7.1. Введение

Сетевой администратор (Net) расширяет возможности операционной системы QNX в части передачи сообщений по сети.

Взаимодействуя непосредственно с ядром, Сетевой администратор расширяет возможности IPC, реализованные в системе QNX на основе передачи сообщений, обеспечивая эффективный обмен с удаленными машинами. Кроме того, Сетевой администратор обеспечивает:

• увеличение пропускной способности посредством баллансировки нагрузки;
• отказоустойчивость посредством избыточной связности.

7.2. Область действия Сетевого администратора

Нет необходимости включать Сетевой администратор в состав операционной системы. В любое время он может быть запущен или снят с выполнения для обеспечения или отказа от работы в сети.

Запуск Сетевого администратора регистрируется Администратором процессов и ядром. При этом они активируют свой программный код для обеспечения интерфейса с Сетевым администратором. Таким образом, сетевая передача сообщений и создание удаленных процессов является не только уровнем, добавляемым к операционной системе. Сетевая передача сообщений встроена в основу механизма передачи сообщений и примитивов управления процессами.

Эта глубокая интеграция на самом нижнем уровне обеспечивает системе QNX сетевую прозрачность и позволяет отнести ее к классу полностью распределенных систем. Поскольку приложения получают доступ ко всем обслуживающим программам посредством сообщений и Сетевой администратор обеспечивает прозрачное прохождение сообщений по сети, то узлы сети QNX работают вместе, как единый логический компьютер.

Ядро и Администратор процессов взаимодействуют с Сетевым администратором через специальную неблокирующую очередь в памяти. Фактически эта очередь представляет собой список передач, которые должен выполнить Сетевой администратор. Элементы очереди содержат всю информацию для конкретных операций (например, Send(), Reply(), создание виртуального канала, передача сигнала на другой узел и т.д.).

Другим ресурсом, который использует операционная система для обеспечения прозрачной передачи сообщений, является буфер виртуального канала. При создании виртуального канала этому буферу выделяется память для хранения в нем данных в течение всего времени передачи их на другой узел.

На рис.26 представлены потоки данных и управляющих воздействий при передаче сообщений удаленным узлам.

Процесс выдает Send() или Reply() удаленному узлу Рис. 26

В случае выдачи Send() или Reply() на удаленный узел, происходят следующие действия:

1. Процесс вызывает функции Send() или Reply(), после чего ядро копирует данные из адресного пространства процесса в буфер соответствующего виртуального канала (ВК), определенного функцией Send() или Reply();
2. Ядро ставит заявку в очередь к Сетевому администратору в порядке времени ее поступления, указывая в ней отправителя, удаленного получателя и указатели на данные в буфере виртуального канала. Если до этого очередь была пуста, то запускается proxy Cетевого администратора, оповещая его о том, что появилась работа;
3. Сетевой администратор принимает заявку из очереди;
4. Сетевой администратор начинает передачу по сети. Он отвечает за доставку.

В случае передачи сигнала или создании ВК заявку в очередь ставит не ядро, а Администратор процессов. При этом Сетевой администратор обеспечивает передачу информации по назначению таким же образом.

На рис. 27 представлены потоки данных и управляющих воздействий при приеме сообщений от удаленного узла.

Процесс принимает Send() или Reply() от удаленного узла. Рис. 27

Если удаленный узел послал сообщение так, как это было описано выше, то на узле, принимающем сообщение, будет происходить следующее:

1. По сети поступают данные;
2. Сетевой администратор копирует данные сообщения в соответствующий буфер виртуального канала;
3. Сетевой администратор оповещает ядро о завершении приема;
4. Ядро копирует данные из буфера виртуального канала в буфер процесса (предполагая, что он был RECEIVE- или REPLY-блокирован).

Подобно Администратору файловой системы и Администратору устройств, в состав Сетевого администратора не входят программы, управляющие работой конкретной аппаратуры. Эти функции реализуются драйверами сетевых карт. Сетевой администратор может поддерживать одновременно несколько сетевых драйверов. Обычно каждый драйвер поддерживает одну сетевую карту. Драйверы и карты могут быть одного или разных типов, например, два драйвера и две карты типа Ethernet или драйвер и карта типа Ethernet и драйвер и карта типа Arcnet.

Интерфейс между Сетевым администратором и драйверами реализуется посредством очередей в совместно используемой памяти. Этот интерфейс обеспечивает максимально возможную производительность. Драйверы реализуют соответствующий протокол сетевой среды.

Для разрешения указанной выше проблемы с физическими ID узлов каждому узлу QNX присваивается логический ID узла. Все процессы QNX работают с логическими ID узлов. Физические ID узлов скрыты для процессов, работающих в системе QNX.

Логические ID узлов упрощают лицензирование сетей и приложений. Кроме того, для отдельных утилит, выполняющих опрос узлов сети, эта процедура упрощается, благодаря использованию простого цикла, в котором логический ID узла изменяется от 1 до значения общего количества узлов.

Соответствие между логическими и физическими ID узлов устанавливается Сетевым администратором. Драйвер получает физический ID от Сетевого администратора при запуске его для передачи данных на другой узел. Логические ID узлов обычно принимают последовательные значения чисел, начиная с 1. Например, узлу, имеющему карту Ethernet, может быть присвоен логический ID узла, равный 2, который соответствует физическому ID узла, имеющему значение 00:00:C0:46:93:30.

Сетевой ID идентифицирует конкретную логическую сеть. Под логической сетью понимается любое аппаратное обеспечение, позволяющее сетевому драйверу напрямую установить связь с сетевым драйвером другого узла. В простейшем случае это может быть последовательный порт, а в самом сложном - сеть Ethernet с мостами .

На рис. 28 показано, что узел 7 имеет две сетевые карты, которые позволяют ему получить доступ к узлам логических сетей 1 и 2. Узлы 8 и 9 имеют по три сетевые карты, связывающие их с сетями 1, 2 и 3.

Обратите внимание на то, что каждый логический ID узла не один и тот же для всех трех логических сетей.

Идентификаторы логических сетей и узлов присваиваются администратором системы. Более подробно об этом см. "Network Installation" в User's Guide.

Пропускная способность сети определяется как бысродействием используемых в ней компьютеров, так и скоростью передачи данных, которую может обеспечить сетевое оборудование. Если компьютер выдает данные в сеть быстрее, чем сеть может принять их, то в этом случае общую пропускную способность сети ограничивает используемое сетевое оборудование. Например, два 486-х компьютера, соединенные по сети Arcnet будут ограничены предельной для этой сети скоростью передачи 2,5 Мбит/сек. Если поставить по две сетевые карты Arcnet в каждый компьютер и соединить их отдельными кабелями, то Сетевой администратор сможет передавать данные по двум сетям одновременно. При высокой нагрузке это позволит обеспечить производительность в два раза большую, чем производительность одной сети.

В том случае, когда узлы объединены двумя или более сетями, существует несколько путей для установления связи между узлами. В случае выхода из строя одной из сетевых карт, в результате которого передача данных по этой сети становится невозможной, Сетевой администратор автоматически перенаправляет весь поток данных по другой сети. Это выполняется "на лету", без вмешательства прикладного программного обеспечения, обеспечивая системе прозрачную сетевую отказоустойчивость. Кроме того, при использовании нескольких сетей с независимым кабельным соединением, система в целом будет защищена от случайного обрыва кабеля.

Можно создать систему-тандем, в которой две машины соединены высокоскоростной сетью, используемой для нормальной работы, и более дешевой низкоскоростной сетью (например, последовательным соединением), которая остается в резерве. В случае выхода из строя первой сети передача данных не прервется, хотя пропускная способность системы, естественно, понизится.