通信和同步，这是对分布式程序设计支持的第二个要求。处理部分失效。在分布计算系统中一些CPU失效时，其他CPU照样工作。所以对分布式程序设计支持的第三个要求是能对系统的部分失效
3、进行检测并恢复。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.1 3.1 分布式程序设计语言概述分布式程序设计语言概述 v分布式程序设计语言的分类分布式程序设计语言的分类 按并行模型来分按并行模型来分 1)顺序进程并行语言。这类语言使用的最基本模型是一组顺序进程，它们并行运行，并且通过报文传递进行通信。大部分是流行的C(或C+)和FORTRAN的扩展。2)具有内在并行性的语言。一些研究者认为算法语言不是处理并行性的最好语言，因为算法语言是内在顺序式的，许多研究者研究具有内在并行性的语言，如函数式语言、逻辑语言和面向对象语言。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.1
4、3.1 分布式程序设计语言概述分布式程序设计语言概述 v分布式程序设计语言的分类分布式程序设计语言的分类 按通信模型来分按通信模型来分 1)在物理分布的硬件上运行逻辑上分布的软件。相互使用SEND和RECEIVE原语通信，在网络上发送报文。2)在物理非分布的硬件上运行逻辑上分布的软件。用共享主存方法实现报文传递来模拟物理报文传递通信。3)在物理分布的硬件上运行逻辑上非分布的软件。使用分布式共享存储器通信。4)在物理非分布的硬件上运行逻辑上非分布的软件。使用物理共享存储器通信。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.1 3.1 分布式程序设计语言概述分布式程序设计语言概述 v分布
5、式程序设计语言的分类分布式程序设计语言的分类 容错模型和技术容错模型和技术故障的处理模型：1)系统对程序员隐匿全部处理机故障。2)给程序员提供高层机制，使得程序员能够描述哪些进程和数据是重要的，以及发生崩溃后怎样恢复。3)实现可靠性的方法有两种：程序设计容错和通信容错。4)程序设计容错技术有三类：向前恢复试图确定错误所在并基于这个知识改正包含错误的系统状态；向后恢复通过把系统恢复到错误发生前的状态来改正系统状态；错误屏蔽，利用同一个算法独立开发几个版本，一个最后投票系统用于对这n个版本产生的结果进行投票并确定一个正确的结果。5)通信容错处理进程通信中发生的故障，通信容错依赖于使用的通信方式和故
6、障的类型。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.2 3.2 并行性的支持并行性的支持 v并行性的概念并行性的概念 并行性。因为分布计算系统有多个处理机，所以可把程序分成若干部放到多个处理机上同时运行，这就是所谓的并行性。伪并行性(pseudo parallelism)，即把程序表示为一组并行运 行的进程但不管它们是否在不同的处理机上同时运行。并行粒度。并行单位可以是进程(如并发C)，也可以是表达式(如Par Alfl)。一般说来，通信代价越大，则并行的粒度就应该越大。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.2 3.2 并行性的支持并行性的支持 v并行性的表示并
7、行性的表示 进程并行。一般说来，一个进程是一个逻辑处理机，顺序地执行代码，具有自己的状态和数据。在语言中，进程或进程类型是要被说明的，就像过程或过程类型一样。进程的创建可以由说明隐式地完成，也可以通过创建某种结构显式地完成。对象并行。用下述方法扩充顺序对象模型可获得并行性：(1)允许对象不必在收到报文时才活动；(2)允许接收对象在返回结果后继续执行；第(3)一次向几个对象发送报文；(4)允许报文发送者继续和接收者并行工作。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.2 3.2 并行性的支持并行性的支持 v并行性的表示并行性的表示 语句并行语句并行PAR j=0 FOR n Aj：=
8、Aj+1 PAR S1S2第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.2 3.2 并行性的支持并行性的支持 v并行性的表示并行性的表示 函数并行函数并行 例如表达式例如表达式h(f(3,4),g(8)h(f(3,4),g(8)，先计算，先计算f f或或g g是没有关系的，从而可是没有关系的，从而可以并行计算以并行计算f f和和g g。子句的并行子句的并行下面的程序给出谓词A的两个子句：(1)A:-B,C,D(2)A:-E,F存在两个并行性的机会：(1)A的两个子句可并行工作只到有一个成功或两个都失败。(2)每个子句中的子定理可并行工作直到它们全都成功，或其中一个失败。前一种并行性叫
9、做OR并行性，后一种叫做AND并行性。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.3 3.3 进程通信与同步的支持进程通信与同步的支持 v报文传递报文传递进程通信的表示方法：报文传递和共享数据进程通信的表示方法：报文传递和共享数据 设计报文传递的通信方式应考虑的问题：1)可靠的报文传递和非可靠的报文传递：可靠的报文传递需要承认报文。2)显式接收和隐式接收：显式接收时，接收者执行某一类accept语句指明接收哪些报文，以及当报文到达时采取什么行动。使用隐式接收时，在接收者内自动调用程序，通常在接收进程中创建一个新的线程。3)直接命名和间接命名：直接命名用于指示一个指定的进程，名字可以
10、是该进程的静态名字或是一个表达式。间接命名包括一个中间对象，通常叫做邮箱，发送者把报文送给它，接收者从它那接收。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.3 3.3 进程通信与同步的支持进程通信与同步的支持 v报文传递报文传递进程通信的表示方法：报文传递和共享数据进程通信的表示方法：报文传递和共享数据 设计报文传递的通信方式应考虑的问题：4)对称命名和非对称命名。如果发送者和接收者相互命名，则基于直接命名的方案是对称的。在非对称方案中，仅发送者找接收者，在此情况下，接收者要与任何发送者相互作用。注意，使用隐式接收报文的相互作用在命名方面总是非对称的。第三章第三章 分布式程序设计语
11、言分布式程序设计语言 3.3 3.3 进程通信与同步的支持进程通信与同步的支持 v报文传递报文传递报文传递通信模式有：1)同步和异步点到点报文。在同步报文传送方式中，发送者在接收者接收报文前一直阻塞。这样，双方不仅交换了数据而且还达到同步。在异步报文传送方式中，发送者并不等待接收者准备好接收其报文，发送者在送出报文后立即继续工作。2)会合。在Ada中会合模型基于三个概念：项说明、项调用和接受语句。项说明和接受语句是服务员程序的一部分，项调用在顾客端。当进程S调用进程R的一项，R为此项执行accept语句时，在S和R之间发生了相互作用，叫做会合。3)accept incr(X:int;Y:out
12、 int)4)do Y:=X+1;5)end第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.3 3.3 进程通信与同步的支持进程通信与同步的支持 v报文传递报文传递报文传递通信模式有：3)远程过程调用(RPC)。它是双向通信的另一个原语。当进程S调用进程R的过程P时，由S提供的P的输入参数被送给R。当R收到调用请求时，执行过程P，然后把输出参数送回给S。执行P期间S阻塞，直到输出参数返回。这和会合机构不同，在会合机构中，一旦accept语句已执行，则调用者就不阻塞。4)一到多报文传送。很多用于分布计算系统的网络支持快速的广播或组通信设施。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语
13、言 3.3 3.3 进程通信与同步的支持进程通信与同步的支持 v共享数据共享数据如果两个进程访问同一个变量，可以实现另一种通信方式：一个进程对此变量进行设置，另一个进程对它进行读。如果两个进程在同一个机器上运行，变量在此机器上存储，则可直接通信。分布进程的共享数据方法有：分布式数据结构和共享的逻辑变量。1)分布式数据结构。这种数据结构可由若干进程同时处理。Linda语言使用元组空间(tuple space)的概念实现分布式数据结构。2)例如“jones”,31,true是一个有三个段的元组：一个字符串、一个整数和一个布尔值。对TS定义了三个原子操作：out操作向TS加入一个元组，read读TS
14、中的一个元组，in读TS中的一个元组并删除它。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.3 3.3 进程通信与同步的支持进程通信与同步的支持 v共享数据共享数据2)共享的逻辑变量。逻辑变量具有“单赋值”性质，最初，它们是未赋值的，但一旦它们接收一个值就不能改变它们。这些变量被用于进程之间的通信通道。如下三个目标：3)goal_1(X,Y),goal_2(X,Y),goal_3(X)4)进行逻辑乘，用进程P1、P2、P3并行求解。变量X是这三个进程的通信通道，最初是未赋值的。如果三个进程中的某个给X赋值，则其它两个进程可使用此值。类似地，Y是P1和P2的通信通道。第三章第三章 分布
15、式程序设计语言分布式程序设计语言 3.3 3.3 进程通信与同步的支持进程通信与同步的支持 v非确定性的表示和控制非确定性的表示和控制 进程之间的相互作用模式并不总是确定性的，有时还决定于运行进程之间的相互作用模式并不总是确定性的，有时还决定于运行时条件。因此，表示和控制非确定性模型被提出。选择语句和保时条件。因此，表示和控制非确定性模型被提出。选择语句和保护的护的(guarded)Horn(guarded)Horn子句子句 是两种表示和控制非确定性的模型。是两种表示和控制非确定性的模型。1)选择语句。它是由如下形式的一组保护命令组成的：保护语句 其中保护(guard)由一个布尔表达式和某一类
16、“通信请求”组成。布尔表达式必须无副作用，因为它可能在执行该选择语句过程中被计算多次。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.3 3.3 进程通信与同步的支持进程通信与同步的支持 v非确定性的表示和控制非确定性的表示和控制 2)保护的Horn子句。逻辑程序本质上就不是确定性的。3)并行逻辑语言不是对一给定的谓词一个又一个地试验子句，失败时回溯，而是并行地搜索所有那些子句，并且在这些并行执行期间直到有一个并行执行提交前不允许任何赋值对外部是可见的，这叫做OR并行性。但是，这不能无限地进行，因为并行工作的搜索路径随证明的长度而指数地增长。4)很普遍的控制OR并行性技术是提交选择非确
17、定性，它非确定地选择一个可选择的子句，取消其他子句。它是基于保护的Horn子句，形式如下：5)A:-G1,Gn|B1,Bmn0,m06)目标Gi的合取(与操作)叫做保护，目标Bi的合取叫做体(body)。提交操作符“|”也是一个合取操作符。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.4 3.4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v分布式程序设计语言的分类：分布式程序设计语言的分类：分布式程序设计语言分布地址空间共享地址空间同步报文传送异步报文传送会合远程过程调用多重原语对象原子事务处理函数式语言逻辑语言分布数据结构第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言
18、3.4 3.4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v同步式报文传递语言同步式报文传递语言：1)创建并行进程：2)如CSP提供简单的并行命令创建固定数目的并行进程。进程包含名字、逻辑变量和一系列语句(进程体)。CSP可以创建一组相似的进程，但其数目必须在编译时是个常数。例如并行语句writer:X:real;|reader(i:1.2):创建三个进程，叫作“writer”、“reader(1)”和“reader(2)”。Writer有一个局部变量X。下标量i可在reader进程的体中使用。2)通信：3)CSP进程不能使用全局变量相互通信，只能使用同步的receive和send。执
19、行send或receive的进程受阻一直到其对方执行完互补的语句为止。例如X:Y!3|Y:n:integer;X?n在进程X的语句中，把值3发送给Y。在进程Y的语句中，从进程X读取输入，并存放到局部变量n中。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.4 3.4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v同步式报文传递语言同步式报文传递语言：3)可传递的数据类型：4)简单数据和有结构的数据均可传送与赋值，只要发送的值与接收它的变量类型相同。可给有结构的数据一个名字(构造符)，如下例中的pair：X:Y!pair(35,60)|Y:n,m:integer;X?pair(n,
20、m)可使用空构造符对两个进程进行同步但不传送任何实际数据。4)非确定性的表示：5)CSP中使用alternative结构表示非确定性，它由一组保护(后面跟着待执行的动作)组成。保护可包含布尔表达式和一个输入语句。CSP允许进程根据当前通信的输入和名字段的信息有选择地接收。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.4 3.4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v异步式报文传递语言异步式报文传递语言：1)并行性单位：NIL中的并行性是基于所谓进程模型。进程不仅是并行性的单位，也是模块化的单位。进程到处理机变换是实现上的问题，由编译和运行时系统处理。2)NIL可动态地进
21、行进程间通信路径的配置：NIL中的信口是一个排队的通信通道。在给定时间，一个信口有一个指定的所有者。所有者关系可以转让给其他进程，可以把信口作为报文的一部分传送，或把信口作为一个新创建进程的初始化参数传送。进程可以连接其拥有的输入口和输出口。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.4 3.4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v异步式报文传递语言异步式报文传递语言：3)通信类型：NIL既支持同步通信也支持异步通信，可把单个输入口连接到几个输出口，所以在输入口可以有多个挂起的报文，因而必须排队。4)非确定表示：NIL提供一个保护命令风格的语句用于在任何输入口上等待
22、报文。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.4 3.4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v基于会合的语言基于会合的语言：Ada:1)并行性表示：其并行性是基于顺序进程，叫作任务(task)，每个任务具有一定的类型。任务由说明部分(说明其他任务如何与其通信)和一个体(包含它的可以执行的语句)组成。2)通信：任务通常通过会合机制通信，也通过共享变量通信，会合机制基于项说明、项调用和接受语句。3)非确定性表示：Ada使用select语句表示非确定性。这个语句用于三个目的：从一组未处理的请求中非确定地选择一个项调用；有条件地调用一项(即仅当被调用的任务准备好立即接受
23、它)和为一个项调用设置时限。4)容错：Ada有一个异常处理机制处理软件故障，但语言定义未说明硬件故障问题。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.4 3.4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v基于会合的语言基于会合的语言：并发C:1)进程创建：它使用create原语显式地创建进程，并可向创建的进程传送参数。可赋给新进程一个优先权，以后新进程或其他进程还可以改变此优先权。2)通信：进程通过会合机构相互通信。并发C中的事务处理与Ada中的项不同，可以返回一个值，并支持异步事务处理(但并不返回值)。并发C支持一个比Ada中的功能更强的accept语句，它根据事务处理
24、参数的值，可以有条件地接受一些事务处理。3)非确定性表示：使用select语句表示非确定性。4)容错：基于进程复制。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.4 3.4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v基于远程过程调用的语言基于远程过程调用的语言：1)DP的进程：每个处理机专用于执行一个进程，但每个进程可包含几个处理线程，这些线程以伪并行方式运行。2)通信：DP进程相互调用对方的公用过程进行通信，用如下形式调用：3)Call P.f(exps,vars)4)这里P是被调用进程的名字，f是由P说明的过程名字，表达式是输入参数，返回值赋予变量vars。第三章第三章
25、 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.4 3.4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v多重通信原语多重通信原语：1)SR是由一个或多个资源(resource)组成。资源是运行在一个物理节点(单处理机或共享存储器多处理机)的一个程序模块，可动态创建，并可选择地分配到指定机器上运行。2)资源可包含多个进程，它们共享数据。资源可包含一个初始进程和终结进程，它们隐式地被创建和运行。3)SR使用类似于select语句的结构处理非确定性。4)SR操作的定义类似过程的定义，可看成一个过程或入口点(entry point)。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.4 3.
26、4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v多重通信原语多重通信原语：5)把操作的两种服务方式和两种调用方式结合起来就有四种进程通信方法。call(同步)send(异步)entry(同步)会合报文传送process(异步)RPCFork第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.4 3.4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v基于对象的语言基于对象的语言：1)对象：Emerald把所有实体都看成对象。对象可以是主动的或被动的。2)并行性：Emerald中的并行性表现在主动对象的同时执行上。一些对象可从一个处理机上迁移到另一个上。3)分布式系统中，很多对象
27、可以并行运行，Emerald为本地和远程调用提供相同的语义。4)对象的迁移可由编译程序或程序员使用几个简单原语发动。对象可作为远程操作中的参数传送。对该参数对象的每次访问都会产生另一个远程调用。为了使这类调用最佳化，先把参数对象传送到目的处理机，后把该对象传送回来。因为这种情况经常发生，所以引入一个新的参数传送类型，叫做传送调用(call_by_move)以便有效地完成这种操作。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.4 3.4 逻辑上分布地址空间的语言逻辑上分布地址空间的语言 v基于原子事务处理的语言基于原子事务处理的语言：Argus:1)主要特点:guardian(保护者)
28、和action(活动)。保护者是能从崩溃中幸存下来的模块，而活动是一组原子执行。2)为了在保持原子语义下允许活动的并行，使用原子对象，它是一种原子数据类型。Argus提供一些原子类型，用户也可自己定义一些。3)Argus提供两级同步机制：用于伪并行进程的和用于并行活动的。4)mutex类型提供对保护者内各进程所共享的对象的互斥访问。5)在容错方面，可把某些保护者对象说明成stable，存放到坚固存储器中，如果某个节点崩溃了，则可在坚固存储器中检索并得到恢复。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.5 3.5 逻辑上共享地址空间的语言逻辑上共享地址空间的语言 v并行函数式语言并行
29、函数式语言：1)ParAlfl利用隐式函数并行性。函数并行性通常是细粒度的。由于可能有比处理机数多得多的任务要并行执行，所以使用变换方法指定哪个表达式在哪台处理机上计算。如：(f(x)$on($self-1)+(g(y)$on($self+1)2)通信和同步是隐式的，所以不需要显式语言结构。某个计算需要另一个计算的结果但还未出来时则受阻。3)语义是基于迟缓计算(lazy evaluation)，即一个表达式仅当其结果被要求时才进行计算。一般说来，程序员不需关心计算次序，但为了有效性要对计算次序进行控制。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.5 3.5 逻辑上共享地址空间的语言
30、逻辑上共享地址空间的语言 v并行逻辑语言并行逻辑语言：并发PROLOG：1)并行性来自合取的各目标的AND并行计算和保护Horn子句的各保护的OR并行计算。2)并发PROLOG中的并行进程使用共享逻辑变量通信。同步是基于在只读变量上暂停的办法。3)并发PROLOG使用保护Horn子句处理非确定性。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.5 3.5 逻辑上共享地址空间的语言逻辑上共享地址空间的语言 v并行逻辑语言并行逻辑语言：PARLOG：1)AND/OR并行性由程序员控制。有两种不同的合取操作符：“.”并行计算各合取；“&”串行计算各合取(自左至右)。2)进程通过共享变量进行通
31、信，而同步方法是在无界共享变量上挂起。PARLOG有个机构用来指定哪些进程可以为某变量产生赋值。如果输入自变量未被赋值，则相应的合一将挂起，当某其他进程为该变量赋值时此合一将继续。3)PARLOG使用保护的Horn子句用于非确定性。PARLOG中的保护可测试任何输入变量并为子句的局部变量赋值，但不能给在输入自变量中传送的变量赋值。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.5 3.5 逻辑上共享地址空间的语言逻辑上共享地址空间的语言 v基于分布数据结构语言基于分布数据结构语言：Linda：1)Linda的目标是将程序员从并行计算和并发事件的思考中解脱出来，从而使并行程序设计在概念上
32、类似于顺序程序设计。2)Linda使用简单原语eval创建顺序进程，但不为程序设计人员提供方法把进程变换到处理机上，实际上并不需要，因为每个处理机执行一个进程。3)Linda使用元组空间通信模型。进程通信要向TS插入新元组、读和移去现存的元组。进程同步方法是使用阻塞read和in操作等待元组可用。4)Linda的容错网络内核是基于TS的复制上的。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.5 3.5 逻辑上共享地址空间的语言逻辑上共享地址空间的语言 v基于分布数据结构语言基于分布数据结构语言：Orca：1)这种语言的并行性是基于顺序进程。使用显式的fork原语派生新的子进程并把参数
33、传送给它。参数可以是数值，也可以是由该子进程的说明部分指出共享的抽象数据类型。2)进程之间通信通过共享数据对象间接地进行。每个对象都属于抽象数据类型，每个抽象数据类型的定义由说明部分和实现部分组成。说明部分列出可对该给定类型的对象进行的各种操作。3)一个操作的实现可由一个或多个保护语句组成。如果是这样，一个操作的调用受阻直到至少有一个保护成功，接着非确定性地选择一个为真的保护，执行其语句不再受阻。4)共享数据对象模型在分布式系统中有效的实现方法是复制对象。如果共享对象不经常改变，可在经常读它的处理机上维持副本，对本地副本进行读操作，就可减少通信开销。原语 语言的例子并行性表示并行性 进程 Ad
34、a、并发 C、Linda、NIL 对象 Emerald、并发 Smalltalk 语句 Occam 表达式 ParAlfl、FX-87 子句 并发 PROLOG、PARLOG变换 静态 Occam、StarMod 动态 并发 PROLOG、ParAlfl 迁移 Emerald通信报文传递 点到点报文 CSP、Occam、NIL 会合 Ada、并发 C 远程过程调用 DP、并发 CLU、LYNX 一对多报文 BSP、StarMod数据共享 分布式数据结构 Linda、Orca 共享逻辑变量 并发 PROLOG、PARLOG非确定性 选择语句 CSP、Occam、Ada、并发 C、SR 保护 Ho
35、rn 子句 并发 PROLOG、PARLOG部分失效故障检测 Ada、SR原子事务处理 Argus、Aeolus、Avalon透明容错 NIL第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.6 3.6 分布式控制描述语言分布式控制描述语言DCDLDCDL vDCDL中的通用符号中的通用符号：选择*重复|并行条件；顺序send输出：=赋值receive输入：定义开始结束任意(全称量词)存在(存在量词)=相等不等或且反第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.63.6分布式控制描述语言分布式控制描述语言DCDLDCDL vDCDL中并行性表示中并行性表示：DCDLDCDL中的
36、并行单元是语句。中的并行单元是语句。一组并行语句表示为：一组并行语句表示为：S S1 1|S|S2 2|S|Sn n而一组顺序语句表示为：而一组顺序语句表示为：S S1 1；S S2 2；S Sn n 一组语句可以用语句优先图表示一组语句可以用语句优先图表示 S S1 1；S S2 2；S S3 3|S|S4 4；S S5 5；S S6 6|S|S7 7 S1S2S3S4S7S5S6S1S2S3S4S7S5S6第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.6 3.6 分布式控制描述语言分布式控制描述语言DCDLDCDL v选择语句选择语句：一个选择语句表示为：一个选择语句表示为：GG
37、1 1CC1 1G G2 2CC2 2G Gn nCCn n 选择语句选择其组成的被保护的命令之一执行。如果多余一个命选择语句选择其组成的被保护的命令之一执行。如果多余一个命令可被选择，选择将是不确定的。如下的选择语句令可被选择，选择将是不确定的。如下的选择语句xym:=xxym:=xyxm:=yyxm:=y表示如果表示如果xyxy，将，将x x赋予赋予mm；如果；如果yxyx，将，将y y赋予赋予mm；如果；如果xyxy并并且且yxyx，则将，则将x x或或y y之一赋予之一赋予mm。第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.6 3.6 分布式控制描述语言分布式控制描述语言DC
38、DLDCDL v重复语句重复语句：一个重复语句指定其组成选择语句的交互次数，这些语句带保护一个重复语句指定其组成选择语句的交互次数，这些语句带保护或不带保护，它的形式有如下三种：或不带保护，它的形式有如下三种：1 1*带保护的选择语句带保护的选择语句 2 2*不带保护的选择语句不带保护的选择语句 3 3(n)(n)选择语句选择语句 在第一种情况下，当所有的保护都经过时，重复语句终止。在第在第一种情况下，当所有的保护都经过时，重复语句终止。在第二种情况下，执行不终止。第三种是一个特别的重复语句，其重二种情况下，执行不终止。第三种是一个特别的重复语句，其重复的次数最多为复的次数最多为n n。第三章
39、第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.6 3.6 分布式控制描述语言分布式控制描述语言DCDLDCDL v重复语句重复语句：例例1 1：给出一个确定的数组：给出一个确定的数组b1:m1:nb1:m1:n，其中，其中1m1m，1n1ni:=i+1;j:=1jni:=i+1;j:=1 第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.6 3.6 分布式控制描述语言分布式控制描述语言DCDLDCDL v重复语句重复语句：例例2 2：确定一个：确定一个mmn n的矩阵的矩阵a1:m1:na1:m1:n中某一行的所有元素是否中某一行的所有元素是否全部为全部为0 0 i:=1;p:=m+
40、1;i:=1;p:=m+1;*ipipj:=1;j:=1;q:=n+1;q:=n+1;*jqjqai,j=0j:=j+1ai,j=0j:=j+1ai,j0q:=jai,j0q:=j ;j=np:=i j=np:=ijni:=i+1jni:=i+1 found:=(im+1)found:=(im+1)第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.6 3.6 分布式控制描述语言分布式控制描述语言DCDLDCDL v语句并发语句并发(或并行或并行)的条件的条件当两个语句并发执行时，可能产生与顺序执行不同的结果。让我当两个语句并发执行时，可能产生与顺序执行不同的结果。让我们先定义两个符号：们
41、先定义两个符号：(1)R(S(1)R(Si i)，S Si i的读集，即在的读集，即在S Si i中被引用的所有变量的集合。中被引用的所有变量的集合。(2)W(S(2)W(Si i)，S Si i的写集，即在的写集，即在S Si i中被修改的所有变量的集合。中被修改的所有变量的集合。BernsteinBernstein提出了以下三个条件，对于两个并发执行的语句提出了以下三个条件，对于两个并发执行的语句S S1 1和和S S2 2，必须满足这三个条件才能使它们并发执行的结果与它们以任意次必须满足这三个条件才能使它们并发执行的结果与它们以任意次序顺序执行的结果相同。序顺序执行的结果相同。(1)R(
42、S(1)R(S1 1)W(S)W(S2 2)=)=(2)R(S(2)R(S2 2)W(S)W(S1 1)=)=(3)W(S(3)W(S1 1)W(S)W(S2 2)=)=第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.6 3.6 分布式控制描述语言分布式控制描述语言DCDLDCDL v语句并发语句并发(或并行或并行)的条件的条件 我们可以用我们可以用BernsteinBernstein条件来寻找语句中可以并行执行的最大条件来寻找语句中可以并行执行的最大子集。为此我们定义了一个无向图，节点集由给定语句集组成，子集。为此我们定义了一个无向图，节点集由给定语句集组成，如果如果S Si i|S
43、|Sj j，则节点，则节点S Si i和和S Sj j相连，可以并行执行的最大的语句子集相连，可以并行执行的最大的语句子集对应于最大的完全子图。对应于最大的完全子图。例如：S1:a:=xy,S2:b:=xz,S3:x:=yz,S4:c:=y-1。显然，S1，S2，S4形成最大的完全子图，也就是说，S1|S2|S4。S1S2S3S4S1S2S3S4第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.6 3.6 分布式控制描述语言分布式控制描述语言DCDLDCDL v DCDLDCDL中的通信中的通信1)1)输出命令的形式为：输出命令的形式为：send message_list to dest
44、inationsend message_list to destination其中其中destinationdestination是一个进程名是一个进程名(一对一通信一对一通信)或代表所有其他或代表所有其他进程进程(一对所有通信一对所有通信)的关键字的关键字allall。2)2)输入命令的形式为：输入命令的形式为：receive message_list from sourcereceive message_list from source其中其中sourcesource是一个进程名，这个输入命令支持显式和隐式的是一个进程名，这个输入命令支持显式和隐式的报文接收。报文接收。隐式的报文接收表示为
45、：隐式的报文接收表示为：receive message_listreceive message_list第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.6 3.6 分布式控制描述语言分布式控制描述语言DCDLDCDL v DCDLDCDL中的通信中的通信例例1 1：用如下递归的方法计算：用如下递归的方法计算f(n)=f(n-1)f(n)=f(n-1)n n2 2，n n1 1并且并且f(1)=1f(1)=1。p(i:1.n):=p(i:1.n):=*receive m from p(i-1)receive m from p(i-1)m=0m=0send 1 to p(i-1)send
46、1 to p(i-1)m0m0send m-1 to p(i+1);send m-1 to p(i+1);receive r from p(i+1);receive r from p(i+1);send msend mmmr to p(i-1)r to p(i-1)p(0):=send n to p(1);p(0):=send n to p(1);receive result from p(1)receive result from p(1)第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.6 3.6 分布式控制描述语言分布式控制描述语言DCDLDCDL v DCDLDCDL中的通信中的
47、通信例例2 2：FibonacciFibonacci数列是由递推公式数列是由递推公式F(i)=F(i-1)+F(i-2)(i1)F(i)=F(i-1)+F(i-2)(i1)定义的定义的一个整数数列，其初始值一个整数数列，其初始值F(0)=0F(0)=0，F(1)=2F(1)=2。这里有两种算法。这里有两种算法。算法一：定义一系列进程：算法一：定义一系列进程：f(i)f(i)用于计算用于计算F(n-i+1)F(n-i+1)，如果，如果(n-i+1)(n-i+1)大于大于1 1，f(i)f(i)从从f(i-1)f(i-1)接收接收(n-i+1)(n-i+1)并把并把(n-i)(n-i)传递给传递给
48、f(i+1)f(i+1)。然后。然后f(i)f(i)等待等待f(i+1)f(i+1)和和f(i+2)f(i+2)的结果，把它们相加，并把相加的结果传递的结果，把它们相加，并把相加的结果传递给给f(i-1)f(i-1)和和f(i-2)f(i-2)。f(0):=send n to f(1);receive p from f(2);receive q from f(1);ans:=qf(i):=receive n from f(i-1);n1send n-1 to f(i-1);receive p from f(i+2);receive q from f(i+1);send p+q to f(i-1
49、);send p+q to f(i-2)n=1send 1 to f(i-1);send 1 to f(i-2)n=0send 0 to f(i-1);send 0 to f(i-2)f(-1):=receive p from f(1)在上述算法中，f(0)是用户进程，f(-1)是虚进程。算法二。这个算法使通信只限于邻居之间，即f(i)只能和f(i-1)和f(i+1)通信。f(0):=n1send n to f(1);receive p from f(1);receive q from f(1);ans:=p n=1ans:=1 n=0ans:=0 f(i):=receive n from f
50、(i-1);n1send n-1 to f(i+1);receive p from f(i+1);receive q from f(i+1);send p+q to f(i-1);send p to f(i-1)n=1send 1 to f(i-1);send 0 to f(i-1)第三章第三章 分布式程序设计语言分布式程序设计语言 3.6 3.6 分布式控制描述语言分布式控制描述语言DCDLDCDL v DCDLDCDL中的通信容错中的通信容错容错是通过检测故障并随之对系统进行重新配置而实现的。以下容错是通过检测故障并随之对系统进行重新配置而实现的。以下是用是用DCDLDCDL描述的故障检测
