集群系统MOSIX分析（3）

核心提示：进程迁移的一个主要的要求就是透明性，也就是说，集群系统MOSIX分析（3），系统的功能行为不应该因为进程迁移了而改变，表面上看来，MOSIX维持了一个逻辑状态，描述了其它的进程该如何看待该进程，透明性在基于消息的系统如Accent、Charlotte和V系统上是很容易实现的，在这些系统中

进程迁移的一个主要的要求就是透明性，也就是说，系统的功能行为不应该因为进程迁移了而改变。表面上看来，透明性在基于消息的系统如Accent、Charlotte和V系统上是很容易实现的。在这些系统中，进程是通过消息通道，以一种统一的方式和其它进程以及系统交互的。只需保持消息通道，将消息转发到远程进程的新位置上即可确保透明性，这通常是通过更新消息通道端点的地址实现的。例如，Charlotte在迁移时更新地址，V则一直直到旧的不正确的地址被使用时才通过多播协议更新地址。但是，在像LINUX这样通过系统调用接口为进程提供服务的系统中，实现透明性则比较困难。

MOSIX支持单系统映象SSI(Single System Image)。单系统映象SSI(Single System Image)的概念用软件或硬件的方式给用户造成一种幻觉，使多个计算元素统一为单个计算资源。SSI系统具有如下的特性:

单系统: 用户视图是一个有多个CPU的单系统

单控制: 通过单一的接口从同一点获取服务

对称性: 用户可以在不同的结点获得相同的服务

位置透明性: 提供服务的物理设备位置透明

迁移后，进程将继续和它原有的环境相交互而独立于当前所处的节点。为了实现透明性，系统需要能够定位进程，保持用户接口；进程也不必了解它已经从一个节点迁移到另一个节点。一个简单的方法就是在进程的"home"节点上维持一个进程结构，代表该进程，并且和进程环境交互，Sprite系统就是采用这种方法来实现迁移的透明性的。在MOSIX中，用户的工作站就是该进程的"home"节点，"home"节点上代表该进程的结构被称为deputy。Deputy的概念是基于这样一个观察：只有进程的系统级是节点相关的，而用户级上下文是可迁移的。用户级上下文和系统级上下文间定义了良好的接口，可以截获它们之间的交互，并且通过网络传送这些交互动作。

在MOSIX系统的实现中，一个迁移进程是由用户级上下文（Remote：远程）和系统级上下文（Deputy：代理）这两部分组成的。Remote包含着程序代码、用户栈、数据、进程的寄存器和内存印象，是对进程在用户态运行的封装。Deputy则是对进程在内核级运行的封装，包括进程依附资源的描述和系统代码运行时的核心栈等。Deputy包括进程系统上下文具有节点依赖性的那部分，因此是不能被迁移的。在MOSIX中，进程在创建时所处的节点称为进程的唯一宿主节点（UHN：Unique Home-Node），Remote可以在不同的节点之间多次迁移，Deputy却只能保留在宿主节点上。

用户级上下文和系统级上下文之间具有良好定义的接口，在Linux中，进程只有通过系统调用才能进入核心态。因此，我们能够截获它们之间的每个互操作，并且通过网络转发操作。这功能由链接层（link layer）来实现，它拥有一个通讯通道来进行交互操作。Remote通过Deputy进行节点依赖性的工作，如环境变量和IO。如果Deputy所在节点出现故障，Remote将不能正常运行。

Deputy是远程进程在UHN上的表示体。进程的整个用户空间是驻留在远程节点上的，deputy并不拥有自己的内存映射。相反，它和内核线程很相似，共享内核的映射空间。

在许多内核活动中，例如系统调用的执行，必须在内核空间和用户空间之间互相传送数据。一般来说，这都是通过内核原语copy_to_user( )和copy_from_user（）完成的。在MOSIX中，任何内核中的内存操作，如果需要访问用户空间，deputy就必须和remote通讯，请求remote传送必要的数据。一个系统调用中可能会重复好几次这样的远程拷贝操作。远程拷贝带来的开销很具体，主要在于网络延迟。为了消除不必要的远程拷贝，MOSIX实现了一个特别的cache，在初始请求系统调用时预取尽可能多的数据，deputy在调用结束时缓存部分返回给remote的数据，从而减少交互的次数。

为了防止在缺少内存映射的情况下删除和覆盖掉内存映射文件，deputy拥有一个特殊的表，表中的文件都被映射到remote内存。迁移进程的用户寄存器通常都是处于remote上下文的控制中。但是，每个寄存器或某些寄存器的组合可以临时为deputy拥有，处于deputy的操纵之下。

客户进程（remote）不能访问同一节点上中运行的其它进程（本地的或来自其它节点的），反之也一样。它们并不属于当前运行的远程节点上的任何用户，本地进程也不会向它们发送信号或操纵它们。它们的内存无法被当前节点上的进程访问，只有本地系统管理员才能把它们强制迁移出去。

当进程逻辑上处于停止或睡眠状态时，可能要执行一些MOSIX操作。进程将会在它们的"睡眠"之中运行MOSIX操作，然后继续睡眠，直到它们等待的事件发生。例如，可能当进程处于睡眠态时被完成了进程迁移。因此，MOSIX维持了一个逻辑状态，描述了其它的进程该如何看待该进程，而不是根据它此刻的瞬间状态。