第2章分布式程序设计语言

第2章分布式程序设计语言 在这一章里，我们概述通用分布式程序设计语言并介绍类C S P分布式控制描述语言（D C D L）。 这种语言用于描述一些控制结构，如并行的表示、进程间通信和同步、容错设计。用D C D L表示 的控制算法在抽象层上提出，可以应用于操作系统层、语言运行时系统层或用户层。 2.1 分布式程序设计支持的需求 显然，传统的顺序程序设计语言如F o r t r a n、P a s c a l和C不适合于分布式系统。这些语 ### 第2章 分布式程序设计语言 #### 2.1 分布式程序设计支持的需求 随着计算机技术的发展，分布式系统已经成为现代计算架构的核心组成部分。然而，传统的顺序程序设计语言，如Fortran、Pascal和C等，并不适合分布式系统的开发。这些语言在设计之初并未考虑诸如并发处理、进程间通信、同步机制以及容错性等问题，因此在面对分布式系统时存在明显的局限性。 在分布式系统中，程序设计面临三个主要方面的需求： 1. **多个处理单元（Processing Element, PE）的使用**：这与并行处理的概念紧密相关。在分布式环境中，任务被划分成若干子任务，由不同的处理单元执行，以此提高整体系统的性能。 2. **处理单元间的合作**：包括通信和同步两个方面。通信涉及到不同进程之间的消息传递；而同步则确保多个进程能够按照预定的方式协同工作，避免冲突或数据不一致的情况发生。 3. **对局部故障的容忍能力**：分布式系统的一个关键特性就是能够在部分组件出现故障的情况下继续运行。这意味着系统设计时需要充分考虑到容错机制的重要性。 为了满足上述需求，分布式程序设计语言需要具备更高级别的抽象能力和更强大的内置功能。这些语言不仅要支持并发处理和通信机制，还应该提供同步和容错的手段。此外，分布式程序设计语言的设计还需要考虑到其应用的不同层面，包括但不限于用户层、语言运行时层和操作系统层。 #### 2.2 并行/分布式程序设计语言概述 分布式程序设计语言与并行程序设计语言在某些方面有着显著的区别。并行程序设计语言通常假设所有进程共享同一个内存空间，因此更多地关注于同步机制，例如使用信号量和管程来协调对共享资源的访问。相比之下，分布式程序设计语言需要考虑节点间通信的成本和效率，因为每个处理单元可能位于不同的物理位置，并且没有共享的内存空间。 **信号量**是一种简单的同步原语，通过定义P操作（测试和等待）和V操作（释放）来控制对共享资源的访问。而**管程**则是一种更为复杂的同步机制，它可以封装一组资源和对这些资源进行操作的方法，从而实现更高级别的同步和互斥。 **CSP (Communicating Sequential Processes)** 是一种非常重要的模型，它定义了一种基于消息传递的方式来实现进程间的通信和同步。CSP的理念对很多分布式程序设计语言的设计产生了深远的影响。例如，它强调了通过消息传递来进行进程间的通信，而不是共享内存。 除了CSP之外，还有一些其他的编程模型和语言，如Linda，它提供了一个称为“元组空间”的抽象概念，允许进程通过存取元组空间中的数据来实现通信，这种方式进一步降低了通信双方的耦合度。Skillicorn和Talia提出的并行模型分类方法中，他们将并行模型分为两类：“任意计算结构”和“受限计算结构”。后者特别关注于那些能够减少通信量和简化通信类型的数据并行语言，这类语言通常是C或Fortran的扩展版本，特别适用于高性能计算和通信（HPCC）领域。 分布式程序设计语言的设计需要充分考虑并发处理、进程间通信、同步机制和容错性等方面的需求，并且根据不同层次的应用需求提供相应的支持。通过这些语言和技术的支持，开发者能够更加高效地构建复杂且可靠的分布式系统。