Verteilte Betriebssysteme

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Regina Fischer
vor 6 Jahren
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1 Verteiltes System Eine Sammlung unabhängiger Rechner, die dem Benutzer den Eindruck vermitteln, es handle sich um ein einziges System. Verteiltes Betriebssystem Betriebssystem für verteilte Systeme Verwaltet die Ressourcen der verteilten Systeme transparent für den Anwender.

2 Zielsetzung verteilter Betriebssysteme Gemeinsame Nutzung beschränkter Ressourcen Daten, Rechenleistung, Speicher Unterstützung inhärenter Verteilung z.b. in Unternehmen mit Zweigstellen hat jede Zweigstelle einen eigenen Rechner und eigene Daten. Erhöhte Wirtschaftlichkeit Nutzung von vielen billigen Systemen statt weniger teurer Systeme.

3 Zielsetzung verteilter Betriebssysteme Erhöhte Gesamtleistung z.b. Supercomputer bestehen aus vielen vernetzten Einzelrechnern. Erhöhte Zuverlässigkeit Der Ausfall eines Rechners beeinträchtigt nicht das Gesamtsystem Skalierbarkeit Die Leistung lässt sich durch Hinzunahme weiterer Rechner einfach erhöhen.

4 Nachteile verteilter Betriebssysteme komplexere System-Software Das Betriebssystem muss die zusätzlichen Funktionen transparent darstellen. Abhängigkeit von Kommunikationskanälen Ausfall oder Überlastung der Kommunikationsverbindungen kann das Gesamtsystem empfindlich stören. Erhöhte Sicherheitsanforderungen Die externe Kommunikation bietet eine größere Angriffsfläche.

5 Hardwarekonzepte für verteilte Systeme SISD (Single Instruction Stream / Single Data Stream) Ein einzelner Prozessor verarbeitet einen einzelnen Datenstrom SIMD (Single Instruction Stream / Multiple Data Stream) Identischer Programmcode für unterschiedliche Daten (z.b. Matrizenoperationen) MISD (Multiple Instruction Stream / Single Data Stream) Keine praktische Anwendung MIMD (Multiple Instruction Stream / Multiple Data Stream) Getrennte Prozesse verarbeiten eigenene Daten

6 Hardwarekonzepte für verteilte Systeme Multiprozessor Mehrere Prozessoren sind eng gekoppelt und verwenden einen gemeinsamen Adressraum Multicomputer Mehrere Prozessoren, die über eigenen Speicher verfügen und über zusätzliche Kommuniklationsmechanismen lose gekoppelt sind.

7 Hardwarekonzepte für verteilte Systeme Busbasierte Kommunikation Alle Prozessoren können über einen gemeinsamen Bus mit hoher Geschwindigkeit kommunizieren. Die Anzahl der Prozessoren / Rechner, die sich über einen Bus verbinden lassen ist beschränkt. Verbindungsorientierte Kommunikation Einzelne Prozessoren verfügen über eine lokale Verbindung, gezielte Kommunikation zwischen 2 Prozessoren muss aber i.d.r. über eine Zwischenstation durchgeführt werden.

8 Hardwarekonzepte für verteilte Systeme eng gekoppelt Multiprozessor (gemeinsamer Speicher) MIMD Parallele und verteilte Computer lose gekoppelt Multicomputer (privater Speicher) Bus Sequent, Encore Verbindungsorientiert Ultracomputer, RP3 Bus Workstations im LAN Verbindungsorientiert Hypercube, Transputer

9 Hardwarekonzepte für verteilte Systeme

10 Softwarekonzepte für verteilte Systeme Netzbetriebssysteme Lose gekoppelte Software auf lose gekoppelten Rechnern. z.b. Rechner im LAN Die Verteilung ist den Anwendern bewusst. Unterschiedliche Betriebssysteme möglich. Kommunikation über gemeinsame Dateien. Verteiltes Betriebssystem Eng gekoppelte Software auf lose gekoppelten Rechnern. Der Rechnerverbund erscheint wie ein einzelnes System. Alle Systeme haben i.d.r. das selbe Betriebssystem. Kommunikation über Nachrichten.

11 Softwarekonzepte für verteilte Systeme Multiprozessorbetriebssysteme Eng gekoppelte Software auf eng gekoppelter Hardware. Alle Prozessoren besitzen einen gemeinsamen Speicher. Kommunikation über gemeinsamen Speicher.

12 Verteilungsabstraktion Verteilte Prozesse Prozesse können auf andere Rechner verlagert werden. BS muss identisch sein, verteiltes Dateisystem benötigt, evtl. verteilter Speicher. Verteilter Speicher Paging über das Netzwerk auf einen zentralen Speicher statt auf lokale Platten. Verteilte Dateisysteme Dateizugriffe erfolgen für die Anwendung transparent über das Netzwerk. (NFS / DFS)

14 NFS (Network File System) Der zentrale Server ist zustandslos. (D.h. Es werde keine Informationen über den Zustand von Dateien auf dem Server gespeichert.) Der Zugriff erfolgt Blockweise beim Aufruf von read oder write. Netzwerkverzeichnisse werden über mount in den lokalen Verzeichnisbaum eingehängt. (z.b. mount moonshot:/home /home) Verwendet RPC über TCP/IP.

15 NFS (Network File System) client / /bin /usr /home /bin /lib server1 /bin server2 /home cat cp ls /usera /userb

16 SMB (Server Message Block) Authentifizierung der zugreifenden Benutzer. Zustandsbehaftet (Server kennt den Zustand der geöffneten Dateien) Verwendet NetBIOS über TCP/IP in neueren Versionen auch direkt über TCP/IP. Mit SMB 3.0 ist auch Lastverteilung und Hochverfügbarkeit möglich.

17 DFS (Distributed File System) Dateien sind über viele Systeme verteilt. Eine oder mehrere Verteilungsserver vermitteln den Clients das richtige Ziel. Replikation von Daten möglich, aber asynchron. (D.h. Es können verschiedene Versionen von Dateien existieren) Der verwendete Zielserver kann abhängig vom Standort des Clients ausgewählt werden.

18 DFS (Distributed File System) Client DFS Wurzel Replikat Replikat Replikat

19 Rechnerverbünde (Cluster) 2 oder mehr miteinander vernetzte Systeme (Knoten). Muss frei von Single-Point-Of-Failures sein. Gemeinsamer Festplattenspeicher oder Datenreplikation über Netzwerk. Kommunikationsmöglichkeit um den Zustand der anderen Knoten zu bestimmen (Heartbeat)

20 Rechnerverbünde (Cluster) Hochverfügbarkeit (HA-Cluster) Mehrere Systeme sind miteinander verbunden, so dass bei Ausfall eines Systems, die Aufgaben von einem der verbleibenden Rechner übernommen werden kann. Leistungssteigerung (HPC-Cluster) Aufgaben werden auf mehrere Systeme verteilt, um die Gesamtleistung zu erhöhen.

21 Rechnerverbünde (Cluster) Clusteradresse Gemeinsamer Speicher

22 Virtualisierung Bietet in Verbindung mit gemeinsamem Speicher Verteilungsabstraktion. Virtuelle Maschinen können auf beliebigen Rechnern laufen und bei Bedarf verschoben werden. Betriebssystem und Anwendungen auf den virtuellen Maschinen haben keine Kenntnis über die Verteilung.

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