Лекция 13. Организация вычислительных комплексов и сетей.

План: 1. Многомашинные вычислительные комплексы.

2. Локальные вычислительные сети.

 

Многомашинные вычислительные комплексы (ММВК). Двумя основными проблемами построения вычислительных систем для критически важных приложений, связанных с обработкой транзакций, управлением базами данных и обслуживанием телекоммуникаций, являются обеспечение высокой производительности и продолжительного функционирования систем. Наиболее эффективный способ достижения заданного уровня производительности – применение параллельных масштабируемых архитектур. Задача обеспечения продолжительного функционирования системы имеет три составляющих: надежность, готовность и удобство обслуживания. Все эти три составляющие предполагают, в первую очередь, борьбу с неисправностями системы, порождаемыми отказами и сбоями в ее работе. Эта борьба ведется по всем трем направлениям, которые взаимосвязаны и применяются совместно.

В последние годы в литературе по вычислительной технике все чаще употребляется термин “системы высокой готовности” (High Availability Systems). Все типы систем высокой готовности имеют общую цель - минимизацию времени простоя. Имеется два типа времени простоя компьютера: плановое и неплановое. Минимизация каждого из них требует различной стратегии и технологии. Плановое время простоя обычно включает время, принятое руководством, для проведения работ по модернизации системы и для ее обслуживания. Неплановое время простоя является результатом отказа системы или компонента. Хотя системы высокой готовности, возможно, больше ассоциируются с минимизацией неплановых простоев, они оказываются также полезными для уменьшения планового времени простоя. Следует отметить, что высокая готовность не дается бесплатно. Стоимость систем высокой готовности намного превышает стоимость обычных систем.

Главными характеристиками систем высокой готовности по сравнению со стандартными системами являются пониженная частота отказов и более быстрый переход к нормальному режиму функционирования после возникновения неисправности посредством быстрого восстановления приложений и сетевых сессий до того состояния, в котором они находились в момент отказа системы. Следует отметить, что во многих случаях пользователей вполне может устроить даже небольшое время простоя в обмен на меньшую стоимость системы высокой готовности по сравнению со значительно более высокой стоимостью обеспечения режима непрерывной готовности.

Создание систем высокой готовности возможно на основе многомашинных вычислительных систем.

Многомашинная вычислительная система (ММВС) – это вычислительная система, содержащая несколько ЭВМ, каждая из которых имеет свою оперативную память и работает под управлением своей операционной системы, а также средства обмена информацией между машинами.

Многомашинные системы, создаваемые путем комплексирования оборудования нескольких серийных ЭВМ, часто называют многомашинными вычислительными комплексами (ММВК). ММВК обычно используются для управления каким-либо объектом.

Конфигурации ММВК, предлагаемые современной компьютерной промышленностью, простираются в широком диапазоне от “простейших” жестких схем, обеспечивающих дублирование основной системы отдельно стоящим горячим резервом в соотношении 1:1, до весьма свободных кластерных схем, позволяющих одной системе подхватить работу любой из нескольких систем в кластере в случае их неисправности.

Однородные многомашинные системы – системы, состоящие из однотипных ЭВМ. Неоднородные ММС состоят из ЭВМ различного типа.

ММС могут иметь одноуровневую и иерархическую структуру. В первом случае машины системы образуют один общий уровень обработки данных, а во втором система содержит отдельные машины для выполнения различных уровней обработки информации. Обычно менее мощная машина (сателлит) берет на себя ввод информации с различных терминалов и ее предварительную обработку, разгружая от этих сравнительно простых операций основную более мощную ЭВМ, чем достигается увеличение общей пропускной способности комплекса.

Современные конструкции ММВК предполагают использование горячего резерва (Fail-Over), включая переключение прикладных программ и пользователей на другую машину с гарантией отсутствия потерь или искажений данных во время отказа и переключения.

Такое переключение может выполняться вручную или автоматически, и имеется несколько уровней автоматизации этого процесса. Например, в некоторых случаях пользователи инструктируются о том, что они должны выйти и снова войти в систему.

Резервная система не обязательно должна полностью повторять систему, которую она резервирует (конфигурации систем могут отличаться). Это позволяет в ряде случаев сэкономить деньги за счет резервирования большой системы или систем с помощью системы меньшего размера и предполагает либо снижение производительности в случае отказа основной системы, либо переключение на резервную систему только критичных для жизнедеятельности организации приложений.

Возможность выбора конфигурации системы с помощью процедур начальной установки дает пользователям большую гибкость, позволяя постепенно использовать весь заложенный в системе потенциал.

В настоящее время широкое распространение получила технология параллельных баз данных. Эта технология позволяет множеству машин разделять доступ к единственной базе данных. Распределение заданий по множеству процессорных ресурсов и параллельное их выполнение позволяют достичь более высокого уровня пропускной способности транзакций, поддерживать большее число одновременно работающих пользователей и ускорить выполнение сложных запросов.

Все вышеуказанные факторы предопределили появление вычислительных сетей.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это коммуникационная система для установления связи между несколькими компьютерами.

ЛВС (LAN, Local Area Network) представляет собой соединение не­скольких ПК с помощью соответствующего аппаратного и программного обес­печения. Слово “локальная” в этом названии означает, что все соединенные ПК выполняют задачи, как правило, в пределах одного здания или соседних зданий.

Кроме локальных, существуют другие категории сетей:

• MAN является аббревиатурой термина Metropolitan Area Network. В этой сети основой для коммуникации данных является соединение систем в пределах города. В качестве области ее применения можно представить компьютеризированную главную управляющую систему или управление информацией о жителях большого города.

• WAN является сокращением от слов Wide Area Network. В данном случае речь идет о сети, которая может соединять несколько стран.

• GAN обозначает сеть, которая соединяет континенты (от английского термина Global Area Network).

С технической точки зрения, Интернет – объединение транснациональных компьютерных сетей, работающих по самым разнообразным протоколам, связывающим всевозможные типы компьютеров, физически передающих данные по телефонным проводам и оптоволокну, через спутники и радиомодемы. Координацию сети осуществляет Центр информационных сетей при Стенфордском исследовательском институте в Менло Парк (Калифорния).

Программа удаленного доступа – программа, обеспечивающая связь компьютеров через модем.

Телекоммуникация – связь на расстоянии.

Если несколько пользователей объединяют имеющиеся у них коммуникационные системы, образуется телекоммуникационная компьютерная сеть.

Телекоммуникационная сеть – сеть передачи данных, состоящая из каналов передачи данных и средств коммутации.

ЛВС нашли широкое применение в системах автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства, системах управления производством и технологическими комплексами, в конторских системах, бортовых системах управления и т.д. ЛВС является эффективным способом построения сложных систем управления различными производственными подразделениями.

Основное назначение ЛВС состоит в выполнении следующих функций:

• распределение данных (Data Sharing). Данные в сети хранятся на цент­ральном ПК и могут быть доступны на рабочих станциях. Благода­ря этому не надо на каждом рабочем месте иметь накопители для хране­ния одной и той же информации;

• распределение ресурсов (Resource Sharing). Периферийные (чаще всего дорогие) устройства могут быть доступны для всех пользователей сети. Такими устройствами могут быть, например, факс или лазерный принтер;

• распределение программ (Software Sharing). Все пользователи сети могут совместно иметь доступ к программам, которые были один раз централи­зованно установлены. Конечно, при этом должна работать сетевая версия соответствующих программ;

• электронная почта (Electronic Mail). Все пользователи сети могут интер­активно соединяться друг с другом, чтобы передавать или принимать со­общения.

Глобальная сеть INTERNET. Одна из первых версий INTERNET была разработана в семидесятых годах Департаментом Обороны США, чтобы дать возможность исследовательским институтам, работавшим над особо важными для обороны в то время проблемами, обмениваться информацией. К тому же предполагалось, что этот способ связи позволит сохранить обмен информацией между ними в случае такой мировой катастрофы, как ядерная война. В то время сеть носила название ARPAnet - по имени организации финансировавшей эти разработки. Основная операционная система была Unix. В 80-х годах, когда персональные компьютеры начали получать все более широкое распространение в США, появились сети, связавшие между собой исследовательские центры университетов. Соединив сети, университеты получили возможность общаться между собой, подобно оборонным институтам в семидесятых годах. Однако эта новая связь имела дополнительное качество: пользователь университетской сети, находясь дома или в школе, подключаясь к сети, получал также доступ к любому месту, к которому эта сеть была подсоединена. Такая связь получила название "межсеть" (internet), и, таким образом, появилась сеть INTERNET, которую назвали основной сетью, межсетью или сетью сетей.

Каждый пользователь INTERNET имеет свой сетевой адрес. Существует компания (в штате Виржиния), которая следит за INTERNET адресами с тем, чтобы среди пользователей не появилось два одинаковых адреса.

Литература:

1. Ларионов A.M., Майоров С.А., Новиков Г.И. Вычислительные.комплексы, системы и сети. -Л.: Энергоатомиздат, 1987.

2.Хамахер К., Вранешич З., Захи С. Организация ЭВМ. -СПб.: Питер, 2003 - 848с: ил.

3.Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети, принципы, технологии, протоколы. – СПб.: Питер, 2000.