Введение

Кластерная специализированная операционная система
В распределенных вычислениях кластер с единым системным образом (SSI) — это кластер машин, который воспринимается как единая система. Эта концепция часто рассматривается как синоним распределенной операционной системы, однако единый образ может быть представлен для более узких целей, например, только для планирования заданий, что может быть реализовано посредством дополнительного программного слоя над традиционными образами операционных систем, работающими на каждом узле. Интерес к кластерам SSI обусловлен представлением о том, что ими проще пользоваться и управлять, чем более специализированными кластерами. Различные системы SSI могут обеспечивать более или менее полную иллюзию единой системы.

Особенности кластерных систем SSI

Различные системы SSI могут, в зависимости от области их применения, предоставлять лишь часть этих возможностей.

Миграция процесса

Многие системы SSI обеспечивают миграцию процессов. Процессы могут запускаться на одном узле и перемещаться на другой, возможно, для балансировки ресурсов или по административным соображениям. При перемещении процессов с одного узла на другой, другие связанные с ними ресурсы (например, ресурсы межпроцессного взаимодействия) могут перемещаться вместе с ними.

Процесс проверки

Некоторые системы SSI позволяют создавать контрольные точки работающих процессов, что позволяет сохранять их текущее состояние и восстанавливать его позднее. Создание контрольных точек можно рассматривать как связанное с миграцией, поскольку миграция процесса с одного узла на другой может быть реализована путем создания контрольной точки процесса, а затем его перезапуска на другом узле. Альтернативно, создание контрольных точек можно рассматривать как миграцию на диск.

Единое пространство процесса

Некоторые SSI-системы создают иллюзию, что все процессы выполняются на одном компьютере, а инструменты управления процессами (например, "ps", "kill" в Unix-подобных системах) оперируют со всеми процессами в кластере.

Одно корнило

Большинство систем SSI предоставляют единое представление файловой системы. Это может быть реализовано с помощью простого NFS-сервера, общих дисковых устройств или даже репликации файлов. Преимущество единого корневого представления заключается в том, что процессы могут выполняться на любом доступном узле и получать доступ к необходимым файлам без каких-либо специальных мер предосторожности. Если кластер поддерживает миграцию процессов, единое корневое представление обеспечивает прямой доступ к файлам с узла, на котором в данный момент выполняется процесс. Некоторые системы SSI предоставляют возможность "нарушить иллюзию", имея отдельные файлы, специфичные для каждого узла, даже в едином корне. HP TruCluster предоставляет "контекстно-зависимую символическую ссылку" (CDSL), которая указывает на разные файлы в зависимости от узла, обращающегося к ней. HP VMScluster предоставляет логическое имя со списком поиска, с файлами, специфичными для узла, перекрывающими общие для кластера файлы, где это необходимо. Эта возможность может потребоваться для работы с гетерогенными кластерами, в которых не все узлы имеют одинаковую конфигурацию. В более сложных конфигурациях, таких как несколько узлов различных архитектур, расположенных в разных местах, несколько локальных дисков могут объединяться для формирования единого логического корня.

Одно вводно-выводное пространство

Некоторые системы SSI позволяют всем узлам обращаться к устройствам ввода/вывода (например, лентам, дискам, последовательным линиям и т.п.) других узлов. Могут существовать ограничения на типы разрешенных обращений (например, OpenSSI не позволяет монтировать дисковые устройства с одного узла на другом узле).

Единое пространство IPC

Некоторые системы SSI позволяют процессам, работающим на разных узлах, взаимодействовать с помощью механизмов межпроцессного взаимодействия, как если бы они выполнялись на одном компьютере. В некоторых системах SSI это может включать даже общую память (которая может быть эмулирована программно с использованием распределенной общей памяти). В большинстве случаев межузловое межпроцессное взаимодействие будет медленнее, чем взаимодействие на одном компьютере, и, возможно, значительно медленнее для общей памяти. Некоторые SSI-кластеры включают в себя специальное аппаратное обеспечение для снижения этой задержки.

IP-адрес кластера

Некоторые системы SSI предоставляют "IP-адрес кластера" – единый адрес, видимый извне кластера, который можно использовать для обращения к кластеру, как к единому устройству. Это позволяет выполнять балансировку нагрузки входящих вызовов в кластер, направляя их на наименее загруженные узлы, или обеспечивать отказоустойчивость, перенося адрес кластера с одного устройства на другое при добавлении или удалении узлов из кластера.