Операционные системы 2011 (1114689), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Преимуществом кластерных систем является высокаяэффективность при решении широкого круга задач (за приемлемую цену); кластерныесистемы используют унифицированные средства программирования (типа MPI).Основными проблемами кластерных систем являются отвод тепла и коммуникация (еслибудет использоваться единственная магистраль, то она «захлебнется» от потоковпередаваемой информации, а большинство узлов будут простаивать).74Напоследок хочется отметить, что в рейтингах наиболее высокоскоростныхвычислительных систем (Top100, Top500 и пр.) верхние строчки занимают именнокластерные системы.Теперь рассмотрим проблемы сетевого взаимодействия.1.2.8 Терминальные комплексы (ТК)Современные многопроцессорные системы строятся как специализированныекомпьютерные сети. Основой современных компьютерных сетей было появлениетерминальных комплексов.
Терминальный комплекс — это многомашинная ассоциация,предназначенная для организации массового доступа удаленных и локальныхпользователей к ресурсам некоторой вычислительной системы.Суть ТК заключается в следующем. Пусть имеется некая вычислительная система.Ставится задача организовать массовый доступ к ее ресурсам. Под ресурсами в данномслучае могут пониматься, например, высокая производительность рассматриваемойсистемы или же информационный ресурс (информационное наполнение, интересное длямассового пользователя, такое как электронная библиотека).Рис.
63. Структура терминального комплекса.Терминальные комплексы предполагают наличие в своем составе следующихкомпонентов (Рис. 63):основная вычислительная система (к которой обеспечивается доступ);локальные мультиплексоры;локальные терминалы;модемы;удаленные терминалы;удаленные мультиплексоры.Считается, что пользователь может использовать терминальное устройство(алфавитно-цифровой терминал, т.е. дисплей с клавиатурой), печатающее устройство,внешнее запоминающее устройство (например, магнитная лента).
Изначально всетерминальные устройства располагались на незначительном расстоянии отвычислительного комплекса.Терминальные комплексы можно разделить на локальные и удаленные.Локальные терминальные устройства имеют либо непосредственное подключение к ВС полокальному каналу связи, либо подключение через мультиплексор (устройство,позволяющее через один высокоскоростной канал связи подключить N менее скоростныхканалов). Удаленные терминальные устройства подключаются к ВС черезкоммуникационную среду.
Изначально этой средой являлись обычные телефонные сети,которые исторически основывались на аналоговом способе передачи информации;компьютерные сети основаны на цифровом (дискретном) способе передачи данных. Дляпередачи цифровой информации через аналоговые сети необходимы аналогово-цифровой75и цифро-аналоговый преобразователи (модем — модулятор-демодулятор). Такимобразом, для удаленного соединения необходимы, как минимум, два модема. Удалённыетерминалы могут также мультиплексироваться, и это мультиплексирование может бытьмногоуровневым.Линии связи/каналы. Существуют три критерия, по которым можноклассифицировать каналы.Во-первых, с точки зрения организации канала все каналы можно поделить накоммутируемые и выделенные.Коммутируемый канал — это линия, выделяемая на весь сеанс работытерминального устройства.
Физически коммутируемая линия может иметь различныетопологии. Примером коммутируемого канала может служить телефонный разговор.Выделенный канал обеспечивает связь терминального устройства с ВС напостоянной основе. И здесь существуют два подхода: с одной стороны, можно протянутьмежду терминальным устройством и ВС физический провод (это дорого, но этонаилучший способ обеспечить выделенный канал), а с другой стороны, можно взять одиниз коммутируемых маршрутов телефонной сети (этот подход несколько дешевлепредыдущего, но он особенно плох тем, что уменьшает количество коммутируемыхмаршрутов в телефонной сети, что, в конечном счете, негативно сказывается на качествеее работы «по прямому назначению» — на обеспечении телефонной (голосовой) связи).Преимущества выделенного канала: постоянная готовность (отсутствие отказа насоединение), детерминированное качество соединения.Во-вторых, все каналы можно поделить по количеству участников общения:канал точка-точка —одно устройство общается с одним устройством (подключениек удалённому терминалу без мультиплексирования);многоточечный канал — общение многих устройств (например, примультиплексировании): подключение терминала осуществляется через локальныймультиплексор.И, наконец, каналы можно делить с точки зрения направления движенияинформации в канале:симплексный — канал позволяет осуществлять передачу информации только в одномнаправлении (например, репродуктор громкой связи на вокзале или в организациях;идеальная лекция);дуплексный (двунаправленный) — канал передаёт информацию в двух направлениях(например, телефон);полудуплексный — канал позволяет передавать информацию в двух направлениях, нов каждый момент времени возможна передача информации лишь в одномнаправлении (например, рация).1.2.9 Компьютерные сетиРазвитие терминальных комплексов положило основу развития компьютерныхсетей.
И первым шагом к сетям стала замена терминальных устройств компьютерами.Компьютерная сеть — это объединение компьютеров (или вычислительныхсистем), взаимодействующих через коммуникационную среду (Рис. 64).Коммуникационная среда — каналы и средства передачи данных.76Рис. 64. Компьютерная сеть.Можно выделить следующие свойства компьютерных сетей. Во-первых,логически сеть может состоять из значительного числа связанных между собойавтономных компьютеров, каждый из которых обеспечивает решение определённыхзадач. Два компьютера называются связанными между собой, если они могутобмениваться информацией. Требование автономности используется, чтобы исключить израссмотрения компьютерные системы, в которых один компьютер может принудительнозапустить, остановить другой компьютер или управлять его работой.Во-вторых, компьютерная сеть предполагает возможность распределеннойобработки информации, когда пользователь компьютерной сети может получать вкачестве результата данные, обработанные за счет интеграции этапов обработки данныхна разных компьютерах сети.Следующее свойство — расширяемость сети.
То есть компьютерная сеть должнаобеспечивать возможность развития по протяженности, по расширению пропускнойспособности каналов, по составу и производительности компонентов сети.И, наконец, возможность применения симметричных интерфейсов обменаинформацией между компьютерами сети. Эти интерфейсы позволяют произвольнымспособом распределять функции сети между компьютерами.Будем говорить, что логически компьютеры, составляющие сеть, можноподразделить на абонентские машины (или основные компьютеры — хосты) икоммуникационные (или вспомогательные) компьютеры (шлюзы, маршрутизаторы ипр.) (Рис. 65). Последние выполняют фиксированные функции по обеспечениюфункционирования сети (выбор маршрута, передача информации и т.д.). Это делениелогическое – на практике может оказаться, что одна машина исполняет роль, какабонентской машины, так и коммуникационной.Рис.
65. Составляющие компьютерной сети.С точки зрения взаимодействия компьютеров в сети, традиционно дляфункционирования компьютерных сетей используются 3 модели организации каналов,или 3 модели сетей, — это сети коммутации каналов, сети коммутации сообщений исети коммутации пакетов. Сразу отметим, что большинство современных сетейявляются комбинациями этих основных моделей сетей.77Будем говорить, что два абонента сети осуществляют взаимодействие сеансамисвязи (каждый сеанс связи является последовательностью обменов сообщениями междуабонентами сети).
Под сообщением будем понимать логически целостную порциюданных, имеющую произвольный размер. В сети коммутации каналов коммутацияканалов происходит на весь сеанс связи.К достоинствам данных сетей можно отнести следующие свойства:канал всегда находится в состоянии готовности;требования к коммуникационному оборудованию минимальны: по сути, неттребований к обеспечению буферизации;обмены происходят сообщениями, что ведет к уменьшению накладных расходов попередаче информации;детерминированная пропускная способность сети.Среди недостатков данной модели можно отметить следующие:дороговизна: любой выделенный канал требует больших материальных затрат;наличие высокой избыточности в сети: должно быть либо много каналов, чтобы небыло коллизий, либо в сети будут коллизии – при этом период ожидания свободногоканала недетерминирован;неэффективность использования выделенного коммутационного канала: в отдельновзятом сеансе может быть низкая интенсивность обмена сообщениями;при сбоях или отказах повторение переданной информации является сложной задачей.Сети коммутации сообщений — это сети, которые оперируют термином«передача сообщения», а не «сеанс связи».
Абонент-отправитель передаёт сообщение всеть по первому свободному каналу, который у этого абонента есть. Выделение каналадля передачи каждого сообщения происходит поэтапно (по мере продвижения сообщения)от одного узла к другому. На каждом узле на пути следования принимается решение,свободен ли канал к следующему узлу. Если свободен, то сообщение передается далее,иначе происходит ожидание освобождения канала. К достоинствам и недостаткамданной модели можно отнести:отсутствие выделенного канала и, соответственно, занятости ресурса коммутируемогоканала на недетерминированный промежуток времени, т.е. устранена деградациясистемы, возникающая при организации сетей коммутации каналов;в связи с тем, что сообщения могут быть произвольного размера, возникаетнеобходимость наличия в коммутационных узлах средств буферизации (в общемслучае неизвестно, какой мощности, поскольку сообщение имеет произвольнуюдлину) – таким образом, данная сеть имеет недетерминированные характеристики(скорость передачи по сети и т.д.);обеспечение буферизации требует дорогостоящего коммутационного оборудования иПО;необходимость повторения сообщения в случае сбоя при передаче, что само по себеявляется сложной задачей, хотя менее трудоемкой, чем для сетей коммутации каналов.Модель сети коммутации пакетов строится на предположении использования всети ненадежных средств связи.
Функционирование данной сети состоит в следующем:каждое сообщение разбивается на блоки фиксированного размера, которые называютсяпакетами. То есть передача сообщения – это передача цепочки пакетов (движениепакетов по сети – аналогично предыдущей модели, но существенное различие междуэтими моделями заключается в детерминированности размера пакета). Соответственно, настороне отправителя происходит разбиение сообщения на пакеты, а на сторонеполучателя — сборка. Любой пакет помимо непосредственно самого сообщения (или егочасти) имеет служебную информацию (которая обычно представлена в заголовке пакета),обеспечивающую внутреннюю целостность пакета (контрольная сумма пакета и пр.);адресную составляющую (данные об отправителе и адресате), а также информацию длясборки сообщения из пакетов.78При передаче пакета используется следующая стратегия: любой узел, получивпакет, пытается сразу от него избавиться.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
