Распределенная операционная система — это специальная операционная система, которая, по сути, является многомашинной операционной системой и представляет собой развитие и расширение традиционной автономной операционной системы. Он делит компьютерную систему на несколько независимых вычислительных блоков (или также называемых узлами), и эти узлы развертываются на каждом компьютере, а затем подключаются к сети и поддерживают состояние непрерывной связи. В распределенной операционной системе каждый узел может независимо выполнять локальные вычислительные задачи, как автономная операционная система, или может объединяться друг с другом для выполнения более масштабных вычислительных задач распределенным и скоординированным параллельным образом. Таким образом, пользователи получают более мощную вычислительную мощность, более высокую масштабируемость и избыточную отказоустойчивость.
В этой статье в качестве примера будет рассмотрена распределенная операционная система LAXCUS, чтобы обсудить концепцию, характеристики и зачем она нам нужна.
1. Концепция распределенной операционной системы
Распределенная операционная система делит компьютерную систему на несколько независимых вычислительных блоков (или также называемых узлами), и эти узлы развертываются на каждом компьютере, соединенном сетью, и поддерживают состояние непрерывной связи. В распределенной операционной системе каждый узел может независимо выполнять локальные вычислительные задачи, как автономная операционная система, или может объединяться друг с другом для выполнения более масштабных вычислительных задач распределенным и скоординированным параллельным образом. Таким образом, пользователи получают более мощную вычислительную мощность, более высокую масштабируемость и избыточную отказоустойчивость. Распределенная операционная система также должна обеспечивать гибкость, доступность, управляемость и эластичную масштабируемость системного дистрибутива.
Во-вторых, характеристики распределенных операционных систем.
Распределенная операционная система общего назначения должна обладать следующими основными характеристиками:
Модульность: распределенная операционная система использует идею модульной конструкции, которая делит систему на несколько функциональных модулей, и каждый модуль отвечает за выполнение определенной задачи. Такая конструкция упрощает обслуживание и обновление системы.
Параллельная обработка. Распределенные операционные системы поддерживают несколько моделей параллельной обработки, таких как модель с общей памятью, модель передачи сообщений и модель клиент/сервер. Эти модели могут в полной мере использовать преимущества производительности многоядерных процессоров и повышать вычислительную мощность системы. Если клиент/сервер расширяется и комбинируется, получается новый тип модели клиент/кластер. Это основная причина, по которой распределенные операционные системы могут обеспечивать мощные вычислительные возможности.
Отказоустойчивость. Распределенная операционная система обладает высокой отказоустойчивостью и может автоматически восстанавливаться при сбое узла. Это в основном зависит от избыточной конструкции и механизма обнаружения и диагностики неисправностей в распределенной системе.
Согласованность данных. Распределенные операционные системы должны обеспечивать согласованность данных между узлами. Обычно это достигается с помощью таких методов, как транзакции, блокировки и координаторы.
Управление ресурсами. Распределенные операционные системы должны эффективно управлять аппаратными ресурсами в системе, включая память, дисковое пространство и время процессора. Обычно это достигается с помощью таких методов, как алгоритмы планирования ресурсов и политики приоритетного планирования.
Давайте в качестве примера возьмем распределенную операционную систему LAXCUS, чтобы кратко объяснить это.
Ссылаясь на рисунок выше, в распределенной операционной системе LAXCUS система разделена на три измерения: базовый уровень, бизнес-уровень и вызывающий уровень. Уровень ядра состоит из локального ядра и распределенной среды.Локальное ядро включает в себя локальное ядро и локальную оболочку.Идея его построения аналогична Unix/Linux.Разница заключается в распределенной структуре, которая является важной технологией Распределенная операционная система LAXCUS Инновация, благодаря своему существованию, LAXCUS можно назвать «распределенной операционной системой», включая многорежимную коммуникационную сеть, слабосвязанную архитектуру и распределенную оболочку. Среди них распределенная оболочка принимает распределенные инструкции пользователя (инструкции пользователя и инструкции системного планирования) и анализирует эти распределенные инструкции. Слабосвязанная архитектура LAXCUS является важной технологической инновацией. Она была представлена в предыдущих статьях, таких как возможности параллельной обработки, возможности отказоустойчивой обработки, согласованность данных, возможности управления ресурсами и возможности планирования. Комбинация этих технологий может сделать становится возможной совместная работа нескольких машин. Более подробное знакомство со слабосвязанной архитектурой распределенной операционной системы LAXCUS можно найти в соответствующих статьях, которые здесь повторяться не будут. Многорежимная сеть связи представляет собой комбинацию различных технологий сетевой связи, важнейшей из которых является технология MASSIVE MIMO, аналогичная сетям 5G.Благодаря ее существованию широкомасштабная связь и сверхбольшая связь на основе физических сетей Реализация также является одной из основных базовых функций распределенной операционной системы LAXCUS.
Давайте смоделируем рабочий процесс распределенной операционной системы LAXCUS.
В распределенной операционной системе LAXCUS клиентский компьютер представляет собой графический рабочий стол, на котором запущено различное прикладное программное обеспечение, существующее в виде графического интерфейса или символьного поля. В отличие от прикладного программного обеспечения автономной операционной системы, которое работает только локально, распределенное прикладное программное обеспечение LAXCUS не только совместимо с локальным управлением, но, что более важно, работает параллельно на нескольких компьютерах в компьютерном кластере распределенным образом, обеспечивая мощные возможности обработки.
Распределенная инструкция отправляется из распределенного прикладного программного обеспечения LAXCUS, передается на базовый уровень через вызывающий уровень и бизнес-уровень, разделяется на несколько параллельных компьютерных инструкций и передается в многорежимную коммуникационную сеть для обработки. Многорежимная коммуникационная сеть передает каждую параллельную инструкцию на соответствующий компьютерный узел, а локальная оболочка на узле анализирует ее и передает ядру системы для обработки, после завершения обработки агрегирует и возвращает по исходному пути , тем самым завершая распределенную компьютерную работу.
3. Зачем нам нужна распределенная операционная система?
Проще говоря: времена изменились.
Если мы оглянемся на историю, то увидим, что все в мире представляет собой процесс от простого к сложному. Операционная система также следует этому правилу, например, ранняя система IBM 0S360, а затем UNIX, DOS, Windows, Macintosh, Linux, IOS и Android. За исключением небольшой части этих операционных систем, которые являются серверными системами, большинство из них являются персональными системами, но по сути все они являются автономными операционными системами. Тридцать лет назад нашими требованиями к компьютерам были WORD, EXCEL, PPT, музыка и видео, которые могли быть заполнены обычными персональными компьютерами и мобильными телефонами. Тридцать лет спустя наши требования к компьютерам — большие данные, облачные вычисления, искусственный интеллект, крупномасштабный чатGPT, гиперзвуковой воздушный поток и моделирование ядерного синтеза.Эти задачи требуют огромных вычислительных ресурсов, и персональные компьютеры уже не компетентны.Нижний слой начинает предоставлять огромные базовые вычисления для служб приложений, что является фундаментальной причиной появления распределенных операционных систем. Если вы обратитесь к закону Белла: «Новый тип операционной системы будет появляться в мире примерно каждые 10 лет или около того». Теперь, с развитием времени и изменениями в бизнес-требованиях, появление нового типа операционной системы стало неизбежным: эра распределенных операционных систем.
В настоящее время нам нужна распределенная операционная система в основном по следующим причинам:
Повышение производительности: распределенная операционная система может распределять вычислительные задачи на несколько узлов для выполнения, тем самым улучшая вычислительную мощность системы. Особенно в области крупномасштабной обработки данных и высокопроизводительных вычислений преимущества распределенных операционных систем более очевидны.
Повышение масштабируемости. Распределенная операционная система может динамически увеличивать или уменьшать количество узлов в соответствии с требованиями для удовлетворения требований расширения системы. Это делает систему более гибкой и способной адаптироваться к изменяющимся рабочим нагрузкам.
Повышение отказоустойчивости: распределенная операционная система обладает высокой отказоустойчивостью и может автоматически восстанавливаться при сбое узла. Это очень важно для критически важных для бизнеса систем и может обеспечить стабильную работу системы.
Улучшение использования ресурсов: распределенные операционные системы могут эффективно использовать аппаратные ресурсы в системе с помощью технологий планирования ресурсов и управления, чтобы избежать нерационального использования ресурсов. Это помогает снизить системные затраты и повысить окупаемость инвестиций.
Содействие технологическим инновациям: разработка распределенных операционных систем способствовала технологическим инновациям в области компьютерных наук. Многие новые технологии и методы, такие как облачные вычисления, большие данные и искусственный интеллект, разрабатываются на базе распределенных операционных систем.
Подводя итог, можно сказать, что распределенная операционная система — это компьютерная технология с широкими перспективами применения. С развитием Интернета, Интернета вещей, больших данных, искусственного интеллекта и других областей потребность в высокопроизводительных, высокодоступных и масштабируемых вычислительных системах становится все более актуальной, и распределенные операционные системы станут важной частью будущих компьютерных систем.