DE4035565A1 - Vernetztes system - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein vernetztes System zum Verarbeiten von Daten unter Verwendung mehrerer Prozessoren, mit mehreren Terminals und den Terminals zugeordneten Rechnern.

Derartige vernetzte Systeme mit mehreren Prozessoren (Multipro­ zesssorsystem) umfassen pro Arbeitsplatz bzw. Terminal herkömm­ licherweise einen Prozessor des Typs "Intel 286", teilweise einen Prozessor des Typs "Intel 386".

Während die Kapazität eines solchen herkömmlichen Systems zum Editieren und Testen von Programmen noch ausreicht bzw. die dafür erforderliche Rechenzeit akzeptabel ist, ist es beispiels­ weise im Hinblick auf das Kompilieren und Linken zu langsam.

Eine Verkürzung der Rechenzeit könnte dadurch erreicht werden, daß alle Terminals bzw. Rechner mit Prozessoren des Typs "Intel 486" ausgestattet werden. Diese Lösung ist aber zu teuer.

Ferner hat das Compilieren und Linken im Vergleich zum Editieren und Testen einen sehr geringen Anteil am Gesamtbetrieb des Systems. Die so "verbesserten" Terminals bzw. Rechner wären demnach im Hinblick auf ihre Fähigkeit nur zum Teil bzw. nur zeitweise voll ausgenutzt. Sie wären überdimensioniert.

Ein häufig beschrittener Weg zur Überwindung der oben darge­ stellten Probleme mit der Rechenzeit zum Compilieren und Linken besteht darin, einen Host-Rechner einzusetzen, mit dem dann die Terminals bzw. Rechner in Form einer Emulation arbeiten können.

Sind bei einer solchen Host-Lösung jedoch mehrere Arbeitsplätze vorgesehen, treten auch bei diesem System zu lange Wartezeiten auf, weil der Host die einzelnen Aufträge von den Emulationsterminals nicht alle gleichzeitig ausführen kann.

Darüber hinaus besteht auch hier das Problem, daß der Host üblicherweise nicht - seiner eigentlichen Kapazität entsprechend - ausgelastet ist.

Darüber hinaus kann ein solches Host-System nicht beliebig ausgebaut werden, weil der Host-Rechner eine feste Kapazität hat und damit eine Maximalzahl für die Emulations-Terminals vorgibt.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, das beispielsweise auch beim Compilieren und Linken schnell genug ist, ohne, gemessen an den Anforderungen, überdimensioniert zu sein, und das ausgebaut werden kann.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem System der o.g. Art durch mehrere Service-Rechner, die ein schnelles Kompi­ lieren, Linken und dergleichen erlauben und auf die alle Terminals bzw. Rechner des Systems Zugriff haben, und einen Job-Server gelöst, der direkt oder indirekt mit den Terminals bzw. den Rechnern sowie mit den Service-Rechnern verbunden ist, zum Verteilen von Aufträgen von den Terminals bzw. Rechnern an die Service-Rechner.

Die Terminals bzw. Rechner teilen sich somit die Service- Rechner. Ein solches Rechner-"Shearing" ist möglich, obwohl mehrere Compilierungen oder Linkings gleichzeitig erfolgen sollen. Steigt die Wahrscheinlichkeit solcher "Kollisionen" wegen der großen Zahl der miteinander vernetzten Terminals bzw. Rechner, sind entsprechend mehr Service-Rechner vorzusehen.

Ein Compilieren und Linken (im Auftrag der einzelnen Terminals bzw. Rechner) ist in angemessener Zeit möglich. Die Auslastung der (kostspieligen) Service-Rechner ist erhöht, kann sogar durch entsprechende Auslegung optimiert werden, wodurch die Kosten minimiert sind.

Es ist nicht nötig, teure Spezial-Hardware (beispielsweise im Hinblick auf Host-Rechner) einzusetzen.

Das Netzwerk kann jederzeit erweitert werden, indem mehr Service-Rechner vorgesehen werden.

Da nur "Standard-Elemente" eingesetzt werden, kann zur Software- Entwicklung jeder handelsübliche Compiler Verwendung finden.

Durch den Einsatz von leistungsfähigen PCs als Service-Rechner kann die Rechenleistung nahezu beliebig gesteigert werden, und zwar zu kalkulierbaren Kosten.

Insgesamt kann gesagt werden, daß durch die Erfindung ein Multi­ prozessor-System unter MS-DOS realisiert wird, wenn ein "Novell- Netzwerk" Verwendung findet und das Gesamtsystem als eine "organische" Einheit, und nicht als Ansammlung einzelner Daten­ verarbeitungsgeräte angesehen wird, wobei die einzelnen Aufgaben bzw. Teilaufgaben (optimal) auf die einzelnen Elemente verteilt werden.

Es kann somit mit normalen MS-DOS-Rechnern in Verbindung mit dem relativ weit verbreiteten Novell-Netzwerk kostengünstig und mit hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit parallel auf einem Terminal gearbeitet werden.

Dabei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß zur weiteren Steigerung der Leistungsfähigkeit des Systems die Service Rechner dazu ausgelegt sind, Batch-Läufe und größere Applikationen auszuführen.

Die Service-Rechner sind erfindungsgemäß beispielsweise mit einem Prozessor vom Typ "Intel 386" oder "Intel 486" ausgerüstet. Selbstverständlich können auch andere Prozessoren eingesetzt werden; z.B Prozessoren aus der "68-er Familie" Zur weiteren Optimierung des Systems kann erfindungsgemäß ferner Vorgesehen sein, daß der Job-Server die Verteilung der einzelnen Aufträge von den Terminals bzw. Rechnern entsprechend vorge­ gebenen Prioritäten vornehmen kann.

Die Service-Rechner müssen nicht unbedingt separate Rechner sein. Vielmehr kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, daß mindestens ein Service-Rechner mit einem Rechner eine Einheit bildet.

Dies ist beispielsweise durch den Einsatz eines multitasking­ fähigen Betriebssystems (OS/2) möglich.

Durch diese Konfiguration entsteht dann ein System, bei dem die Rechenleistung aller im Netz angeschlossenen Rechner (bzw. aller Service-Rechner) optimal verteilt und von allen Benutzern ausgenutzt werden kann.

Zur Vereinfachung des Verteilens von Aufträgen von den Terminals bzw. Rechnern und der Rückübermittlung an die Terminals bzw. Rechner ist erfindungsgemäß bevorzugt, daß die Terminals bzw. Rechner der Job-Server und die Service-Rechner in (logischer) Stern-Form miteinander verschaltet sind. Die physikalische Verschaltung der Einzelelemente kann in beliebiger Form (z. B. Ring) realisiert sein.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung mit weite­ ren Einzelheiten näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch ein vernetztes System nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Zeichnung zeigt drei Terminals bzw. Rechner 1, 2 und 3, die beispielsweise mit ARCNet mit einem File-Server 10 vernetzt sind. Dieses Teilnetz ist beispielsweise mittels einer FDDI- Karte mit einem Job-Server 20 verbunden, der seinerseits mit Service-Rechnern 31, 32 und 33 vernetzt ist.

Ferner ist ein Universaltreiber TRA bzw. TRS vorgesehen (nicht gezeigt). Der Universaltreiber dient der Auftragsverteilung. Es werden Befehle verarbeitet, die ähnlich einer Batch-Datei sind und in der Datei TRS.INF zusammengefaßt sind.

Der Vorteil bei diesem Treiber besteht darin, daß alle Batch­ Aufrufe in der Datei TRS/.INF stehen, wo sie leicht erweitert, modifiziert und gepflegt werden können.

Im folgenden ist die Betriebsweise des Systems erläutert.

Über die Kommando-Oberfläche können beliebige Befehle eingegeben werden. Sie gleicht in der Bedienung der normalen DOS-Shel. Wird den Befehlen das Schlüsselwort "JOB" vorangestellt, werden die Befehle nicht lokal, d. h. in dem Auftragsrechner ausgeführt, sondern als Auftrag an den Job-Server 20 übergeben. Die Erledigung eines Auftrages wird jeweils bestätigt.

Es können nicht nur Compiler und Batch-Läufe ausgelagert werden. Auch Applikationen können dieses Prinzip nutzten, indem sie arbeitsintensive Programmteile auslagern und von den Service- Rechnern 31, 32 und 33 bearbeiten lassen. Die Ergebnisse werden bei kleinen Datenmengen bis 526 Byte pro Job direkt zurückgeliefert. Größere Datenmengen gelangen per Datei zurück.

Ein Auftraggeber kann gleichzeitig beliebig viele Jobs abschicken. Die Auftraggeber können sich während der Bearbeitung im Service-Rechner anderen Aufgaben widmen. Die Bearbeitungszeit hängt dann nur noch von der Anzahl und Leistung der eingesetzten Service-Rechner ab und dürfte eher finanzielle als technische Grenzen erreichen.

Im folgenden sei angenommen, daß die drei Service-Rechner 31, 32 und 33 eingeloggt und z. Zt. ohne Auftrag sind. Wird jetzt ein Auftrag von einem der Rechner 1, 2 und 3 vergeben, übernimmt derjenige Service-Rechner den Auftrag, der zuerst eingeloggt wurde.

Wird ein zweiter Auftrag vergeben, bevor der erste abgearbeitet worden ist, wird dieser zweite Auftrag von demjenigen Service- Rechner übernommen, der als zweiter eingeloggt worden war.

Wird ein weiterer Auftrag vergeben, nachdem die beiden anderen Aufträge abgearbeitet worden sind, übernimmt diesen wieder der erste Service-Rechner.

Sind alle Service-Rechner belegt, wird ein anstehender Auftrag an denjenigen Service-Rechner übergeben, der sich als erster zurückmeldet.

Aus der obigen Beschreibung wird klar, daß zur optimalen Aus­ nutzung der vorhandenen Service-Rechner 31, 32, 33, das Ein­ loggen in der Reihenfolge ihrer Leistungsfähigkeit erfolgen sollte. Diese Reihenfolge bleibt während der gesamten Betriebs­ zeit des Job-Servers 20 bestehen. Wird während des Betriebes des Job-Servers 20 beispielsweise der als erster eingeloggte Service-Rechner 32 herausgenommen, erhält der als zweiter einge­ loggte Service-Rechner die erste Position. Wird der als erster eingeloggte Service-Rechner 31 dann nach einer Zeitspanne wieder eingeloggt, nimmt er wieder seine ursprüngliche Position in der Reihenfolge ein.

Zur weiteren Erläuterung sei im folgenden angenommen, daß von dem ersten Rechner 1 fünf Aufträge (A1 bis A5), von dem zweiten Rechner 2 zwei Aufträge (B1 und B2) und von dem dritten Rechner 3 ein Auftrag (C1) an den Job-Server 20 gegeben werden. Es seien in diesem Fall nur die Service-Rechner 31 und 32 einge­ loggt.

In diesem Fall ergibt sich folgende Reihenfolge der Bearbeitung:

Service-Rechner 31: A1--C1--B2--A4--

Service-Rechner 32: B1--A2--A3--A5--

Die vorgenannte Reihenfolge ergibt sich selbstverständlich nur dann, wenn alle Aufträge exakt dieselbe Ausführungszeit benötigen.

Bei unterschiedlichen Ausführungszeiten ergäbe sich beispiels­ weise folgende Reihenfolge:

Service-Rechner 31: A1--C1--B2----A4--

Service-Rechner 32: B1----A2--A3--A5--

Das Zeitverhalten des Systems wird von der Anzahl der Leistungs­ fähigkeit der Service-Rechner bestimmt.

Die Leistung des Job-Servers wirkt sich dahingegen eher gering­ fügig auf die Gesamtleistung aus. Der Job-Server führt während der Laufzeit keine Dateizugriffe aus. Er empfängt via IPX/SPX- Protokoll Datenpakete, verarbeitet diese im Hauptspeicher und sendet sie weiter. In Systemen mit geringen Auftragsdurchsatz oder langen Ausführungszeiten der einzelnen Aufträge wird der Job-Server kaum belastet.

Seine Belastung steigt jedoch mit der Anzahl der Verarbeitungs­ schritte pro Zeiteinheit. Verarbeitungsschritte sind zum einen das Annehmen eines Auftrages, zum anderen das Zurückmelden des Ergebnisses. Für bis zu 100 Verarbeitunsschritte pro Minute sollte ein XT mit 4,7 MHz ausreichen. Mit einem AT 12 MHz 1 Waitstate und ARCNet werden kurzfristig Werte von 1000 bis 1500 Verarbeitungsschritte pro Minute erreicht.

Neben der reinen Rechenleistung der Service-Rechner 31, 32 und 33 spielt auch die Konfiguration eine wichtige Rolle.

Nachdem der Service-Rechner 31, 32 oder 33 einen Auftrag erhalten hat, muß das jeweilige Programm geladen werden. Wichtig ist in diesem Fall das Verhältnis von Ladezeit zu Aus­ führungszeit.

Die Ladezeit und die Ausführungszeit können bei dateiintensiven Programmen durch eine schnelle Netzwerkkarte verbessert werden.

Eine weitere Möglichkeit, die Ladezeit erheblich zu verkürzen, ist der Einsatz von lokalen Platten in den Service-Rechnern. Es können in Verbindung mit einem Platten-Cache-Speicher sehr gute Werte erzielt werden, wobei gleichzeitig der File-Server 10 entlastet wird. Ohne Platten-Cache ist die Leistung schlechter.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Hauptspeicher zu vergrößern, indem man speicherresidente Programme auslagert. Beispielsweise bei Compilern kann dadurch das zeitintensive Erstellen von Zwischendateien vermindert werden. Durch eine SET-Anweisung können bei einigen Programmen die Zwischendateien auch auf die lokale Platte oder eine RAM-Disk umgeleitet werden.

Darüber hinaus sind die Zugriffspfade der Service-Rechner 31, 32 und 33 zu beachten. Programme werden zuerst im aktuelle Directory (des Auftraggebers) gesucht. Danach erfolgt die Suche in den Directories der PATH-Anweisung (bzw. der MAP-Anweisung). Es wird sich in diesem Fall strikt an die Reihenfolge im PATH- Eintrag gehalten. Wenn mit einer lokalen Platte und Cache gear­ beitet wird, sollte auf diese Zugriffspfade zuerst zugegriffen werden, um unnötige Suchzeiten zu vermeiden.

Durch das erfindungsgemäße System werden an den File-Server 10 ebenfalls höhere Anforderungen gestellt. Diese hängen in erster Linie von der Art der Applikationen ab. Bei rechenintensiven Applikationen belasten die Programmzugriffe den File-Server 10. Werden Dateien bearbeitet, ist die Belastung entsprechend höher.

Nachstehend sind einige Variationen des File-Servers erläutert.

Festplatte(n) /Controller

Bei der Kombination Festplatte/Controller spielt der Daten­ durchsatz die wichtigste Rolle.

Hauptspeicher

Der Hauptspeicher sollte groß genug sein, um alle Programme und Daten halten zu können, die im gesamten System gleichzeitig bearbeitet werden. Neben wirtschaftlichen sind hier aber auch technische Grenzen zu beachten.

Je kleiner der Hauptspeicher, desto häufiger müssen Lesezugriffe ausgeführt werden. Das Verhältnis von Lese- zu Schreibzugriffen liegt im allgemeinen im Bereich von 5 : 1 bis 10 : 1. Daraus ergibt sich, daß Lesezugriffe erheblich zur Belastung des File- Servers 10 beitragen. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von schnellen Netzwerkkarten.

Netzwerkkarten

Durch den Einsatz schneller Netzwerkkarten kann eine erhebliche Leistungssteigerung erreicht werden. 16 Mbit/s-Karten anstelle von 2,5 Mbit/s-Karten entsprechen einer Leistungssteigerung auf das 3- bis 4fache bei dateiintensiven Applikationen. Die übrige Konfiguration kann unverändert bleiben.

Daraus ergibt sich, daß zuerst diejenigen Service-Rechner mit schnellen Karten auszurüsten sind, die das größte Datenvolumen verarbeiten.

Interne Bridge

Durch Aufteilen eines großen Netzes in zwei oder drei kleine Netze kann ein besserer Ausnutzungsgrad erreicht werden. Werden mehrere gleichschnelle Netze eingesetzt, sollten die Service- Rechner 31, 32, 33 so verteilt werden, daß die Teilnetze möglichst gleichmäßig belastet werden.

Eine Aufteilung des Netzes erfolgt durch Installieren mehrerer Netzwerkkarten.

Die Abarbeitung der einzelnen Aufträge von den Rechnern 1, 2 und 3 erfolgt in der Weise, daß ein Auftrag Priorität hat, der von einem anderen Rechner verschickt wurde, als von demjenigen Rechner, von dem vorher ein Auftrag bearbeitet worden ist.

Durch die Erweiterung der Service-Rechner 31, 32 und 33 mit Hochleistungsprozessoren wie beispielsweise "Intel i860" läßt sich eine Rechenleistung von 20 GFlops und mehr erreichen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirkli­ chung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (7)

1. Vernetztes System zum Verarbeiten von Daten unter Verwendung mehrerer Prozessoren (Multiprozessorsy­ stem), mit mehreren Terminals und den Terminals zugeordneten Rechnern gekennzeichnet durch

• - mehrere Service-Rechner (31, 32, 33), die ein schnelles Kompilieren, Linken und dergleichen erlauben und auf die alle Terminals bzw. Rechner (1, 2, 3) des Systems Zugriff haben, und
• - einen Job-Server (20), der direkt oder indirekt mit den Terminals bzw. den Rechnern (1, 2, 3) sowie mit den Service-Rechnern (31, 32, 33) ver­ bunden ist, zum Verteilen von Aufträgen von den Terminals bzw. Rechnern (1, 2, 3) an die Service­ rechner (31, 32, 33).

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Service-Rechner (31, 32, 33) dazu ausgelegt sind, Batch-Läufe und größere Applikationen auszuführen.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Service-Rechner (31, 32, 33) einen Prozessor vom Typ "Intel 386" aufweist.

4. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Service-Rechner (31, 32, 33) einen Prozessor vom Typ "Intel 486" aufweist.

5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Job-Server (20) die Verteilung der einzelnen Aufträge von den Terminals bzw. Rechnern (1, 2, 3) entsprechend vorgegebenen Prioritäten vornehmen kann.

6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Service-Rechner (31, 32, 33) mit einem Rechner (1, 2, 3) eine Einheit bildet.

7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Terminals bzw. Rechner (1, 2, 3), der Job-Server (20) und die Service-Rechner (31, 32, 33) (logisch) in Stern-Form miteinander verschaltet sind.