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) – 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.

Рис. 13. Структура двухмашинной системы

Термин “кластеризация” на сегодня в компьютерной промышленности имеет много различных значений. Строгое определение могло бы звучать так: “реализация объединения машин, представляющегося единым целым для прикладных программ и пользователей”. Машины, кластеризованные вместе таким способом, могут при отказе одного процессора очень быстро перераспределить работу на другие процессоры внутри кластера. Это, возможно, наиболее важная задача многих поставщиков систем высокой готовности.

Кластерные системы, благодаря тому, что они обеспечивают достаточно высокий уровень готовности систем при относительно низких затратах, получили наибольшее распространение в мире. Имеются несколько поставщиков, которые называют свои системы высокой готовности “кластерами” или “простыми кластерами”.

ММС могут быть однородными и неоднородными.

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. В других случаях переключение осуществляется более прозрачным для пользователя способом: он только должен подождать в течение короткого периода времени. Иногда пользователь может делать выбор между ручным и автоматическим переключением. В некоторых системах пользователи могут продолжить работу после переключения именно с той точки, где они находились во время отказа. В других случаях их просят повторить последнюю транзакцию.

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.

Следует добавить, что одни пользователи предпочитают не выполнять никаких приложений на резервной машине, хотя другие, наоборот, стараются немного нагрузить резервный сервер в кластере. 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.

Параллельные базы данных находят широкое применение в системах обработки транзакций в режиме on-line, системах поддержки принятия решений и часто используются при работе с критически важными для работы предприятий и организаций приложениями, которые эксплуатируются по 24 часа в сутки.