【分布式计算】四、代码迁移 Code Migration

迁移代码的必要

代码迁移的原始形式：进程迁移

整个进程从一台机器迁移到另一台机器。
这似乎是一项成本高昂且复杂的任务，但如果迁移从重负载机器转移到轻负载机器，则可以提高整体系统性能

案例1

有一个客户端-服务器系统，其中服务器管理一个巨大的数据库。如果客户端应用程序需要执行涉及大量数据的许多数据库操作，那么最好将客户端应用程序的一部分发送到服务器，并通过网络仅发送结果。 否则，网络可能会被从服务器到客户端的数据传输淹没。在这种情况下，代码迁移是基于这样一种假设，即处理靠近这些数据所在位置的数据通常是有意义的

案例2：Web搜索

以小型移动程序在不同站点之间移动的形式实现一个搜索查询。通过制作这样一个程序的多个副本，并将每个副本发送到不同的站点，与仅使用单个程序实例相比，我们可能实现线性加速。

案例3

动态配置分布式系统Configure a distributed system dynamically

优点：客户端不需要预先安装所有的软件就可以与服务器通信。缺点：安全问题

强迁移与弱迁移

对象组件（Object components）

1.代码段(Code)：包含实际代码
2.资源段(Resource)：包含对进程所需外部资源的引用，如文件、打印机、设备、其他进程等。
3.执行段(Execution)：包含进程的当前执行状态，由私有数据、堆栈和程序计数器组成

弱迁移

1.只传输代码段，也许还有一些初始化数据。
2.传输的程序总是从其初始状态开始。
该模型要求：目标机器可以执行该代码，使代码可移植

案例：Java小程序

强迁移

同时传输代码段和执行段。
一个正在运行的进程可以停止，随后移动到另一台机器，然后在它的断点继续执行。

该模型要求：

1.记录进程停止点
2.捕获其运行时上下文（runtime context）
3.转移到目标机器
4.恢复所需的上下文并从其停止点继续运行进程

发送者发起与接收者发起(Sender-initiated Vs. Receiver-initiated)

发件者发起的迁移

定义：代码在哪台机器上或正在哪台机器执行，就由该机器启动迁移
强迁移或弱迁移均可

示例
将程序上载到计算服务器（安全问题？）
通过互联网向Web数据库服务器发送搜索程序以在该服务器上执行查询

接收者发起的迁移

代码迁移的主动权掌握在 目标机器 手中。更容易实现
通常是弱迁移
示例

Java小程序(applets)
从服务器下载代码，以提高客户端性能（安全问题并不重要）

远程克隆（Remote cloning）

实现强迁移模型的简单方法

1、克隆制作一份与原始进程完全相同的副本，但运行在不同机器上
2、克隆的进程与原始进程并行执行。

克隆的优点是克隆得到的进程与原来已经在多个应用程序中使用的进程极为相似，唯一的不同点在于，克隆得到的进程是在另一台机器上运行。从这个意义上说，通过克隆来迁移是一种增强分布透明性的简单方法。

案例：在UNIX系统中，通过派生一个子进程并让该子进程在远程机器上继续运行，可以实现远程克隆。

资源段迁移（Resource segment in migration）

问题：资源段不能不进行更改而简单地与其他段一起传输。简单地说，就是资源段不易迁移

示例：无法移动打印机、无法移动本地计算机中的特定TCP端口。 总之，对象使用的本地资源可能在目标站点可用，也可能不可用。

基于不同的案例的解决方案

资源对机器的绑定（Resource-to-machine bindings）

1、紧固连接资源Fixed：无法迁移资源，例如本地硬件。
2、附着连接资源Fastened：资源可以迁移，但成本高，例如本地数据库。
3、未连接资源Unattached：资源可以很容易移动（例如缓存）

进程对资源的绑定

1.按标识符(identifier) 绑定（最强绑定方式）：进程明确指定引用哪些资源
2.按值(value) 绑定：只需要资源的值（重点是文件内容正确）
3.按类型(type) 绑定：只需指明组要哪种类型的资源

对于按标识符绑定，若未连接，则可以直接移动；若附着或紧固，还是建立全局引用
对于按值绑定，若未连接，则可以直接复制，

运行时库是典型的值引用的附着连接资源，可以复制，如果太大，就用全局引用。
资源被共享则只能建立全局引用

对于按类型绑定，一般就是重新绑定到本地可用的同类型资源上，只有本地没有时，才需要复制或建立全局引用

建立全局引用：URL

异构系统间迁移

问题：
1.目标系统可能不适合执行迁移的代码
2.对进程/线程/处理器环境(context)的定义高度依赖于本地硬件、操作系统和runtime system
解决方案：
利用能够在不同系统上实施的抽象机器（虚拟化技术）

案例 虚拟机迁移

冷迁移

停止与迁移
虚拟机暂停-迁移-虚拟机恢复

热迁移

运行时迁移

移动代理Mobile Agent???

强迁移？
具有以下特征：自主性\社会能力\学习\移动性，

它使用代码迁移技术。移动代理决定何时何地移动

基本构想：

1.在网络中的主机之间游走是无约束的。
2.它在一个执行环境中创建，可以将其状态和代码传输到网络中的另一个运行环境，在那里它可以恢复执行
3.“状态”通常是指代理的属性值，这些属性值帮助它确定在目的地恢复执行时要做什么。

案例：Dartmouth’s D’Agents project（移动代理mobile agent）

Reasons to use mobile agents

1、减少了网络负载：移动代理允许用户打包对话并将其发送(dispatch)到在本地进行交互目标主机。将计算移动到数据，而不是将数据移动到计算
2、克服了网络延迟：对于关键的实时系统，一些较小的延迟是不可接受的。移动代理提供了一种解决方案，因为它们可以从中央控制器调度到本地并直接执行控制器的决策。
3、封装协议：当协议不断发展以适应效率或安全性的新要求时，在不同主机中编码传出数据和解释传入数据的协议通常会成为遗留问题。 另一方面，移动代理可以移动到远程主机，以基于专有协议建立“通道”
4、异步且自主地执行(asynchronously and autonomously.)。一些任务需要移动设备和固定网络之间持续开放的连接。任务可以被分发到网络中，然后代理变得独立，可以异步和自主地操作。移动设备可以稍后重新连接以收集代理agent。
5、动态适应。移动代理可以感知其执行环境，并对变化做出自主反应。多个移动代理具有在网络中的主机之间分配自身的独特能力，以保持解决特定问题的最佳配置
6、它们具有鲁棒性和容错性。如果一台主机正在关闭，则会警告在该计算机上执行的所有代理，并给它们时间在网络中的另一台主机上分派和继续操作

应用领域

E-commerce：交易需要对远程资源的实时访问，甚至代理之间的谈判
Personal assistance：用户可以发送一个移动代理，与代表每个被邀请参加会议的人的代理进行交互
Distributed information retrieval： dispatch，remote；locally
create search indexe ，later be shipped back
Monitoring and notification：代理可以监视给定的信息源，而不依赖于其来源的系统。
Information dissemination
Parallel processing：分配进程