Vorlesung Betriebssysteme - FB2
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● 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. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● Zielsetzung verteilter Betriebssysteme – Gemeinsame Nutzung beschränkter Ressourcen ● – Unterstützung inhärenter Verteilung ● – Daten, Rechenleistung, Speicher 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. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● Zielsetzung verteilter Betriebssysteme – Erhöhte Gesamtleistung ● – Erhöhte Zuverlässigkeit ● – z.B. Supercomputer bestehen aus vielen vernetzten Einzelrechnern. Der Ausfall eines Rechners beeinträchtigt nicht das Gesamtsystem Skalierbarkeit ● Die Leistung lässt sich durch Hinzunahme weiterer Rechner einfach erhöhen. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● Nachteile verteilter Betriebssysteme – komplexere System-Software ● – Abhängigkeit von Kommunikationskanälen ● – Das Betriebssystem muss die zusätzlichen Funktionen transparent darstellen. Ausfall oder Überlastung der Kommunikationsverbindungen kann das Gesamtsystem empfindlich stören. Erhöhte Sicherheitsanforderungen ● Die externe Kommunikation bietet eine größere Angriffsfläche. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● Hardwarekonzepte für verteilte Systeme – SISD (Single Instruction Stream / Single Data Stream) ● – SIMD (Single Instruction Stream / Multiple Data Stream) ● – Identischer Programmcode für unterschiedliche Daten (z.B. Matrizenoperationen) MISD (Multiple Instruction Stream / Single Data Stream) ● – Ein einzelner Prozessor verarbeitet einen einzelnen Datenstrom Keine praktische Anwendung MIMD (Multiple Instruction Stream / Multiple Data Stream) ● Getrennte Prozesse verarbeiten eigenene Daten Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● 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. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● 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. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● Hardwarekonzepte für verteilte Systeme MIMD Parallele und verteilte Computer eng elt p p o gek lose geko ppel t Multiprozessor (gemeinsamer Speicher) Multicomputer (privater Speicher) Bus Verbindungsorientiert Bus Verbindungsorientiert Sequent, Encore Ultracomputer, RP3 Workstations im LAN Hypercube, Transputer Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● Hardwarekonzepte für verteilte Systeme Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● 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. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● Softwarekonzepte für verteilte Systeme – Multiprozessorbetriebssysteme ● Eng gekoppelte Software auf eng gekoppelter Hardware. ● Alle Prozessoren besitzen einen gemeinsamen Speicher. ● Kommunikation über gemeinsamen Speicher. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● Verteilungsabstraktion – Verteilte Prozesse ● ● – Verteilter Speicher ● – Prozesse können auf andere Rechner verlagert werden. BS muss identisch sein, verteiltes Dateisystem benötigt, evtl. 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) Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● 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. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● NFS (Network File System) client / /usr /bin /home /bin server1 cat server2 /bin cp /lib ls /userA /home /userB Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● 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. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● 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. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● DFS (Distributed File System) Client DFS Wurzel Replikat Replikat Replikat Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● 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) Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● 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. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● Rechnerverbünde (Cluster) Clusteradresse Gemeinsamer Speicher Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper ● 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. Verteilte Betriebssysteme Vorlesung Betriebssysteme, FH Frankfurt WS 2012/2013, Stefan Kämper
