Принципи організації операційних систем комп'ютерних мереж

Центральне місце в комп'ютерній мережі посідає мережева операційна система. Вона дає змогу об'єднати різне комунікаційне та інформаційно-обчислювальне обладнання в єдиний робочий комплекс - комп'ютерну мережу.
Мережева ОС- це програмна система, яка керує та організовує використання ресурсів комп 'ютерної'мережі.
Мережева ОС дає змогу користувачу спільно використовувати:
дорогі апаратні ресурси мережі - потужні (heavy duty) принтери, сканери, дискові накопичувачі, інше цінне периферійне обладнання;
програмне забезпечення, інстальоване тільки в одному примірнику, яке застосовують усі користувачі мережі;
інформаційні ресурси, цінні бази даних. Інформацію змінюють в одному місці, а застосовують усі користувачі;
організувати сумісну роботу великого колективу користувачів з оперативним обміном інформацією між ними.
12.1. Складові частини КМ та ОС
KM — це система, яка складається з багатьох компонентів і має блокову структуру. Виділяють такі головні складові частини KM:
комп'ютери з відповідними адаптерами;
кабельна система (пасивна підсистема);*
повторювачі, комутатори, мости, шлюзи, маршрутизатори (активна підсистема KM).
Комп'ютери мережі відповідно до функцій та ресурсів, які вони виділяють для загального користування, поділяють на такі.
Сервери - це комп'ютери, які надають частину своїх ресурсів для загального користування абонентам мережі. Кажуть, що сервери надають певні послуги (сервіси) клієнтам. Залежно від типу послуги розрізняють файловий сервіс, сервіс друкування, модемний сервіс, сервіс часу (див. Д.30.1) та ін. Сервери мають різні набори сервісів. Один сервер може надавати декілька різних сервісів. Залежно від призначення є файл-сервери, сервери друкування, модем-сервери та ін. Файл-сервери виділяють свій дисковий простір і файли для загального користування та керують цим процесом. Сервери друкування керують друкуванням на мережевому друкувальному пристрої, на який надходять завдання зі всієї мережі. Сервери також бувають призначеними (dedicated) та непризначеними (non dedicated). Призначені сервери займаються тільки організацією обслуговування запитів, що надходять з мережі, а непризначені, крім того, працюють зі своєю прикладною програмою і користувачем. Непризначений сервер менш на-дійний: прикладна програма користувача на ньому може призвести до його "зависання". Через це сервер припинить роботу всієї мережі.
Робочі станції - це комп'ютери, що використовують ресурси, надані серверами, проте своїх ресурсів для користування не виділяють.
12.2. Класифікація ОС KM
Залежно від набору класифікаційних ознак операційні системи та побудовані на їхній основі KM поділяють так.
За наявністю призначених серверів:*
однорангові (peer to peer). Кожна робоча станція може одночасно бути сервером та робочою станцією. Такі системи гнучкіші. Вони особливо вигідні для організації робочих груп (приблизно до 20 станцій). Недоліки: складність адміністрування у великих мережах, менша надійність;*
з окремими серверами. Для виконання серверних функцій виділяють окремі машини. На них встановлюють системне програмне забезпечення, спроектоване спеціально для виконання серверних функцій. Сервери можуть бути призначені (наприклад, у Netware 4.x) або непризначені (наприклад, у MS Windows NT).
За характером роботи:
ті, що працюють у режимі витіснення. Спеціальний диспетчер виділяє процесам кванти часу центрального процесора (UNIX, Windows 98, Windows 2000);
ті, що не працюють у режимі витіснення. Процеси самі віддають керування іншим процесам (Netware).
12.3. Структурна схема та головні функції операційної системи KM
Операційна система мережі складається з серверних компонентів та компонентів операційної системи на робочих станціях. Спрощена структура ОС показана на рис. 30.1.
В основі операційних систем робочих станцій є проста програма перетримування (redirector). Вона резидентно міститься в пам'яті комп'ютера. Коли користувач або його програма звертаються з запитом до операційної системи комп'ютера, ця програма перехоплює запит, аналізує, хто його може виконати, і спрямовує або в ОС того ж комп'ютера, або в сервер, якому адресовано цей запит. Користувач не бачить, до яких ресурсів (свого комп'ютера чи мережі) він звертається. Програма переспрямування зберігає інформацію про наявність серверів мережі і ставить у відповідність символьним посиланням (наприклад, а:, о:, z:, Ipt1:, \\server\dir1\file) реальні ресурси локального комп'ютера або мережі. На відміну від багатотермінальної системи, завдання в KM виконуються на робочих станціях та читаються з файл-сервера.
Ідею переспрямування широко застосовують в архітектурі сучасній мережевих ОС головно для збільшення універсальності їхнього застосування, наприклад, в організації багатопротокольності
Операційна система сервера складніша. Вона виконує набір функцій, які умовно розподіляють на базові, реалізовані в ядрі ОС (ядро - це головна програма ОС, яка резидентно міститься у пам'яті), та додаткові, що їх реалізують зовнішні щодо ядра програми. До функцій, які виконує ядро, як звичайно, належать:
керування пам'яттю;
планування завдань та керування виконанням процесів;
підтримка файлових систем.
Додатковими функціями, наприклад, можуть бути такі:
адміністративні функції;
керування друкуванням;
мережеві функції.
Конкретний набір функцій сервера залежить від типу сервера та його конфігурації. Наприклад, для файл-сервера головними є функції файлової системи, планування завдань, керування пам'яттю та доступом до ресурсів. До появи ідеології файл-серверів кожен користувач прямо звертався до диска так званого диск-сервера. Оскільки вплив перешкод від одночасного звертання був значним, то така система не була надійною і не зберігала цілісності інформації. У файл-сервері запит спочатку потрапляє в ОС сервера, яка керує доступом усіх користувачів та дає змогу уникнути взаємних перешкод.
ОС сервера, що працює з DOS, застосовує деякі вбудовані в цю ОС функції, орієнтовані на колективне використання файлів, зокрема, розширене відкривання файлів та їхнє фізичне . блокування. Функція розширеного відкривання визначає, які права доступу можуть мати користувачі, а саме: читання, записування, читання/записування. Якщо файл потрібно змінити, то його відкривають з правом читання/записування та відміняють такі права для інших користувачів. Права зберігають аж до закриття файлу. Описане відкривання файлу називають неподільним (монопольним). Якщо файл треба читати, то його можна відкрити з правом читання та заборонити записування для інших. Файл можуть відкрити одночасно кілька користувачів, якщо їхні права не суперечать одне одному. Якщо два або більше користувачів одночасно хочуть змінити файл, то ОС використовує операцію блокування запису. Прикладні програми можуть блокувати конкретний запис: доки є блокування, всі спроби прочитати або записати блокований запис будуть відхилені. Отже, однією з функцій ОС мережі є керування доступом до файлів, створення черг запитів та керування ними. Іноді реалізується пріоритетний доступ до файлів. Концепцію спільного використання файлів найзручніше описати на прикладі операцій з базами
даних.
Спеціальні операції керування колективним доступом до баз даних є практично в усіх СКБД. У деяких з них (Access, Foxpro, Oracle, Informix, Sybase) блокування записів відбувається автоматично, в інших це робить програміст.
Сервер також виконує функцію керування повноваженнями. Кожному файлу або каталогу ставиться у відповідність список користувачів, які мають доступ до нього, та тип цього доступу.
12.4. Особливості реалізації та роботи сервера друкування;
Сервер друкування - це комп'ютер, який виконує завдання для окремої групи користувачів з друкування матеріалів. Як звичайно, він керує одним або кількома принтерами. Подібно до файл-сервера, сервер друкування може бути призначеним та непризначеним.
Якщо якійсь робочій станції дано завдання роздрукувати документ, то вона звертається до принтера мережі за його символьним іменем (до робочої станції можна приєднати і локальний принтер, однак він повинен мати інше ім'я). Програма переспрямування, в якій зберігається інформація про ресурси мережі, надсилає запит до сервера друкування. Якщо принтер вільний, сервер відразу спрямовує завдання в буфер друкування - частину оперативної пам'яті сервера, використовувану для скерування завдань на друкування з заданою швидкістю (рис.
30.2).
Якщо принтер зайнятий, то завдання буде записане на диск сервера друкування і чекатиме своєї черги. Програмне забезпечення сервера друкування може керувати чергою, присвоювати завданням пріоритети, групувати за форматами документів та ін. Якщо буфер друкування частково звільняється, до нього надходять завдання з диска. Такий процес називають спулінгом (spooling), відповідний програмно-апаратний механізм - спулом друкування.
30.5. Особливості апаратно-програмних вирішень сервера KM
Комп'ютер файл-сервера посідає особливе місце серед інших комп'ютерів мережі. Він повинен мати більші ємності для зберігання даних, більші швидкодію та оперативну пам'ять.
Критичним моментом у роботі сервера є його здатність швидко відшукувати дані та видавати їх без помітної затримки на робочу станцію. На продуктивність сервера впливають багато факторів: швидкість роботи інтерфейсної плати, тип мережі, ємність доступної оперативної пам'яті, параметри твердого диска. Найважливішим параметром файл-сервера є тривалість доступу до даних. Він складається з тривалості шукання (радіального переміщення головок) та тривалості обертання (часу, потрібного для підходу потрібного сектора). Добрим є сервер з тривалістю доступу 10-25 мс.
Збільшити продуктивність сервера та надійність зберігання даних дають змогу різні апаратні та програмні вирішення, які можна розділити на групи за підсистемами комп'ютера.
Дискова підсистема
Використання дискового співпроцесора. Спеціальний дисковий співпроцесор керує читанням та записуванням інформації на диск. Отже, розвантажується центральний процесор, збільшуються продуктивність та вартість системи.
Дублювання дисків (disc mirroring). Поряд з одним встановлюють інший ідентичний твердий диск, який в оперативному режимі дублює роботу попереднього. Якщо один вийшов з ладу, то робота сервера не припиняється.
Ліфтове шукання (elevator seeking). Ліфтове переміщення головок дисковода - це процедура, що дає змогу поліпшити записування та читання даних з диска. Запити, які надходять, накопичуються протягом деякого часу. Після цього оптимізується їхня черговість, щоб мінімізувати переміщення головок. Така процедура зменшує тривалість виконання запиту на 40%. Крім того, зменшується зношування диска.
RAID-масиви та мережі систем зберігання даних. У сучасних серверах для збільшення гнучкості та обсягів інформації часто використовують масиви твердих дисків (див. Д.30.2). Якщо таких масивів багато, їх об'єднують окремими мережами зберігання даних SAN (Storage Area Networking) (див. Д.30.3).
Зовнішні бібліотеки зберігання даних. У великих корпоративних мережах поряд з зовнішніми дисковими пристроями використовують і повільніші (зате значно ємніші) бібліотеки магнітних стрічок або оптичних дисків. Ці пристрої потрібні для резервного копіювання, а також для тимчасового переміщення на них файлів, які не застосовують, та автоматичного по-вернення їх назад у разі виникнення потреби (міграція та деміграція). Детальніше див. Розділ 38.
Комунікаційна підсистема ^г,
Використання інтелектуальних адаптерних плат. Частину роботи щодо організації обміну даними та доступу до пам'яті виконує адаптерна плата, використовуючи спеціальні алгоритми. Як звичайно, адаптерні плати серверів коштують дорожче. Крім того, вони можуть мати більшу розрядність або застосовувати прямий доступ до пам'яті. -
Пам'ять
Кеш-пам'ять (cash memory). На сервері розміщують спеціальну швидкодійну пам'ять, у яку заносять структуру каталогів та FAT-таблиці (апаратний кеш). Крім того, частину вільної оперативної пам'яті комп'ютера виділяють для читання/записування. Кожного разу читають не тільки визначений кластер диска, а й кілька сусідніх (файли найчастіше містяться в сусідніх кластерах). У цьому випадку велика ймовірність того, що наступне читання можна буде виконати з пам'яті, а не з диска. Отже, тривалість доступу зменшиться.
Кешування файлів. У процесі роботи система може аналізувати, які файли використовують найчастіше, та зберігати їх у пам'яті, а не на диску. Це разом з операцією ліфтового шукання підвищує ефективність застосування сервера в сотні разів.
Гешування каталогів (directory hashing). Якщо каталоги в сервері дуже великі, то потрібен тривалий час на відшукання конкретного файлу за його іменем (необхідно переглянути всі імена попередніх файлів каталогу). У процесі гешування кожен запис каталогу перетворюється у двобайтові значення, які зберігаються в спеціальних геш-таблицях. Шукання потрібного імені файлу зводиться до порівнянь числових значень з цих таблиць.
Індексування FAT- та геш-таблиць. Для прискореного шукання використовують індексування таблиць. У цьому випадку створюють та зберігають спеціальні індексні файли.
Використання твердотільних дисків. Найповільнішими серверними компонентами є тверді диски. Для зменшення тривалості доступу замість цих дисків застосовують масиви оперативної пам'яті (твердотільні диски). Зокрема, до класу твердотільних дисків належать пристрої MegaRam компанії Imperial Technology - це, по суті, набір блоків пам'яті. Параметри їхньої ємності сягають десятків гігабайтів (наводять цифру 38 Гбайт). Крім пам'яті, в цих пристроях є швидкодійні тверді диски, з яких інформація читається після запуску та після зупинки. Пристрій має вбудований UPS. У тестах MegaRAM 2000 виявив швидкість передавання даних та виконання трансакцій у 20 разів більшу, ніж масив твердих дисків.
Процесорна система
Багатопроцесорність. Для збільшення швидкодії в сучасних серверах щораз частіше використовують кілька (до кількох десятків) процесорів, які працюють у режимі розподілу пам'яті (Symmetrical Multiprocessing (SMP)), (Asymmetrical Multiprocessing (ASMP)). Як звичайно, у таких серверах можна виконати гарячу (без припинення роботи сервера) заміну окремих
блоків (див. Д.30.4, Д.30.5).
Кластерні вирішення. Поряд з використанням багатопроцесорних комп'ютерів окремі сервери об'єднують у кластери, які дають змогу розподіляти навантаження, передавати задачі з несправного сервера на інший сервер кластера (детальніше див. Д.30.6).
Підсистема живлення
Дублювання блоків живлення. Ця операція захищає сервер від можливої несправності блока, її використовують у серверних системах високої надійності поряд з дублюванням інших
пристроїв.
Використання UPS та резервних джерел живлення. Джерела безперебійного
живлення (Uninterrupted Power Supply (UPS)) застосовують для живлення файл-серверів та інших пристроїв з цінною інформацією. Фірма Novell для своїх систем зазначає: "Будь-який файл-сервер та його тверді диски повинні бути приєднаними до апробованого Novell' ом джерела безперебійного живлення. Ми також рекомендуємо UPS захист робочих станцій"
Джерела безперебійного живлення виробництва різних фірм мають різну початкову потужність та сервіс. Потужність змінюється від 300-400 до 3000-5000 ВА. Чим більша потужність, тим більшу кількість комп'ютерів можна приєднати, і тим більший період роботи після відімкнення живлення. Джерела безперебійного живлення живляться з батарей і дають змогу комп'ютеру в разі вимкнення головного живлення працювати ще деякий період (від 15 хв до кількох годин). UPS стежать за формою струму живлення, коректують його, подають спеціальні попередження на комп'ютери, ведуть статистику стану живлення тощо. Вартість UPS може коливатися від 200—300 для дешевих до 1000-3000 дол. для дорогих UPS. Найвідоміша фірма, яка виготовляє UPS, - це American Power Conversion (APC).

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать