Требования начальной установки системы
Большинство систем высокой готовности требуют включения в свой состав процедур начальной установки (System Setup), обеспечивающих конфигурацию кластера для подобающего выполнения процедур переключения, необходимых в случае отказа. Пользователи могут запрограммировать “скрипты” (сценарии) начальной установки самостоятельно или попросить системного интегратора или поставщика проделать эту работу.
Время простоя при переключении системы на резервную для систем высокой готовности может меняться в диапазоне от нескольких секунд до 20-40 и более минут. Процедура переключения на резерв включает в себя следующие этапы: резервная машина обнаруживает отказ основной и затем следует предписаниям скрипта, который, вероятнее всего, включает перезапуск системы, передачу адресов пользователей, получение и запуск необходимых приложений, а также выполнение определенных шагов по обеспечению корректного состояния данных. Время восстановления зависит, главным образом, от того, насколько быстро вторая машина сможет получить и запустить приложения, а также от того, насколько быстро операционная система и приложения, такие как базы данных или мониторы транзакций, смогут получить приведенные в порядок данные.
Журнализация файловой системы
Следствием журнализации изменений файловой системы является то, что файлы всегда находятся в готовом для использования состоянии. Когда система отказывает, журнализованная файловая система гарантирует, что файлы сохранены в последнем согласованном состоянии. Это позволяет осуществлять переключение на резервную систему без какой-либо порчи данных, а также либо вообще без каких-либо потерь данных, либо с потерей только одной последней транзакции. Такой подход отличается от систем, которые осуществляют журнализацию только метаданных файловой системы - процедура, которая помогает управлять целостностью файловой системы, но не целостностью данных.
Изоляция неисправного процесса
Для активно используемых компонентов программного обеспечения, таких как файловая система, часто применяется технология изоляции неисправных процессов, гарантирующая изоляцию ошибок в одной системе и невозможность их распространения за пределы этой системы.
Требования к прикладному программному обеспечению
Первыми открытыми системами, построенными в расчете на высокую готовность, были приложения баз данных и систем коммуникаций. Базы данных высокой готовности гарантируют непрерывный доступ к информации, которая является жизненно важной для функционирования многих корпораций и стержнем сегодняшней информационной экономики. Программное обеспечение систем коммуникаций высокой готовности усиливает средства горячего резервирования систем и составляет основу для распределенных систем высокой готовности и систем, устойчивых к стихийным бедствиям.
Другие функции программного обеспечения
В современных системах все возрастающую роль играет диагностика в режиме on-line, позволяющая предвосхищать проблемы, которые могут привести к простою системы. В настоящее время она специфична для каждой системы. В будущем, возможно, диагностика станет частью распределенного управления системой.
Требования к коммуникациям
Системы высокой готовности требуют также высокой готовности коммуникаций. Чем быстрее осуществляются коммуникации между машинами, тем быстрее происходит восстановление после отказа. Некоторые конфигурации систем высокой готовности имеют дублированные коммуникационные связи. В результате связь перестает быть точкой, отказ которой может привести к выходу из строя всей системы.
Многопроцессорные системы
Основные понятия
Многопроцессорная система (МПС) – система, в которой команды на шине могут быть восприняты более чем от одного микропроцессора. Шиной управляют поочередно много процессоров.
Многопроцессорная система содержит несколько процессоров, работающих с общей оперативной памятью (общее поле оперативной памяти), и управляется одной общей операционной системой (рис. 16). Часто в микропроцессорной системе организуется общее поле внешних запоминающих устройств (ВЗУ).
Рис. 16. Структура одноуровневой многопроцессорной системы
Под общим полем понимается равнодоступность устройств. Общее поле памяти означает, что все модули оперативной памяти доступны всем процессорам и периферийным устройствам (ВЗУ, УВВ), общее поле ВЗУ означает, что образующие его устройства доступны любому процессору и каналу.
Появление многопроцессорных систем обусловлено рядом причин. Главная из них – стремление к дальнейшему повышению производительности вычислительных средств. Из-за недостаточной мощности микропроцессора во многих практических задачах (например, спектрального и корреляционного анализа), требующих необходимой обработки данных в реальном масштабе времени, выполнять на одном микропроцессоре необходимую работу неэффективно или даже невозможно, и тогда с микропроцессором используют другие средства вычислительной системы. При этом несколько микропроцессоров осуществляют параллельную (одновременную) обработку данных. Такое распараллеливание вычислений на нескольких процессорах существенно уменьшает время решения задач.
Кроме того, появление многопроцессорных систем вызвано необходимостью приближения вычислительных средств к территориально распределенным источникам и приемникам информации управляемых объектов и процессов. Такой путь снижает стоимость, повышает надежность и производительность указанных систем.
Наконец, еще одной причиной появления многопроцессорных систем является противоречие между низкой стоимостью микропроцессора и высокой стоимостью различных накопителей информации (на магнитном диске, магнитной ленте и т. д.), устройств ввода-вывода, средств отображения информации (дисплеев) и т. д. Данное противоречие можно разрешить, если много микропроцессоров совместно используют дорогостоящее периферийное оборудование.
Многопроцессорные системы представляют собой основной путь построения вычислительных систем сверхвысокой производительности. При создании таких систем возникает много сложных проблем, к которым в первую очередь следует отнести: распараллеливание вычислительного процесса (программ) для эффективной загрузки процессоров системы, преодоление конфликтов при попытках нескольких процессоров использовать один и тот же ресурс системы (например, некоторый модуль памяти), уменьшение влияния конфликтов на производительность системы, осуществление быстродействующих экономичных по аппаратурным затратам межмодульных связей.
Многопроцессорные системы могут быть однородными и неоднородными.
Однородные многопроцессорные системы – системы, содержащие однотипные процессоры.
Неоднородные многопроцессорные системы состоят из различных специализированных процессоров, реализующих, например, функции операционной системы, процессоров для матричных задач.
Многопроцессорные системы могут иметь одноуровневую или иерархическую (многоуровневую) структуру. В первом случае процессоры системы образуют один общий уровень обработки данных (рис. 16), во втором (рис. 17) система обычно содержит один главный и один или несколько подчиненных (вспомогательных) процессоров.
Подчиненный микропроцессор – микропроцессор, который находится под управлением главного микропроцессора компьютера.
Вспомогательные процессоры используются для выполнения различных уровней обработки информации. Обычно менее мощный вспомогательный процессор выполняет ввод информации с различных терминалов и ее предварительную обработку.
Рис. 17. Иерархическая многопроцессорная система
