Ім'я файлу: Архітектура серверів корпоративних баз даних.doc
Розширення: doc
Розмір: 237кб.
Дата: 23.10.2022
скачати
Пов'язані файли:
Лекція1_ПЗІС_2022-23.pptx
Розширення: doc
Розмір: 237кб.
Дата: 23.10.2022
скачати
Пов'язані файли:
Лекція1_ПЗІС_2022-23.pptx
Реферат на тему:
"Архітектура серверів корпоративних баз даних"
Московський Державний
Інженер-Фізичний Інститут (ТУ)
Зміст
Введення
1. Системи управління базами даних та сервери баз даних
Сервери Escala компанії Bull
2.1. Архітектура PowerScale
2.2. Сімейство UNIX-серверів Escala
Сервери компанії Hewlett-Packard
3.1. Сімейство комп'ютерів Alpha
Сервери фірми DEC
4.1. Сімейство комп'ютерів Alpha
Відмовостійкі сервери компанії Tandem Computer Inc.
Висновок
Список літератури
Додаток 1
Введення
Поява в 80-х роках персональних комп'ютерів (ПК) і локальних мереж ПК найбільш серйозним чином змінило організацію корпоративних обчислень. На відміну від традиційного, добре керованого безпечного середовища обчислень підприємства, побудованої на базі універсальної обчислювальної машини (мейнфрейм) з приєднаними до неї терміналами, середовище локальних мереж ПК погано контролюються, погано керується і небезпечне. З іншого боку, розширені засоби мережної організації уможливлюють поділ бізнес інформації усередині груп індивідуальних користувачів, і між ними, усередині і поза корпорацією і полегшують організацію інформаційних процесів у масштабі підприємства. Щоб ліквідувати пролом між окремими локальними мережами ПК і традиційними засобами обчислень, а також для організації розподілених обчислень у масштабі підприємства з'явилася модель обчислень на базі робочих груп.
Як правило, терміни сервери робочих груп і мережних серверів використовуються взаємозамінні. Сервер робочої групи може бути сервером, побудованим на одному процесорі компанії Intel, або суперсервером (з декількома ЦП), подібним виробам компаній Compaq, HP, IBM і DEC, що працюють під управлінням операційної системи Windows NT. Це може бути також UNIX-сервер компаній Sun, HP, IBM і DEC.
За рівнем загальносистемної продуктивності, функціональним можливостям окремих компонентів, відмовостійкості, а також у підтримці багатопроцесорної обробки, системного адміністрування і дискових масивів великої ємності суперсервери вийшли в даний час на один рівень з мейнфрейми і потужними мінікомп'ютер. Сучасні суперсервери характеризуються:
наявністю двох або більше центральних процесорів RISC, або CISC;
багаторівневої шинної архітектурою, в якій високошвидкісна системна шина пов'язує між собою кілька процесорів та оперативну пам'ять, а також безліч стандартних шин введення / виводу, розміщених в тому ж корпусі;
підтримкою технології дискових масивів RAID;
підтримкою режиму симетричної багатопроцесорної обробки, що дозволяє розподіляти завдання по декількох центральних процесорів або режиму асиметричної багатопроцесорної обробки, яка допускає виділення процесорів для виконання конкретних завдань.
Основу такого рівня сучасних інформаційних систем підприємств і організацій складають корпоративні сервери різноманітного функціонального призначення, побудовані на базі операційної системи Unix. Архітектура цих систем варіюється в широких межах залежно від масштабу розв'язуваних завдань і розмірів підприємства. Двома основними проблемами побудови обчислювальних систем для критично важливих додатків, пов'язаних з обробкою транзакцій, керуванням базами даних і обслуговуванням телекомунікацій, є забезпечення високої продуктивності і тривалого функціонування систем. Найбільш ефективний спосіб досягнення заданого рівня продуктивності - застосування паралельних масштабованих архітектур. Завдання забезпечення тривалого функціонування системи має три складових: надійність, готовність і зручність обслуговування. Всі ці три складові припускають, в першу чергу, боротьбу з несправностями системи, породжуваними відмовами і збоями у її роботі. Ця боротьба ведеться за всіма трьома напрямками, які взаємопов'язані і застосовуються спільно.
Існує декілька типів систем високої готовності, що відрізняються своїми функціональними можливостями і вартістю. Найбільш оптимальним по відношенню висока готовність / вартість є кластерні системи.
У даному рефераті будуть розглянуті особливості архітектури RISC процесорів фірм DEC, Hewlett-Packard і Bull і особливості побудови на їх основі багатопроцесорних SMP серверів та кластерних систем.
1. Системи управління базами даних та сервери баз даних
Одним з найбільш поширених класів прикладних систем для серверів, що випускаються більшістю компаній-виробників комп'ютерної техніки, є системи керування базами даних (СКБД). Сервери СУБД значно складніші, ніж, наприклад, сервери мережевих файлових систем NFS. Стандартна мова реляційних СУБД (SQL) набагато багатше, ніж набір операцій NFS. Більше того, є кілька популярних комерційних реалізацій СУБД, доступних на серверах різних компаній, кожна з яких має зовсім різні характеристики.
Як додатки, орієнтовані на використання баз даних, так і самі СУБД сильно розрізняються по своїй організації. Якщо системи на базі файлових серверів порівняно просто розділити за типом робочого навантаження на два принципово різних класу (з інтенсивною обробкою атрибутів файлів і з інтенсивною обробкою самих даних), то провести подібну класифікацію серед додатків баз даних і СУБД просто неможливо.
Хоча на сьогодні є цілий ряд різних архітектур баз даних, ринок
UNIX-систем, здається, зупинився головним чином на реляційної моделі. Абсолютна більшість інстальованих сьогодні систем реляційні, оскільки ця архітектура обрана такими виробниками як Oracle, Sybase, Ingres, Informix, Progress, Emdivss і DBase.
Але навіть з урахуванням того, що переважна більшість систем працює за однією і тією ж концептуально загальною схемою, між різними продуктами є великі архітектурні відмінності. Можливо найбільш суттєвим є реалізація самої СУБД.
На вибір архітектури сервера впливають такі фактори:
· Вимоги по апаратних засобах обраної СУБД;
· Тип програми і число одночасно працюючих користувачів;
· Надійність;
· Вартість;
· Різноманітність програмного забезпечення (ПЗ);
· Масштабованість.
Поряд з ціною, можливість масштабованості системи є визначальним фактором при виборі того або іншого сервера. Під масштабованістю розуміється можливість для модернізації мережі або обчислювальної платформи на випадок необхідності збільшити робоче навантаження. У багатопроцесорних і кластерних системах проблеми з масштабованістю вирішена.
Найбільш поширені дві багатопроцесорні технології: симетрична і паралельна обробка. Неуніфікованих доступ до пам'яті (Non-Uniform Memory Access, NUMA) є новітньою різновидом SMP.
SMP використовується головним чином при роботі з великими базами даних, хоча в останні роки вона стала застосовуватися для складів даних і систем підтримки прийняття рішень. MPP застосовується в наукових і інженерних додатках для складних програм з великим об'ємом обчислень, наприклад для моделювання погоди на земній кулі або взаємодії субатомарних частинок.
З точки зору масштабованості основна відмінність між SMP і MPP в тому, яким чином окремі процесори управляють пам'яттю. У разі SMP всі процесори спільно використовують одну загальну шину пам'яті. Конкуренція за шину знижує ефективність архітектури із загальною пам'яттю при збільшенні кількості процесорів. Наявність окремого високошвидкісного кеша пам'яті для кожного процесора, як це передбачено в SMP-машинах старшого класу, пом'якшує, але не усуває цю проблему. Через таке обмеження багато конфігурації SMP складаються максимум з 2, 4 або 8 процесорів. Підтримка більше 8 процесорів передбачає всякі новації в апаратній архітектурі, і лише рідкісні SMP-машини підтримують понад 32 процесорів. Безсумнівним плюсом такого підходу є те, що SMP-комп'ютер виглядає для програми як звичайна однопроцесорна машина; це значно спрощує програмування. Зазвичай все, що необхідно, щоб скористатися перевагами багатопроцесорної обробки, - це багатопотокова програма і операційна система, здатна розподіляти потоки між процесорами.
У разі MPP кожен процесор має власну пам'ять і шину пам'яті. Перевагою такої конфігурації є те, що конкуренція за шину відсутня, а число процесорів може досягати сотень і тисяч. (Як правило, рішення вважається "масово-паралельним", тільки коли кількість процесорів перевищує 64.).
NUMA можна розглядати як проміжний етап між SMP і MPP. Вона визначає архітектуру для взаємодії декількох "вузлів" SMP. Вузлом може бути комп'ютер в кластері, хоча сьогодні частіше за все мають на увазі групу процесорів в комп'ютері. Кожен вузол має у своєму розпорядженні своєї власної виділеної фізичною пам'яттю, що усуває конкуренцію за ресурси. Вузли зв'язані за допомогою координатного комутатора таким чином, що всі вони можуть звертатися до одного й того ж віртуального простору пам'яті. Всі вузли разом виглядають для програми як одна SMP-машина.
Багатопроцесорний комп'ютер виконує лише одну копію операційної системи. Якщо виконуються декілька копій ОС, але процесори інтегровані таким чином, що, з точки зору адміністратора, користувача або програми, вони виглядають як одна система, то ми маємо справу з кластеризацією.
Незважаючи на те що Sun оголосила про 64-процесорної SMP-машині (Starfire Ultra Enterpise 10000), розробка і створення SMP-машин з 32 або 64 процесорами представляє серйозні труднощі і пов'язана зі значними витратами. При побудова SMP-машин з використанням NUMA має верхню межу в 32 процесора. Для побудові більш складних систем використовується кластеризація - об'єднання машин в кластери.
Кластеризація служить для об'єднання високопродуктивних систем. Першою концепцію кластерної системи анонсувала компанія DEC, визначивши її як групу об'єднаних між собою обчислювальних машин, що представляють собою єдиний вузол обробки інформації. По суті VAX-кластер являє собою слабкозв'язаного багатомашинну систему із загальною зовнішньою пам'яттю, що забезпечує єдиний механізм управління та адміністрування. В даний час на зміну VAX-кластерам приходять UNIX-кластери. При цьому VAX-кластери пропонують перевірений набір рішень, який встановлює критерії для оцінки подібних систем.
VAX-кластер має такі властивості:
· Поділ ресурсів. Комп'ютери VAX в кластері можуть розділяти доступ до загальних стрічкових і дискових накопичувачів. Всі комп'ютери VAX в кластері можуть звертатися до окремих файлів даних як до локальних;
· Висока готовність. Якщо відбувається відмова одного з VAX-комп'ютерів, завдання його користувачів автоматично можуть бути перенесені на інший комп'ютер кластера. Якщо в системі є декілька контролерів зовнішніх накопичувачів і один з них відмовляє, інші контролери автоматично підхоплюють його роботу;
· Висока пропускна здатність. Ряд прикладних систем можуть користуватися можливістю паралельного виконання завдань на декількох комп'ютерах кластера;
· Зручність обслуговування системи. Загальні бази даних можуть обслуговуватися з єдиного місця. Прикладні програми можуть інсталюватися тільки одного разу на загальних дисках кластера і розділятися між усіма комп'ютерами кластера;
· Розширюваність. Збільшення обчислювальної потужності кластера досягається підключенням до нього додаткових VAX-комп'ютерів. Додаткові накопичувачі на магнітних дисках і магнітних стрічках стають доступними для всіх комп'ютерів, що входять у кластер.
Робота будь-якої кластерної системи визначається двома головними компонентами: високошвидкісним механізмом зв'язку процесорів між собою і системним програмним забезпеченням, яке забезпечує клієнтам прозорий доступ до системного сервісу.
В даний час широке поширення одержала також технологія рівнобіжних баз даних. Ця технологія дозволяє безлічі процесорів розділяти доступ до єдиної бази даних. Розподіл завдань по безлічі процесорних ресурсів і паралельне їх виконання дозволяє досягти більш високого рівня пропускної здатності транзакцій, підтримувати більше число одночасно працюючих користувачів і прискорити виконання складних запитів. Існують три різних типи архітектури, які підтримують паралельні бази даних:
· Симетрична багатопроцесорна архітектура з загальною пам'яттю (Shared Memory SMP Architecture). Ця архітектура підтримує єдину базу даних, що працює на многопроцессорном сервері під керуванням однієї операційної системи. Збільшення продуктивності таких систем забезпечується нарощуванням числа процесорів, пристроїв оперативної і зовнішньої пам'яті;
· Архітектура з загальними (розділяються) дисками (Shared Disk Architecture). Це типовий випадок побудови кластерної системи. Ця архітектура підтримує єдину базу даних при роботі з декількома комп'ютерами, об'єднаними в кластер (звичайно такі комп'ютери називаються вузлами кластера), кожний з яких працює під керуванням своєї копії операційної системи. У таких системах усі вузли розділяють доступ до загальних дисків, на яких власне і розташовується єдина база даних. Продуктивність таких систем може збільшуватися як шляхом нарощування числа процесорів і обсягів оперативної пам'яті в кожному вузлі кластеру, так і за допомогою збільшення кількості самих вузлів;
· Архітектура без поділу ресурсів (Shared Nothing Architecture). Як і в архітектурі з загальними дисками, в цій архітектурі підтримується єдиний образ бази даних при роботі з декількома комп'ютерами, що працюють під управлінням своїх копій операційної системи. Проте в цій архітектурі кожен вузол системи має власну оперативну пам'ять і власні диски, які не розділяються між окремими вузлами системи. Практично в таких системах розділяється тільки загальний комунікаційний канал між вузлами системи. Продуктивність таких систем може збільшуватися шляхом додавання процесорів, обсягів оперативної і зовнішньої (дискової) пам'яті в кожному вузлі, а також шляхом нарощування кількості таких вузлів.
Таким чином, середовище для роботи паралельної бази даних володіє двома важливими властивостями: високою готовністю і високою продуктивністю. У випадку кластерної організації декілька комп'ютерів або вузлів кластера працюють з єдиною базою даних. У разі відмови одного з таких вузлів, що залишилися вузли можуть узяти на себе завдання, які виконувалися на що відмовив вузлі, не зупиняючи загальний процес роботи з базою даних. Оскільки логічно в кожному вузлі системи є образ бази даних, доступ до бази даних буде забезпечуватися до тих пір, поки в системі є принаймні один справний вузол. Продуктивність системи легко масштабується, тобто додавання додаткових процесорів, обсягів оперативної і дискової пам'яті, і нових вузлів у системі може виконуватися в будь-який час, коли це дійсно потрібно.
Паралельні бази даних знаходять широке застосування в системах обробки транзакцій в режимі on-line, системах підтримки прийняття рішень і часто використовуються при роботі з критично важливими для роботи підприємств і організацій додатками, які експлуатуються по 24 години на добу.
2. Сервери Escala компанії Bull
Група компаній, об'єднаних під загальною назвою Bull, є одним з найбільших виробників інформаційних систем на світовому комп'ютерному ринку і має свої відділення в Європі та США.
Архітектура PowerScale, являє собою першу реалізацію симетричної мультипроцессорной архітектури (SMP), розробленої Bull спеціально для процесорів
PowerPC. На початку вона була реалізована на процесорі PowerPC 601, але легко модернізується для процесорів 604 і 620. Ця нова SMP-архітектура використовується в сімействі систем Escala.
Мікропроцесор PowerPC підтримує мультипроцесорну обробку, зокрема, модель тісно пов'язаних обчислень в розділяється (загальною) пам'яті. Робота тісно пов'язаних процесорів припускає використання різними процесорами однієї спільної пам'яті і однієї операційної системи, яка управляє всіма процесорами і апаратурою системи. Процесори повинні конкурувати за колективні ресурси.
У симетричній мультипроцессорной системі всі процесори вважаються функціонально еквівалентними і можуть виконувати операції введення / виводу і інші обчислення.
Розроблене Bull сімейство Escala забезпечує масштабованість і високу готовність систем, центральним місцем яких є симетрична мультипроцесорна архітектура, названа PowerScale, що дозволяє робити поступову модернізацію й об'єднувати в системі від 1 до 8 процесорів.
1 2 3 4 5 6 7 8