Węzeł bezdyskowy - Diskless node

Bezdyskowa stacja robocza Sun-2/50 z serii Sun-2

Węzeł bezdyskowy (lub bezdyskowym ) to stacja robocza lub komputer osobisty bez dysków , która zatrudnia uruchamianie sieci , aby załadować swój system operacyjny z serwera . (Można również powiedzieć, że komputer działa jako węzeł bezdyskowy , jeśli jego dyski są nieużywane i używany jest rozruch sieciowy).

Węzły bezdyskowe (lub komputery działające jako takie) są czasami nazywane komputerami sieciowymi lub klientami hybrydowymi . Klient hybrydowy może albo po prostu oznaczać węzeł bezdyskowy, albo może być używany w bardziej szczególnym sensie na oznaczenie węzła bezdyskowego, który zdalnie uruchamia niektóre , ale nie wszystkie aplikacje , jak w architekturze obliczeniowej cienkiego klienta .

Zalety węzłów bezdyskowych mogą obejmować niższe koszty produkcji, niższe koszty eksploatacji, cichszą pracę i zalety w zakresie zarządzania (na przykład centralnie zarządzana instalacja oprogramowania).

Na wielu uniwersytetach iw niektórych dużych organizacjach komputery osobiste są używane w podobnej konfiguracji, przy czym niektóre lub wszystkie aplikacje są przechowywane zdalnie, ale wykonywane lokalnie - znowu ze względu na łatwość zarządzania. Jednak nie są to węzły bezdyskowe, jeśli nadal uruchamiają się z lokalnego dysku twardego .

Rozróżnienie węzłów bezdyskowych i scentralizowanego przetwarzania danych

Węzły bezdyskowe przetwarzają dane , wykorzystując w ten sposób własny procesor i pamięć RAM do uruchamiania oprogramowania , ale nie przechowują danych w sposób trwały - zadanie to jest przekazywane na serwer. Różni się to od terminali klienckich , w których wszystkie istotne operacje przetwarzania odbywają się zdalnie, na serwerze - jedynym oprogramowaniem działającym na cienkim kliencie jest „cienkie” (tj. Stosunkowo małe i proste) oprogramowanie klienckie, które obsługuje proste zadania wejścia / wyjścia komunikować się z użytkownikiem, na przykład rysować okno dialogowe na ekranie lub czekać na wprowadzenie danych przez użytkownika.

Terminem zbiorczym obejmującym zarówno przetwarzanie typu „cienki klient”, jak i jego technologicznego poprzednika, terminale tekstowe (które są wyłącznie tekstowe), jest scentralizowane przetwarzanie danych . Zarówno klienci uproszczeni, jak i terminale tekstowe mogą wymagać potężnych centralnych urządzeń przetwarzania na serwerach, aby wykonywać wszystkie istotne zadania przetwarzania dla wszystkich klientów.

Węzły bezdyskowe mogą być postrzegane jako kompromis między grubymi klientami (takimi jak zwykłe komputery osobiste) a scentralizowanymi komputerami, wykorzystującymi centralną pamięć masową w celu zwiększenia wydajności, ale niewymagający scentralizowanego przetwarzania i efektywnie wykorzystujący potężną moc obliczeniową nawet najwolniejszych współczesnych procesorów , który miałby tendencję do pozostawania bezczynnie przez większość czasu w scentralizowanym modelu obliczeniowym.

Zasady działania

System operacyjny (OS) dla węzła bezdyskowego jest ładowany z serwera przy użyciu rozruchu sieciowego . W niektórych przypadkach do zainicjowania procesu ładowania można użyć pamięci wymiennej, takiej jak dysk flash USB lub inny nośnik startowy, taki jak dyskietka, dysk CD lub DVD. Jednak oprogramowanie układowe wielu nowoczesnych komputerów można skonfigurować tak, aby zlokalizowało serwer i automatycznie rozpoczęło proces uruchamiania, bez konieczności wkładania nośnika startowego.

Carry-I książka wielkości stacja LAN był system wczesnego bezdyskowy na podstawie 80286 Intel procesor wyprodukowany przez tajwańskiego Flytech Technologii circa 1991.

W przypadku automatycznego uruchamiania sieciowego protokoły sieciowe Preboot Execution Environment (PXE) lub Bootstrap Protocol (BOOTP) są powszechnie używane do znajdowania serwera z plikami do rozruchu urządzenia. Standardowe pełnowymiarowe komputery stacjonarne można w ten sposób uruchamiać z sieci za pomocą dodatkowej karty sieciowej zawierającej rozruchową pamięć ROM UNDI . Bezdyskowa Uruchomienie przez sieć jest zwykle wbudowany cechą komputerów stacjonarnych i laptopów przeznaczonych do użytku służbowego, ponieważ może on być stosowany na standardowym komputerze inaczej tarczy uruchamiany zdalnie uruchomić diagnostykę, aby zainstalować oprogramowanie, lub zastosować obraz dysku do lokalny dysk twardy.

Po zainicjowaniu procesu ładowania początkowego, jak opisano powyżej, ładowanie początkowe odbędzie się zgodnie z jednym z trzech głównych podejść.

• W pierwszym podejściu (używanym na przykład przez Linux Terminal Server Project ) jądro jest ładowane do pamięci, a następnie reszta systemu operacyjnego jest dostępna za pośrednictwem połączenia sieciowego systemu plików z serwerem. ( Można utworzyć mały dysk RAM w celu lokalnego przechowywania plików tymczasowych). Takie podejście jest czasami nazywane techniką „ rootowania NFS ”, gdy jest używane z systemami operacyjnymi klienta Linux lub Unix.
• W drugim podejściu ładowane jest jądro systemu operacyjnego, a część pamięci systemu jest konfigurowana jako duży dysk RAM, a pozostała część obrazu systemu operacyjnego jest pobierana i ładowana na dysk RAM. Jest to implementacja wybrana przez firmę Microsoft dla funkcji zdalnego rozruchu systemu Windows XP Embedded .
• W trzecim podejściu operacje na dyskach są zwirtualizowane i faktycznie są tłumaczone na protokół sieciowy. Dane, które są zwykle przechowywane na dysku, są następnie przechowywane w plikach dysków wirtualnych umieszczonych na serwerze. Operacje dyskowe, takie jak żądania odczytu / zapisu sektorów dysku, są tłumaczone na odpowiednie żądania sieciowe i przetwarzane przez usługę lub demona działające po stronie serwera. Jest to implementacja używana przez Neoware Image Manager, Ardence, VHD i różne produkty „boot over iSCSI”. To trzecie podejście różni się od pierwszego, ponieważ zdalne nie jest systemem plików, ale w rzeczywistości urządzeniem dyskowym (lub urządzeniem surowym ), a system operacyjny klienta nie jest świadomy tego, że nie działa z dysku twardego. Dlatego to podejście jest czasami nazywane „ wirtualnym dyskiem twardym ” lub „sieciowym dyskiem wirtualnym”.

Bezdyskowe węzły systemu Windows

Operacje zdalnego rozruchu obsługiwane przez systemy Windows 3.xi Windows 95 OSR1, z serwerów NetWare, serwerów Windows NT, a nawet serwerów DEC Pathworks .

Zewnętrzni dostawcy oprogramowania, tacy jak Qualystem (przejęty przez Neoware ), LanWorks (przejęty przez 3Com ), Ardence (przejęty przez Citrix ), APCT i Xtreamining Technology opracowali i wprowadzili na rynek oprogramowanie przeznaczone do zdalnego uruchamiania nowszych wersji linii produktów Windows : Windows 95 OSR2 i Windows 98 były obsługiwane przez Qualystem i Lanworks, Windows NT był obsługiwany przez APCT i Ardence (zwane wówczas VenturCom), a Windows 2000 / XP / 2003 / Vista / Windows 7 są obsługiwane przez firmę Hewlett Packard (która nabyła Neoware która wcześniej przejęła Qualystem) i Citrix Systems (która przejęła Ardence ).

Porównanie z grubymi klientami

Instalacja i konserwacja oprogramowania

Przy zasadniczo jednym obrazie systemu operacyjnego dla szeregu maszyn (być może z pewnymi dostosowaniami dla różnic w konfiguracjach sprzętowych między węzłami), instalowanie oprogramowania i utrzymywanie zainstalowanego oprogramowania może być bardziej wydajne. Co więcej, wszelkie zmiany systemowe dokonane podczas pracy (spowodowane działaniami użytkownika, robakami, wirusami itp.) Mogą zostać wymazane po odłączeniu zasilania (jeśli obraz jest kopiowany na lokalny dysk RAM), na przykład wbudowany zdalny rozruch systemu Windows XP lub całkowicie zabronione (jeśli obraz jest sieciowym systemem plików). Pozwala to na użycie w miejscach publicznych (takich jak biblioteki ) lub w szkołach itp., Gdzie użytkownicy mogą chcieć eksperymentować lub próbować „zhakować” system.

Jednak nie jest konieczne wdrażanie rozruchu sieciowego, aby osiągnąć żadną z powyższych zalet - zwykłe komputery PC (za pomocą odpowiedniego oprogramowania) można skonfigurować tak, aby pobierały i ponownie instalowały swoje systemy operacyjne (np. W trybie nocnym), z dodatkową pracą w porównaniu do korzystania z obrazu dysku współdzielonego, który uruchamia się bezdyskowo.

Nowoczesne węzły bezdyskowe mogą współdzielić ten sam obraz dysku, używając relacji 1: N (1 obraz dysku używany jednocześnie przez N węzłów bezdyskowych). To sprawia, że ​​instalacja i konserwacja aplikacji jest bardzo łatwa: Administrator musi zainstalować lub obsługiwać aplikację tylko raz, a klienci mogą pobrać nową aplikację zaraz po uruchomieniu zaktualizowanego obrazu. Udostępnianie obrazu dysku jest możliwe, ponieważ korzystają z pamięci podręcznej zapisu: żaden klient nie konkuruje o zapisywanie w obrazie dysku współużytkowanego, ponieważ każdy klient zapisuje w swojej własnej pamięci podręcznej.

Wszystkie nowoczesne systemy węzłów bezdyskowych mogą również używać relacji klient-obraz dysku 1: 1, w której jeden klient „posiada” jeden obraz dysku i zapisuje bezpośrednio na tym obrazie dysku. Wtedy nie jest używana pamięć podręczna zapisu.

Dokonywanie modyfikacji w obrazie dysku współdzielonego jest zwykle wykonywane w ten sposób:

1. Administrator tworzy kopię udostępnionego obrazu dysku, który chce zaktualizować (można to łatwo zrobić, ponieważ plik obrazu dysku jest otwierany tylko do odczytu)
2. Administrator uruchamia węzeł bezdyskowy w trybie 1: 1 (tryb niewspółdzielony) z kopii właśnie utworzonego obrazu dysku
3. Administrator wprowadza dowolne modyfikacje w obrazie dysku (np. Instaluje nowe oprogramowanie, stosuje poprawki lub poprawki)
4. Administrator zamyka bezdyskowy węzeł, który korzystał z obrazu dysku w trybie 1: 1
5. Administrator udostępnia zmodyfikowany obraz dysku
6. Węzły bezdyskowe używają współdzielonego obrazu dysku (1: N) zaraz po ponownym uruchomieniu.

Scentralizowana pamięć masowa

Korzystanie z centralnej pamięci dyskowej umożliwia również bardziej efektywne wykorzystanie pamięci dyskowej. Może to obniżyć koszty pamięci masowej, uwalniając kapitał na inwestycje w bardziej niezawodne, nowoczesne technologie pamięci masowej, takie jak macierze RAID obsługujące nadmiarowość oraz sieci pamięci masowej, które umożliwiają dodawanie pamięci masowej bez żadnych zakłóceń. Co więcej, oznacza to, że straty dysków w wyniku awarii mechanicznej lub elektrycznej - które są statystycznie wysoce prawdopodobnymi zdarzeniami na przestrzeni lat, z dużą liczbą zaangażowanych dysków - są często mniej prawdopodobne (ponieważ zazwyczaj jest mniej dysków) które mogą zawieść) i rzadziej spowodują przerwanie (ponieważ prawdopodobnie będą częścią macierzy RAID). Oznacza to również, że same węzły są mniej narażone na awarie sprzętu niż grubi klienci .

Węzły bezdyskowe dzielą te zalety z cienkimi klientami .

Wydajność scentralizowanej pamięci masowej

Jednak ta wydajność przechowywania może mieć swoją cenę. Jak to często bywa w komputerach, zwiększona wydajność pamięci masowej czasami odbywa się kosztem zmniejszonej wydajności.

Duża liczba węzłów wymagających jednoczesnego korzystania z tego samego serwera może spowolnić działanie wszystkich użytkowników. Można to jednak złagodzić, instalując duże ilości pamięci RAM na serwerze (co przyspiesza operacje odczytu poprzez poprawę wydajności buforowania ), dodając więcej serwerów (które rozkładają obciążenie we / wy) lub dodając więcej dysków do macierzy RAID (który rozkłada fizyczne obciążenie we / wy). W każdym razie jest to również problem, który może w pewnym stopniu wpływać na każdą sieć klient-serwer, ponieważ oczywiście grubi klienci również używają serwerów do przechowywania danych użytkowników.

Rzeczywiście, dane użytkownika mogą mieć znacznie większy rozmiar i mogą być dostępne znacznie częściej niż systemy operacyjne i programy w niektórych środowiskach, więc przejście do modelu bezdyskowego niekoniecznie spowoduje zauważalne pogorszenie wydajności.

Większa przepustowość sieci (tj. Pojemność) będzie również używana w modelu bezdyskowym, w porównaniu z grubym modelem klienta. Nie musi to koniecznie oznaczać, że trzeba będzie zainstalować infrastrukturę sieciową o większej przepustowości - może to po prostu oznaczać, że zostanie wykorzystana większa część istniejącej przepustowości sieci.

Wreszcie, połączenie opóźnień transferu danych w sieci (fizyczny transfer danych przez sieć) i opóźnień rywalizacji (oczekiwanie, aż serwer przetworzy żądania innych węzłów przed twoimi) może prowadzić do niedopuszczalnego pogorszenia wydajności w porównaniu z używaniem dysków lokalnych, w zależności od o charakterze aplikacji i możliwościach infrastruktury sieciowej i serwera.

Inne zalety

Innym przykładem sytuacji, w której węzeł bezdyskowy byłby przydatny, jest potencjalnie niebezpieczne środowisko, w którym komputery mogą zostać uszkodzone lub zniszczone, co powoduje, że potrzeba niedrogich węzłów i minimalnego sprzętu jest korzystna. Ponownie, można tutaj również użyć cienkich klientów.

Maszyny bezdyskowe mogą również zużywać mało energii i generować niewielki hałas, co oznacza potencjalne korzyści dla środowiska i sprawia, że ​​idealnie nadają się do niektórych zastosowań klastrów komputerowych .

Porównanie z cienkimi klientami

Duże korporacje mają tendencję do wdrażania cienkich klientów (przy użyciu Microsoft Windows Terminal Server lub innego podobnego oprogramowania), ponieważ dla klienta może być używany sprzęt o znacznie niższej specyfikacji (który zasadniczo działa jako proste „okno” na serwer centralny, na którym faktycznie działa system operacyjny użytkowników jako sesja logowania ). Oczywiście węzły bezdyskowe mogą być również używane jako cienki klient. Co więcej, komputery klienckie zubożone zyskują na sile do tego stopnia, że ​​stają się one pełnoprawnymi bezdyskowymi stacjami roboczymi do niektórych zastosowań.

Zarówno w architekturze cienkiego klienta, jak i bezdyskowej, klienci korzystają z klientów bezdyskowych, które mają przewagę nad grubymi klientami (patrz wyżej), ale różnią się lokalizacją przetwarzania.

Zalety węzłów bezdyskowych w porównaniu z cienkimi klientami

• Rozłożeniu obciążenia Przetwarzanie obciążenia bezdyskowych węzłów rozdzielone. Każdy użytkownik otrzymuje własne, izolowane środowisko przetwarzania, które prawie nie wpływa na innych użytkowników w sieci, o ile ich obciążenie nie jest intensywne dla systemu plików. Zubożeni klienci polegają na centralnym serwerze do przetwarzania i dlatego wymagają szybkiego serwera. Gdy serwer centralny jest zajęty i wolny, wpłynie to na oba rodzaje klientów, ale cienkie klienty będą całkowicie spowolnione, podczas gdy węzły bezdyskowe będą spowolnione tylko podczas uzyskiwania dostępu do danych na serwerze.
• Lepsza wydajność multimediów . Węzły bezdyskowe mają przewagę nad cienkimi klientami w aplikacjach bogatych w multimedia , które wymagałyby dużej przepustowości, gdyby były w pełni obsługiwane. Na przykład węzły bezdyskowe dobrze nadają się do gier wideo, ponieważ renderowanie jest lokalne, co zmniejsza opóźnienie.
• Obsługa urządzeń peryferyjnych Węzły bezdyskowe to zwykle zwykłe komputery osobiste lub stacje robocze bez dostarczonych dysków twardych, co oznacza, że można do nich dodać zwykle dużą różnorodność urządzeń peryferyjnych . Z kolei cienkie klienty to zazwyczaj bardzo małe, uszczelnione pudełka, bez możliwości wewnętrznej rozbudowy i ograniczonej lub nieistniejącej możliwości rozbudowy zewnętrznej. Nawet jeśli np. Urządzenie USB może być fizycznie podłączone do cienkiego klienta, oprogramowanie zubożonego klienta może nie obsługiwać urządzeń peryferyjnych poza podstawowymi urządzeniami wejściowymi i wyjściowymi - na przykład może nie być zgodne z tabletami graficznymi , aparatami cyfrowymi lub skanerami .

Zalety cienkich klientów w porównaniu z węzłami bezdyskowymi

• Sprzęt jest tańszy na cienkich klientów, ponieważ przetwarzanie wymagania dotyczące klienta są minimalne, a akceleracja 3D i rozbudowane wsparcie audio nie są zwykle świadczone. Oczywiście węzeł bezdyskowy można również kupić z tanim procesorem i minimalną obsługą multimediów, jeśli jest to odpowiednie. W związku z tym oszczędności kosztów mogą być mniejsze, niż się początkowo wydawały w przypadku niektórych organizacji. Jednak wiele dużych organizacji zwykle kupuje sprzęt o specyfikacji wyższej niż jest to konieczne, aby spełnić potrzeby określonych aplikacji i zastosowań lub zapewnić ochronę w przyszłości (patrz następny punkt) . Istnieją również mniej „racjonalne” powody przemawiania za zbytnim określaniem sprzętu, które dość często wchodzą w grę: departamenty marnotrawnie wykorzystują budżety, aby utrzymać obecny poziom budżetu na przyszły rok; oraz niepewność co do przyszłości, brak wiedzy technicznej lub brak staranności i uwagi przy wyborze specyfikacji komputera. Biorąc pod uwagę wszystkie te czynniki, klienty uproszczone mogą przynieść największe oszczędności, ponieważ tylko serwery będą prawdopodobnie w znacznym stopniu „pozłacane” i / lub „zabezpieczone na przyszłość” w modelu cienkiego klienta.
• Przyszłościowe zabezpieczenie nie stanowi większego problemu dla cienkich klientów, które prawdopodobnie pozostaną przydatne przez cały cykl wymiany - od jednego do czterech lat, a nawet dłużej - ponieważ obciążenie spoczywa na serwerach. W przypadku węzłów bezdyskowych występują problemy, ponieważ obciążenie przetwarzania jest potencjalnie znacznie większe, co oznacza, że ​​przy zakupie wymagana jest większa uwaga. Cienkie sieci klienckie mogą w przyszłości wymagać znacznie mocniejszych serwerów, podczas gdy sieć bezdyskowych węzłów może w przyszłości wymagać modernizacji serwera, klienta lub obu.
• Cienkie sieci klienckie mają potencjalnie mniejsze zużycie przepustowości sieci , ponieważ wiele danych jest po prostu odczytywanych przez serwer i tam przetwarzanych, a następnie przesyłanych do klienta w małych kawałkach, gdy są potrzebne do wyświetlenia. Ponadto przesyłanie danych graficznych na wyświetlacz jest zwykle bardziej odpowiednie dla wydajnych technologii kompresji i optymalizacji danych (patrz np. Technologia NX ) niż przesyłanie dowolnych programów lub danych użytkownika. W wielu typowych scenariuszach aplikacji zarówno całkowite zużycie przepustowości, jak i zużycie „seryjne” byłyby mniejsze w przypadku wydajnego klienta uproszczonego niż w przypadku węzła bezdyskowego.

Zobacz też

• Cienki klient
• Sieciowe urządzenie blokowe
• Bezdyskowy rozruch zdalny w systemie Linux
• Środowisko wykonawcze przed uruchomieniem

Uwagi

Bibliografia

• Maroney, Tim (1987). „Serwery plików a serwery dyskowe” . MacTech . 3 (4). Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2006-04-28 . Źródło 2007-07-23 .
• 1989: Licencja naukowa w dziedzinie technologii. Politechnika Helsińska , Wydział Elektrotechniki. Hannu H. Kari: „Bezdyskowe stacje robocze w sieci lokalnej ”.
• Foster, Louis A .; Hughes, Noramn L. (1991). „Urzeczywistnianie plików za pomocą dysku wirtualnego” (PDF) . Wymagamy rejestracji.
• Flaherty, James; Abrahams, Alan. US 5146568   . 1992. Zdalne ładowanie węzła przez łącze komunikacyjne przez początkowe żądanie programu zdalnego dostępu do pamięci masowej, który emuluje dysk lokalny w celu załadowania innych programów.
• 1993: Architektura stacji roboczej do obsługi multimediów autorstwa Marka Davida Haytera [1]
• Abdous, Arave; Demortain, Stephane; Dalongvile, Didier. US 5,577,210   . 1992. Zdalne uruchamianie systemu operacyjnego przez sieć.
• Lee, Edward K .; Thekkath, Chandramohan A. (1996). Płatek: rozproszone dyski wirtualne (PDF) . VII Międzynarodowa Konferencja Wsparcia Architektonicznego Języków Programowania i Systemów Operacyjnych.
• 1996: Wsparcie systemów operacyjnych dla Desk Area Network przez Iana Leslie i Dereka McAuley (plik postscriptowy) [2]
• 2004: Zarządzanie bezdyskowymi stacjami Windows 2000 i XP z serwera Linux [3]

Linki zewnętrzne

• Strona główna Network Block Device http://nbd.sourceforge.net/