Вычислительные системы и сети

Что скрывается за аббревиатурами: SaaS; PaaS; SECaaS; EaaS?

вычислительными процессами.
Модуль №2. Программное обеспечение ЭВМ.
Цель занятия: Изучить современные подходы

к управлению вычислительными процессами в вычислительных системах.

3

Управление вычислительными процессами локальной ОС.
Технологии виртуализации.

Ростов н/Д: Российская таможенная академия, Ростовский филиал, 2012.

Б) Дополнительная
Исаев Г.Н.

Информационные технологии: учебное пособие / Г.Н. Исаев. – М.: Омега-Л, 2012 г. - Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/106847.

4

Вводная часть

а под процессом - последовательность действий, предписанных программой.
1. Роль и

место ОС в составе программного обеспечения ЭВМ

Программные процессы ЭВМ

Повышение эффективности использования ЭВМ путем рационального управления её ресурсами и процессами (программный и аппаратно-программный интерфейсы).

6

программирования, обеспечивать возможность параллельной (или псевдопараллельной) обработки нескольких процессов.
1.

Управление вычислительными процессами локальной ОС

Каждая задача имеет свой приоритет, в соответствии с которым получает время и память.

2. Система организует очереди задач так, чтобы все задачи получили ресурсы, в зависимости от приоритетов и стратегии системы.

3. По окончании положенного кванта времени задача может временно «выбрасываться» из памяти, отдавая ресурсы другим задачам, а потом через определённое системой время, восстанавливаться в памяти (свопинг).

4. Система организует обработку прерываний, по которым задачи могут активироваться, деактивироваться и удаляться.

Свойства

памяти от несанкционированного вмешательства других задач.
6. Система распознаёт сбои и

зависания отдельных задач и прекращает их.

7. Система решает конфликты доступа к ресурсам и устройствам, не допуская тупиковых ситуаций общего зависания от ожидания заблокированных ресурсов.

8. Система гарантирует каждой задаче, что рано или поздно она будет активирована.

9. Система обрабатывает запросы реального времени.

10. Система обеспечивает коммуникацию между процессами.

8

или кооперативная многозадачность.
3. Вытесняющая или приоритетная многозадачность (режим реального времени).
Невытесняющая

многозадачность - тип многозадачности, при которой ОС одновременно загружает в память два или более приложения, но процессорное время предоставляется только основному приложению (foreground). Для выполнения фонового приложения (background), оно должно быть активизировано.

9

или кооперативная многозадачность.
3. Вытесняющая или приоритетная многозадачность (режим реального времени)
Кооперативная

многозадачность - тип многозадачности, при которой фоновые задачи выполняются только во время простоя основного процесса и только в том случае, если на это получено разрешение основного процесса.

10

или кооперативная многозадачность.
3. Вытесняющая или приоритетная многозадачность (режим реального времени)
Вытесняющая

многозадачность — это вид многозадачности, при которой операционная система может временно прервать текущий процесс без какой-либо помощи с его стороны. Благодаря этому, «зависшие» приложения как правило не «завешивают» операционную систему

11

три класса (в зависимости от источника):
1. Внешние прерывания, связанные с

сигналами от внешних устройств;
2. Внутренние прерывания, возникающие в результате ошибок вычислений;
3. Программные прерывания, представляющие удобный механизм вызова процедур операционной системы.

Система прерываний – средство, позволяющее ОС реагировать на внешние события, происходящие асинхронно вычислительному процессу:
- сигналы готовности устройства ввода-вывода;
- аварийные сигналы аппаратуры вычислительной системы;
- информация о завершении потока и др.

Прерывания поддерживаются АС и ПС ЭВМ

Все источники делят-ся по приоритетным уровням

Роль арбитра
выполняет диспетчер прерываний ОС.

Условия реализации

статистике средний уровень загрузки процессорных мощностей у серверов под управлением

Windows не превышает 10%, у Unix-систем этот показатель в среднем не превышает 20%.

1. Быстрое увеличение серверного парка и возрастание затрат на его администрирование;
2. Повышение энергопотребления и затрат на системы вентиляции и охлаждения;
3. Использование дополнительных помещений для установки новых серверов;
4. Увеличение расходов на приобретение лицензий на серверную ОС.

Результат такого подхода

Традиционным подход в проектировании распределенной инфраструктуры: «одно приложение — один сервер».

Предпосылки виртуализации

Неэффективность:
Экономическая;
Структурная;
Управленческая.

2. Технологии виртуализации

14

и предоставление пользователю системы, которая "инкапсулирует" (скрывает в себе) собственную

реализацию. Пользователь работает с удобной для себя вычислительной средой, и для него не имеет значения, как она устроена в действительности.

В основе виртуализации лежит возможность одного компьютера выполнять работу нескольких компьютеров благодаря распределению его ресурсов по нескольким средам.

Продуктом виртуализации является удобная для использования вычислительная среда, на самом деле, имеющее более сложную или совсем иную структуру, отличную от той, которая воспринимается при её использовании.

Виртуальная машина — это полностью изолированный программный контейнер, который работает с собственной ОС и приложениями, подобно физическому компьютеру. Виртуальная машина действует так же, как физический компьютер, и содержит собственные виртуальные (т.е. программные) ОЗУ, жесткий диск и сетевой адаптер.

Виртуальная машина - программная или аппаратная среда, которая скрывает настоящую реализацию какого-либо процесса или объекта от его видимого представления.

Теория Практика

2. Технологии виртуализации

5-20% можно использовать один, используемый на 50-70%.
2. Сокращение расходов

на инфраструктуру. Виртуализация позволяет сократить количество серверов и связанного с ними ИТ-оборудования в информационном центре. В результате этого потребности в обслуживании, электропитании и охлаждении материальных ресурсов сокращаются, и на ИТ затрачивается гораздо меньше средств.

3. Снижение затрат на программное обеспечение. Производители ПО ввели новые схемы лицензирования специально для виртуальных сред. Так, например, покупая одну лицензию на Microsoft Windows Server 2008 Enterprise, вы получаете право одновременно её использовать на 1 физическом сервере и 4 виртуальных (в пределах одного сервера).

4. Повышение гибкости и скорости реагирования системы. Виртуализация предлагает новый метод управления ИТ-инфраструктурой и помогает ИТ-администраторам затрачивать меньше времени на выполнение повторяющихся заданий — например, на инициацию, настройку, отслеживание и техническое обслуживание.

2. Технологии виртуализации

Преимущества виртуализации

16

сократить время на администрирование серверов, обеспечивает балансировку нагрузки и динамичную

миграцию виртуальных машин.

6. Повышение доступности приложений и обеспечение непрерывности работы предприятия. Потеря одного виртуального сервера не ведет к потери остальных виртуальных серверов. В случае отказа одного физического сервера возможно произвести автоматическую замену на резервный сервер. Все происходит не заметно для пользователей без перезагрузки. Результат - непрерывность деятельности организации.

7. Удобство архивации данных. Жесткий диск виртуальной машины обычно представляется в виде файла определенного формата, который расположен на физическом носителе. Виртуализация дает возможность простого копирования этого файла на резервный носитель как средство архивирования и резервного копирования всей виртуальной машины целиком.

2. Технологии виртуализации

5. Повышение совместимости приложений. При использовании виртуализации на одном сервере возможна установка Linux и Windows серверов, шлюзов, баз данных и прочих абсолютно несовместимых в рамках одной не виртуализированной системы приложений.

Преимущества виртуализации

уровне операционных систем.
3. Виртуализация приложений.
4. Виртуализация представлений.
2. Технологии виртуализации
18

серверов. Виртуальные машины или серверы представляют собой приложения, запущенные на

хостовой операционной системе, которые эмулируют физические устройства сервера. На каждой виртуальной машине может быть установлена операционная система, на которую могут быть установлены приложения и службы. Типичные представители это продукты VmWare (ESX, Server, Workstation) и Microsoft (Hyper-V, Virtual Server, Virtual PC).

1. Виртуализация серверов

2. Технологии виртуализации

19

операционных систем, а для поддержки работы этих ОС служит общий

слой эмуляции их исполнения поверх хостовой ОС, в роли которой выступает обычная операционная система. Такая технология применяется, в частности, в VMware Workstation, VMware Server.
Достоинства: простота реализации; универсальность и надежность решения; все функции управления берет на себя хост-ОС.
Недостатки: высокие дополнительные накладные расходы на используемые аппаратные ресурсы; отсутствие учета особенностей гостевых ОС; меньшая, чем нужно, гибкость в использовании аппаратных средств.

1. Виртуализация серверов

2. Технологии виртуализации

20

в нее включается новый набор API, через который она может

напрямую работать с аппаратурой, не конфликтуя с другими виртуальными машинами. При этом нет необходимости задействовать полноценную ОС в качестве хостового ПО, функции которого в данном случае исполняет специальная система, получившая название гипервизора (hypervisor). Является сегодня наиболее актуальным направлением развития серверных технологий виртуализации и применяется в VMware ESX Server, Xen Достоинства: отсутствие потребности в хостовой ОС – ВМ; аппаратные ресурсы используются эффективно.
Недостатки: сложность реализации подхода и необходимость создания специализированной ОС-гипервизора.

1. Виртуализация серверов

2. Технологии виртуализации

21

ядра хостовой ОС для создания независимых параллельно работающих операционных сред.

Для гостевого ПО создается только собственное сетевое и аппаратное окружение. Такой вариант используется в Virtuozzo (для Linux и Windows), OpenVZ (бесплатный вариант Virtuozzo) и Solaris Containers. Достоинства: высокая эффективность использования аппаратных ресурсов, низкие накладные технические расходы, отличная управляемость, минимизация расходов на приобретение лицензий.
Недостатки: реализация только однородных вычислительных сред.

2. Виртуализация на уровне операционных систем

2. Технологии виртуализации

22

с ОС, при которой виртуализируется каждый экземпляр приложений. Приложение исполняется

без процедуры инсталляции в традиционном ее понимании и может запускаться прямо с внешних носителей (например, с флэш-карт или из сетевых папок).
Достоинства: ускорение развертывания настольных систем и возможность управления ими, сведение к минимуму не только конфликтов между приложениями, но и потребности в тестировании приложений на совместимость.
Виртуализация приложений позволяет пользователям запускать одно и то же заранее сконфигурированное приложение с сервера. При этом приложения работают независимо друг от друга, не внося никаких изменений в ОС.

3. Виртуализация приложений

2. Технологии виртуализации

23

Т.е. пользователь видит приложение и работает с ним на своём

терминале, хотя на самом деле приложение выполняется на удалённом сервере, а пользователю передаётся лишь картинка удалённого приложения. В зависимости от режима работы пользователь может видеть удалённый рабочий стол и запущенное на нём приложение, либо только само окно приложения.

4. Виртуализация представлений

2. Технологии виртуализации

24

Какое значение применительно к ОС имеют понятия ring0 – ring3?.