6.4. Кластеризация и организация функционирования вс.

Вычислительные системы как мощные средства обработки заданий пользователей широко используются не только автономно, но и в сетях ЭВМ в качестве серверов.

Сервер – server – объект, предоставляющий сервис другим объектам по их запросам.

Сервисная функция в архитектуре клиент-сервер описывается комплексом прикладных программ, в соответствии с которыми выполняются разнообразные прикладные процессы (рис. 38).

Процесс, который вызывает сервисную функцию с помощью определенных операций, называется клиентом (рис. 39). Им может программа или пользователь. Сервис выполняется в виде общего прикладного процесса. Сервис работает по заданиям клиентов и управляет выполнением их заданий.

Клиент является инициатором и проводит с сервисом традиции либо использует электронную почту.

Транзакция – transaction – короткий во времени цикл взаимодействия объектов, включающий запрос – выполнение задания – ответ.

С увеличением размеров сетей и их развитием возрастают плотность информационных потоков, нагрузка на средства доступа к сетевым ресурсам и на средства обработки заданий. Чем выше ранг сети, тем более специализированными они становятся.

В сетях первых поколений серверы строились на основе больших и очень дорогих ЭВМ (mainframe), выпускаемых целых рядом компаний. Опыт создания серверов на основе SMP – Symmetric Multiprocessing – структуры – структурная мультипроцессорная обработка, где в архитектуре суперкомпьютера группа процессоров работает с общей оперативной памятью и MPP – Massively Parallel Processing – структуры – параллельная обработка, где выполнение прикладного процесса осуществляется одновременно группой процессоров, показал, что они не обеспечивают хорошей адаптации к конкретным условиям функционирования, остаются дорогими и сложными в эксплуатации.

Одним из перспективных направлений решения указанной проблемы является кластеризация, то есть технология, с помощью которой несколько серверов, сами являющиеся вычислительными системами, объединяются в единую систему более высокого ранга для повышения эффективности функционирования системы в целом.

Рис. 38. Взаимодействие частей распределенного приложения.

Рис. 39. Модель «клиент-сервис».

Целями построения кластеров служат:

• улучшение масштабируемости (способность к наращиванию мощности);

• повышение надежности и готовности системы в целом;

• увеличение суммарной производительности;

• эффективное перераспределение нагрузок между компьютерами кластера;

• эффективное управление и контроль работы системы.

Кластеры объединяют несколько серверов под единым управлением. Все новые серверы, как правило, являются многопроцессорными и относятся к SMP-структурам, что обеспечивает многоступенчатую возможность переключения нагрузки отказавшего элемента как внутри кластера, так и внутри сервера.

В ассоциациях локальных сетей используются иерархии, включающие центральные и локальные серверы (рис. 40). Каждая рабочая станция или персональный компьютер является клиентом и использует как «свой» локальный, так и центральный сервер.

Как у любой новой технологии, у кластеризации имеются свои недостатки:

• задержки разработки и принятия общих стандартов;

• большая доля закрытых разработок различных фирм, затрудняющих их совместное использование;

• трудности управления одновременным доступом к файлам;

• сложности с управлением конфигурацией, настройкой, развертыванием, оповещениями серверов о сбоях.

При связывании более двух компьютеров появляются новые проблемы: выбор технологии и схемы адаптации, организация совместного использования связей и построение механизма коммутации.

Выбор технологии определяет многие характеристики сети. Наиболее распространены следующие типы конфигураций: кольцо, звезда, общая шина и иерархическая звезда (дерево).

Адреса могут использоваться для идентификации отдельных интерфейсов, их групп (групповые адреса), а также сразу всех сетевых интерфейсов сети (широковещательные адреса).

В сетях для соединения абонентов используются три метода коммутации: коммутация каналов, коммутация пакетов и коммутация сообщений.

В сетях с коммутацией каналов абонентов соединяет составной канал, образуемый коммутаторами сети по запросу одного из абонентов.

Рис. 40. Многоступенчатая концепция серверов.

Коммутация сообщений предназначена для организации взаимодействия пользователей в автономном (off-line) режиме, когда не ожидается немедленной реакции на сообщение. При этом методе коммутации сообщение передается через несколько транзитных компьютеров, где оно целиком буферизуется на диске.

Сети с коммутацией пакетов были специально разработаны для эффективной передачи пульсирующего компьютерного трафика. Буферизация пакетов различных абонентов в коммутаторах позволяет сгладить неравномерно загрузить каналы связи между коммутаторами.

В сетях с коммутацией пакетов объем передаваемых данных от всех абонентов сети в единицу времени больше, чем при использовании сети с коммутацией каналов. Однако для каждой пары абонентов пропускная способность сети может оказаться ниже, чем у сети с коммутацией каналов, за счет очередей пакетов в коммутаторах.

Сети с коммутацией пакетов могут работать в одном из двух режимов: дейтаграммном режиме или в режиме виртуальных каналов. Дейтаграммный способ передачи данных основан на том, что все передаваемые пакеты обрабатываются независимо друг от друга, пакет за пакетом. Механизм виртуальных каналов учитывает существование в сети потоков данных и прокладывает для всех пакетов потока единый маршрут.