1.3.3. Гетерогенные мультикомпьютерные системы
Наибольшее число существующих в настоящее время распределенных систем построено по схеме гетерогенных мультикомпьютерных. Это означает, что компьютеры, являющиеся частями этой системы, могут быть крайне разнообразны, например, по типу процессора, размеру памяти и производительности каналов ввода-вывода. На практике роль некоторых из этих компьютеров могут исполнять высокопроизводительные параллельные системы, например мультипроцессорные или гомогенные мультикомпьютерные.
Соединяющая их сеть также может быть сильно неоднородной. Так, например, авторы книги [Танненбаум, ван Стеен] помогали разрабатывать самодельную распределенную компьютерную систему, названную DAS, состоящую из четырех кластеров мультикомпьютерных систем, соединенных высокопроизводительными АТМ-коммутируемыми каналами. Фотографии этой системы и ссылки на исследования, проводимые на ней, можно найти по адресу http://Www.cs.vu.nll-balldas.html. Кластеры также были связаны между собой через стандартные Интернет-соединения. Каждый кластер содержал одинаковые процессоры (Pentium III) и соединяющую их сеть (Myrinet), но различался по числу процессоров (64-128).
Другим примером гетерогенности является создание крупных мультикомпьютерных систем с использованием существующих сетей и каналов. Так, например, не является чем-то необычным существование кампусных университетских распределенных систем, состоящих из локальных сетей различных факультетов, соединенных между собой высокоскоростными каналами. В глобальных системах различные станции могут, в свою очередь, соединяться общедоступными сетями, например сетевыми службами, предлагаемыми коммерческими операторами связи, например SMDS или Frame relay.
В отличие от систем, обсуждавшихся в предыдущих пунктах, многие крупномасштабные гетерогенные мультикомпьютерные системы нуждаются в глобальном подходе. Это означает, что приложение не может предполагать, что ему постоянно будет доступна определенная производительность или определенные службы. Так, в проекте I-way несколько высокопроизводительных компьютерных центров были связаны через Интернет. Согласно общей модели системы предполагалось, что приложения будут резервировать и использовать ресурсы любого из центров, но полностью скрыть от приложений разницу между центрами оказалось невозможно.
Переходя к вопросам масштабирования, присущим гетерогенным системам, и учитывая необходимость глобального подхода, присущую большинству из них, заметим, что создание приложений для гетерогенных мультикомпьютерных систем требует специализированного программного обеспечения. С этой проблемой распределенные системы справляются. Чтобы у разработчиков приложений не возникало необходимости волноваться об используемом аппаратном обеспечении, распределенные системы предоставляют программную оболочку, которая защищает приложения от того, что происходит на аппаратном уровне (то есть они обеспечивают прозрачность).
1.4. Концепции программных решений
Аппаратура валена для распределенных систем, однако от программного обеспечения значительно сильнее зависит, как такая система будет выглядеть на самом деле. Распределенные системы очень похожи на традиционные операционные системы. Прежде всего, они работают KCIK менеджеры ресурсов (resource managers) существующего аппаратного обеспечения, которые помогают множеству пользователей и приложений совместно использовать такие ресурсы, как процессоры, память, периферийные устройства, сеть и данные всех видов. Во-вторых, что, вероятно, более важно, распределенная система скрывает сложность и гетерогенную природу аппаратного обеспечения, на базе которого она построена, предоставляя виртуальную машину для выполнения приложений. Чтобы понять природу распределенной системы, рассмотрим сначала операционные системы с точки зрения распределенности. Операционные системы для распределенных компьютеров можно вчерне разделить на две категории — сильно связанные и слабо связанные системы. В сильно связанных системах операционная система в основном старается работать с одним, глобальным представлением ресурсов, которыми она управляет. Слабо связанные системы могут представляться несведущему человеку набором операционных систем, каждая из которых работает на собственном компьютере. Однако эти операционные системы функционируют совместно, делая собственные службы доступными другим. Это деление на сильно и слабо связанные системы связано с классификацией аппаратного обеспечения, приведенной в предыдущем разделе. Сильно связанные операционные системы обычно называются распределенными операционными системами (Distributed Operating System, DOS) и используются для управления мультипроцессорными и гомогенными мультикомпьютерными системами. Как и у традиционных однопроцессорных операционных систем, основная цель распределенной операционной системы состоит в сокрытии тонкостей управления аппаратным обеспечением, которое одновременно используется множеством процессов. Слабо связанные сетевые операционные системы (Network Operating Systems, NOS) используются для управления гетерогенными мультикомпьютерными системами. Хотя управление аппаратным обеспечением и является основной задачей сетевых операционных систем, они отличаются от традиционных. Это отличие вытекает из того факта, что локальные службы должны быть доступными для удаленных клиентов. В следующих пунктах мы рассмотрим в первом приближении те и другие. Чтобы действительно составить распределенную систему, служб сетевой операционной системы недостаточно. Необходимо добавить к ним дополнительные компоненты, чтобы организовать лучшую поддержку прозрачности распределения. Этими дополнительными компонентами будут средства, известные как системы промежуточного уровня (middleware), которые и лежат в основе современных распределенных систем. Средства промежуточного уровня также обсуждаются в этой главе. В табл. 1.3 представлены основные данные по распределенным и сетевым операционным системам, а также средствам промежуточного уровня.
Таблица 1.3. Краткое описание распределенных и сетевых операционных систем, а также средств промежуточного уровня
