Лекция: Сети и сетевые операционные системы
14. Лекция: Сети и сетевые операционные системы
До сих пор в лекциях данного курса мы ограничивались рамками классических операционных систем, т. е. операционных систем, функционирующих на автономных однопроцессорных вычислительных машинах, которые к середине 80-х годов прошлого века составляли основу мирового парка вычислительной техники. Подчиняясь критериям повышения эффективности и удобства использования, вычислительные системы с этого времени, о чем мы уже упоминали в самой первой лекции, начинают бурно развиваться в двух направлениях: создание многопроцессорных компьютеров и объединение автономных систем в вычислительные сети.
Появление многопроцессорных компьютеров не оказывает существенного влияния на работу операционных систем. В многопроцессорной вычислительной системе изменяется содержание состояния исполнение. В этом состоянии может находиться не один процесс, а несколько – по числу процессоров. Соответственно изменяются и алгоритмы планирования. Наличие нескольких исполняющихся процессов требует более аккуратной реализации взаимоисключений при работе ядра. Но все эти изменения не являются изменениями идеологическими, не носят принципиального характера. Принципиальные изменения в многопроцессорных вычислительных комплексах затрагивают алгоритмический уровень, требуя разработки алгоритмов распараллеливания решения задач. Поскольку с точки зрения нашего курса многопроцессорные системы не внесли в развитие операционных систем что-либо принципиально новое, мы их рассматривать далее не будем.
По-другому обстоит дело с вычислительными сетями.
Для чего компьютеры объединяют в сети
Сетевые и распределенные операционные системы
В сетевых операционных системах для того, чтобы задействовать ресурсы другого сетевого компьютера, пользователи должны знать о его наличии и уметь… Распределенная система, напротив, внешне выглядит как обычная автономная… Изучение строения распределенных операционных систем не входит в задачи нашего курса. Этому вопросу посвящены другие…Взаимодействие удаленных процессов как основа работы вычислительных сетей
Давайте теперь, абстрагировавшись от физического уровня организации связи и не обращая внимания на то, какие именно физические средства – оптическое…Основные вопросы логической организации передачи информации между удаленными процессами
Разумеется, степень важности этих вопросов во многом зависит от того, с какой точки зрения мы рассматриваем взаимодействие удаленных процессов.… Выбор способа соединения участников сетевого взаимодействия физическими… В современных сетевых вычислительных комплексах решение вопросов организации взаимоисключений при использовании общей…Понятие протокола
"Общение" локальных процессов напоминает общение людей, проживающих в одном городе. Если взаимодействующие процессы находятся под… Каким образом два человека, находящиеся в разных городах, а тем более странах,… Аналогичная ситуация возникает и при общении удаленных процессов, работающих под управлением разных операционных…Многоуровневая модель построения сетевых вычислительных систем
Как уже отмечалось при обсуждении "слоеного" строения операционных систем на первой лекции, при таком подходе уровень N системы… Самым нижним уровнем в слоеных сетевых вычислительных системах является… На самом верхнем уровне находятся пользовательские процессы, которые инициируют обмен данными. Количество и функции…Проблемы адресации в сети
Несколько раньше, обсуждая отличия взаимодействия удаленных процессов от взаимодействия локальных процессов, мы говорили, что удаленные адресаты…Одноуровневые адреса
Двухуровневые адреса
Удаленная адресация и разрешение адресов
С подобными задачами мы уже сталкивались, обсуждая организацию памяти в вычислительных системах (отображение имен переменных в их адреса в процессе… Первый способ решения заключается в том, что на каждом сетевом компьютере… В современной сетевой паутине этот подход является неприемлемым. Дело даже не в размерах подобного файла, а в частоте…Локальная адресация. Понятие порта
Для локальной адресации процессов и промежуточных объектов при удаленной связи обычно организуется новое специальное адресное пространство, например… Необходимо отметить, что в системе может существовать несколько таких адресных… Полные адреса. Понятие сокета (socket)Проблемы маршрутизации в сетях
Маршрутизация от источника передачи данных легко реализуется на промежуточных компонентах сети, но требует полного знания маршрутов на конечных… Для работы алгоритмов одношаговой маршрутизации, которые являются основой… Во-первых, числовые адреса топологически близко расположенных комплексов (например, комплексов, принадлежащих одной…Связь с установлением логического соединения и передача данных с помощью сообщений
Рассматривая канальные средства связи для локальных процессов в лекции 4, мы говорили о существовании двух моделей передачи данных по каналам связи… Транспортные протоколы связи удаленных процессов, которые предназначены для… Необходимо отметить, что с точки зрения процессов, обменивающихся информацией, датаграммы, конечно, могут быть связаны…Синхронизация удаленных процессов
Заключение
Основными причинами объединения компьютеров в вычислительные сети являются потребности в разделении ресурсов, ускорении вычислений, повышении надежности и облегчении общения пользователей.
Вычислительные комплексы в сети могут находиться под управлением сетевых или распределенных вычислительных систем. Основой для объединения компьютеров в сеть служит взаимодействие удаленных процессов. При рассмотрении вопросов организации взаимодействия удаленных процессов нужно принимать во внимание основные отличия их кооперации от кооперации локальных процессов.
Базой для взаимодействия локальных процессов служит организация общей памяти, в то время как для удаленных процессов – это обмен физическими пакетами данных.
Организация взаимодействия удаленных процессов требует от сетевых частей операционных систем поддержки определенных протоколов. Сетевые средства связи обычно строятся по "слоеному" принципу. Формальный перечень правил, определяющих последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты различных вычислительных систем, лежащие на одном уровне, называется сетевым протоколом. Каждый уровень слоеной системы может взаимодействовать непосредственно только со своими вертикальными соседями, руководствуясь четко закрепленными соглашениями – вертикальными протоколами или интерфейсами. Вся совокупность интерфейсов и сетевых протоколов в сетевых системах, построенных по слоеному принципу, достаточная для организации взаимодействия удаленных процессов, образует семейство протоколов или стек протоколов.
Удаленные процессы, в отличие от локальных, при взаимодействии обычно требуют двухуровневой адресации при своем общении. Полный адрес процесса состоит из двух частей: удаленной и локальной.
Для удаленной адресации используются символьные и числовые имена узлов сети. Перевод имен из одной формы в другую (разрешение имен) может осуществляться с помощью централизованно обновляемых таблиц соответствия полностью на каждом узле или с использованием выделения зон ответственности специальных серверов. Для локальной адресации процессов применяются порты. Упорядоченная пара из адреса узла в сети и порта получила название socket.
Для доставки сообщения от одного узла к другому могут использоваться различные протоколы маршрутизации.
С точки зрения пользовательских процессов обмен информацией может осуществляться в виде датаграмм или потока данных.