Децентралізована система управління в кластерних системах



Дана стаття присвячена проблемам керування в розподілених системах обробки інформації. Автори статті розглянули загальну архітектуру розподіленої системи. Дані пояснення базовим поняттям та парадигмам, котрі пов'язані з розподіленими системами обробки інформації. Автори запропонували нову архітектуру системи в якій є новий елемент, а саме сервер достовірності. Сервер достовірності необхідний для дій з вузлами таких, як додача чи зміна вузла. Будь-яка дія з вузлами має бути схвалена сервером достовірності.

Ключові слова: комп'ютерний кластер, керуючий вузол, вузол, сервер достовірності.

DECENTRALIZED ADMINISTRATION IN DISTRIBUTED SYSTEMS

The paper deals with distributed systems. Authors have paid much attention to architecture of these systems. They have also explained all laws and paradigms that are related to computer cluster systems.

Authors have proposed a new architecture, also they have added new element to cluster systems, it is a trusted server. Trusted server need for any actions such, as add or edit node. Any action must be approved by trusted server.

Keywords: Computer cluster, controlnode, node, trusted server.

Dregalo Taras Viktorovich, postgraduate student;

Valery P. Simonenko, professor, Sc.D;

Dregalo Lesya Vіktorіvna, 4th year student group ІС-33;

Pedorenko Oleg Ruslanovich, 4th year student group ІП-31.

Ukraine, Kiev

Вступ

Розподілені системи зараз використовуються для вирішення широкого кола задач. Вони використовують паралельне обчислювання, що значною мірою прискорює отримання результату. Основною перевагою даних систем є гнучкість на надійність.

Постановка задачі

Задача полягає в аналізі, визначення основних недоліків управління в існуючих розподілених системах і виборі найбільш ефективної архітектури и метода.

Виклад основного матеріалу

Сучасні розподілені системи (PC) складаються із групи комп’ютерів, що підключені до мережі, основне завдання даних систем – це виконання спільних задач підвищеної складності [1], а з точки зору користувача розподілена система – це загальний віртуальний ресурс, котрий працює як одна система.

В загальному розподілена система може складатися з:

$-$ обчислювальних кластерів;

$-$ кластери з балансованим навантаженням;

$-$ відмово стійкі кластери;

$-$ grid системи.

Найбільш поширеною архітектурою в кластерних системах є однорідна архітектура [1], де всі вузли одинакові по продуктивності та архітектурі. В кожній PC є сервер, його часто називають управляючим вузлом. Керуючий вузол бере на себе повне управління системи. В кожного управляючого вузла є певний набір основних функцій [1], а саме:

$-$ обробка вхідний даних;

$-$ управління функціями кластера;

$-$ обробка та вивід результатів роботи.

В якості операційної системи для вузлів використовуються системи сімейства Unix, загальна апаратна архітектура зображена на рисунку 1. Загальна схема роботи система складається з декількох етапів [1]. На першому етапі керуючий вузол отримує задачу та вхідні данні, далі керуючий вузол розділяє порівну роботу на всі свої вузли. Вузли виконують кожен свою роботу, а результати роботи відправляють на керуючий вузол. Керуючий вузол чекає результатів від всіх вузлів, а після видає результат роботи.

Проаналізувавши цю архітектуру можна сказати, що таке управління всіма вузлами с одного вузла є не надійною. Якщо керуючий вузол вийде з ладу система не зможе функціонувати повністю. Система не зможе виконувати свої функції, не дивлячись на те, що вузли будуть працювати, а результати своєї роботи вони не зможуть нікуди відправити - що критично для роботи всієї системи. Саме тому архітектура даної системи є досить недосконалою і потребує вдосконалення.

Рис. 1. Загальна апаратна архітектура системи

Основним напрямком розв’язання даної проблеми є децентралізація управління системою. Кожний вузол, повинен надавати доступ до своїх пристроїв чи набору команд з інших вузлів. В вузол і можна використовувати одноплатні комп’ютери з операційною системою з сімейства Linux.

Кожний вузол має основну операційну систему та набор команд для управління всіма пристроями, що доступні всім вузлам. На перший погляд, все досить складно. Саме тому розглянемо дану систему більш детально.

Спочатку беремо перший комп’ютер та на його основі створюємо перший вузол. Кожен вузол має унікальне ім’я, номер версії створення та набір команд. Після цього створюється образ, якій передається на сервер достовірності, вузол чекає відповіді від сервера (Ріс. 2 а). Якщо сервер достовірності підтверджує створення вузла, то він зберігає повний зміст образа та його версію. Додавання нового вузла може виконувати лише підтверджений вузол, після цього підтверджений вузол відправляє свій образ до нового вузла(Ріс. 2б). Новий вузол відправляє запит до сервера достовірності на запит актуальної версії. Якщо версії співпадають, то проходить запит на оновлення образу, змінюється версія образу,а далі вузол надсилає всім вузлам свій образ.

Рис. 2. Алгоритм підключення нових вузлів

Основною задачею сервера достовірності (Trusted Server) є обробка змін котрі вносяться до образу системи, щоб кожний вузол міг вносити зміни лише до своїх налаштувань. А також кожний сервер зберігає останню актуальну версію образа системи. У кожного вузла є актуальна копія системи та в довільний момент кожний вузол може відправляти сусіднім вузлам свій образ, а ті можуть його приймати лише зі згоди сервера достовірності. Сервер достовірності необхідний лише у випадку оновлення або додавання нових вузлів. Навіть якщо він перестане працювати - всі вузли будуть функціонувати. У випадку, якщо сервер достовірності буде замінений на новий, повністю всю систему необхідно буде перебудувати. Нова загальна архітектура системи з N вузлів зображена на рисунку 3.

Рис. 3. Загальна схема нової архітектури для N вузлів.

З такою організацією системи, якщо виходить із ладу один з вузлів системи, вона буде працювати і надалі, і без цього вузла, приладів котрого були підключенні до цього вузла. За рахунок цього надійність даної системи збільшується. Так як система яка має N модулів [2], де модуль це окремий вузол, а кожний вузол є окремим пультом керування системи.

Ще одною перевагою даної системи є те, що один комп’ютер може бути вузлом в двох незалежних кластерах. Один і той же вузол може надавати різні набір команд для кожного кластеру та виконувати різні операції в різних кластерах.

Висновки

В даній статі розглянуто сучасні РС системи. Було зроблено аналіз існуючих системи та знайдені їх недоліки. На основі цього аналізу було запропоновано змінити основну архітектури системи. В загальному вигляді такі системи є централізованими, що є основним її недоліком. Була запропонована децентралізована система управління. Основною перевагою запропонованої системи є те, що якщо один з вузлів системи вийде із ладу, система буде функціонувати і надалі, але без цих вузлів та їх приладів, а кожний вузол може управляти всіма іншими вузлами системи.

Перелік посилань:

$1.$ Таненбаум Э. Распределенные системы. Принципы и парадигмы / Э. Таненбаум, М. ван Стеен.. – Санкт-Петербург: Питер, 2003. – 877 с

$2.$ Таненбаум Э. С., Бос Х. Современные операционные системы, 4-е изд. – СПБ.: Питер, 2016, - 1120 с. СПБ.: Питер, 2016, - 1120 с.

Mar 21, 2017