М. М. Мусаев компьютер тизимлари ва тармоқлари

Кўп портли хотирали архитектура. Сақлаш қурилмаларининг кўп портли ташкил қилиниши ҳар қандай процессорга ва киритиш/чиқариш модулига асосий хотиранинг (АХ) банкига тўғри ва бевосита мурожаат қилишни таъминлайди. Бундай ёндашув шинани қўллашдан мураккаброқдир, асосий хотиранинг сақлаш қурилмасига қўшимча қилиб мураккаб мантиқни талаб қилади. Шундай бўлса ҳам, бу унумдорликни кўтаришга имкон беради, чунки ҳар бир процессор ҳар бир асосий хотира модули томон ажратилган йўлга эга. Кўп портли ташкил қилишнинг бошқа афзаллиги – алоҳида хотира модулларини алоҳида процессорнинг локал хотираси сифатида белгилаш имкониятининг борлигидир. Бу хусусият бошқа процессорларнинг маълумотлардан рухсатсиз фойдаланишидан ҳимоялашни яхшилаш имконини беради.
Марказлашган бошқариш қурилмали архитектура. Марказлашган бошқариш қурилмаси мустақил модуллар: процессор, хотира, киритиш/чиқариш қурилмаси орасидаги алоҳида маълумотлар оқимини бирлаштиради. У сўровларни буферлаштиради, арбитраж ва синхронлашни бажара олади, процессорлар орасида ҳолат ҳақидаги ахборотни ва бошқариш хабарларини узатиш имконига эга, ҳамда кэшда ахборотнинг ўзгарганлиги ҳақида огоҳлантиради. Бундай ташкил қилишнинг камчилиги бошқариш қурилмасининг мураккаблигидадир, чунки унумдорлик масаласида потенциал тор жой бўлиб қолади. Ҳозирги вақтда бундай архитектура кам учрайди, аммо IBM 370 оиласига мансуб машиналар асосида яратилган ҳисоблаш машиналаридан кенг фойдаланилган.
Кластерли ҳисоблаш тизимлари.
Ҳисоблаш тизимларини яратиш соҳасидаги замонавий йўналишлардан бири – бу кластеризациясидир. Кластеризация унумдорлиги ва тайёрлик коэффициенти бўйича симметрик мультипроцессор тизимларга альтернативдир. Кластер тушунчаси биргаликда ишлайдиган, ўзаро боғланган ягона ҳисоблаш ресурсини ташкил қилади, ягона машина бордек ҳисоблаш тизимларининг (боғламаларнинг) гуруҳини аниқлайди. Кластернинг боғламаси сифатида бир процессорли машиналар ҳам, SMP ёки МРР типидаги ҳисоблаш тизимлари ҳам бўлиши мумкин. Бунда ҳар бир боғлама кластердан алоҳида ва мустақил ҳаракат қилиш ҳолатида бўлиши муҳимдир. Архитектура режасида кластерли ҳисоблашнинг моҳияти юқори тезликдаги тармоқнинг бир неча боғламасини бирлаштиришдир.
Аввал бошидан кластерлар олдига иккита масала қўйилган: катта ҳисоблаш қувватига етмоқ ва тизимнинг юқори ишончлилигини таъминлаш. Кластерли архитектура соҳасида биринчилардан бўлиб, ўтган асрнинг 80 – йиллар бошида биринчи тижорат кластерини яратган DEC корпорацияси ҳисобланади.
Кластерларнинг боғламаси сифатида бир хил ҳисоблаш тизимларидан (гомоген кластерлар) ҳам, ҳар хил ҲТ дан (гетероген кластерлар) фойдаланса бўлади. Кластер тизими архитектура бўйича заиф боғланган ҳисобланади. Кластеризация ёрдамида эришилган тўртта афзалликни белгилаймиз:
- абсолют масштаблаштириш, ҳисоблаш қуввати бўйича энг унумдорли якка ҳисоблаш машиналаридан устун бўлган, катта кластерларни яратиши мумкин. Кластер ҳар бири мультипроцессор бўлган ўнлаб боғламаларни қараш ҳолатидадир;
- тайёрликнинг юқори коэффициенти, модомики кластернинг ҳар бир боғламаси — мустақил машина ёки машиналар тизими экан, боғламаларнинг бирортаси ишдан чиқса, кластернинг ишлаш хусусиятини йўқотишга олиб келмайди. Кўп тизимларда бузилишга барқарорлик дастурий таъминот томонидан автоматик қўлланади;
- нарх/унумдорлик нисбатининг яхшилиги, ҳар қандай унумдорли кластерларни стандарт “қурилиш блоклари”ни улаш билан яратиш мумкин, бунда унинг нархи ҳисоблаш қувватига эквивалент бўлган якка машинадан арзон бўлади.
Кластер аппарат таъминоти поғонасида тармоқ билан бирлаштирилган оддийгина мустақил ҳисоблаш тизимларининг жамланмасидир. Машиналарни кластерга бирлаштирилганда деярли ҳар доим тўғри машиналараро алоқа қўлланилади. Ечимлар Ethernet аппаратурасига асосланиб оддий ёки ўтказиш хусусияти секундига юзлаб мегабайт бўлган юқори тезликдаги тармоққа асосланиб мураккаб бўлиши мумкин. Охирги категорияга IBM компаниясининг RS/6000, Memory Channel асосидаги Digital фирмасининг тизимлари, Compaq корпорациясининг ServerNet киради.
Адабиётда кластерлар классификациясининг турли хил усуллари келтирилган. Оддий вариантда кластердаги дисклар ҳамма боғламалар орасида бўлинганлигига ориентир олинади.7.14,а-расмда иккита боғламадан ташкил топган кластер кўрсатилган. Бу боғламаларнинг биргаликда ишлаши хабарлар алмашинуви амалга ошириладиган юқори тезликдаги линиялар ҳисобига мосланган. Бу линия сифатида кластерга кирмаган компьютерларни ишлатадиган локал тармоқ ҳам, ажратилган линия ҳам бўлиши мумкин.
Охирги ҳолатида кластернинг битта ёки бир нечта боғламаси локал ёки глобал тармоққа чиқиш имконига эга бўлиб, шу сабабли сервер кластер билан масофавий мижоз тизимлар орасидаги алоқани таъминлайди.
Бу схема юқори унумдорликни ва юқори тайёрлик коэффициентини таъминлайди, аммо мижоз сўровларини серверларнинг ҳар бирига балансланган ва самарали юкламани тақсимлашга эришишни режалаштириш учун махсус дастурий таъминотни талаб қилади. Ҳамда шундай шароитни яратиш керакки, иловаларни бажариш жараёнида бирор – бир боғламанинг ишдан чиқишида, бошқа боғлама уни ушлаб олиб, бошқаришсиз қолган иловани тугатиши керак. Бунинг учун ҳар доим кластердаги маълумотларнинг нусхаси олиниб, ҳар бир сервер тизимдаги энг янги маълумотларга мурожаат қила олиши керак. Бу сарф - ҳаражатлар туфайли, тайёрликнинг юқори коэффициенти унумдорликни йўқотиш ҳисобига эришилади.
Ҳозирги вақтда кўпчилик кластерлардаги коммуникацион сарф – ҳаражатларни қисқартириш учун кўпинча RAID диск массивлари кўринишидаги умумий дискларга уланган серверлардан шакллантирилади (7.14,б-расм).
Кластерда ҳисоблаш машиналари (тизимлар) иккита транспорт протоколидан биттаси билан мос равишда ўзаро алоқа қилади. Булардан биринчиси, TCP (Transmission Control Protocol) протоколи байтлар оқимига суяниб, хабарни етказишнинг ишончлилигини кафолатлайди. Иккинчиси, UDP (User Datagram Protocol) маълумотлар пакетини етказишга кафолат бермасдан жўнатишга ҳаракат қилади. Охирги вақтларда нисбатан яхши ишлайдиган махсус протоколлардан фойдаланилмоқда. Intel компанияси томонидан бошқариладиган консорциум ички кластер коммуникациялари учун Virtual Interface Architecture (VIA) деб аталадиган янги протоколларни таклиф қилди ва стандарт ролига даъвогарлик қилди.
Кластерлар кира олишнинг юқори даражасини таъминлайди – уларда ягона операцион тизим ва биргаликда фойдаланиладиган хотира йўқ, яъни кэшнинг когерентлик муаммоси йўқ. Бундан ташқари, ҳар бир боғламадаги махсус дастурий таъминот қолган ҳамма боғламанинг ишга яроқлилигини ҳар доим назорат қилади.

Боғламалар уланганда кластерлар унумдорлик масаласида яхши масштабланади. Кластерларда бир неча алоҳида иловалар бажарилиши мумкин, бироқ алоҳида иловани масштаблаш учун унинг алоҳида қисмлари хабар алмашиш йўли билан ўзларининг ишларини келишиб олиши талаб қилинади. Кластер боғламаларининг ўзаро алоқаси анъанавий тизимларга қараганда кўп вақтни эгаллашини ҳисобга олмаслик мумкин эмас. Боғламалар сонининг ўсиб боришининг чегараланмаганлиги ва ягона операцион тизимининг йўқлиги кластерли архитектурани буткул муфаввақият билан кенгайтиришга олиб келади, ҳатто юзта ва мингта боғламали тизимлар амалиётда ўзларининг ижодий тарафдан кўрсатадилар.