ES2279236T3 - Procedimiento y dispositivo para el control de la comunicacion de ordenadores individuales en un complejo de ordenadores. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el control de la comunicación de ordenadores individuales en un complejo de ordenadores, donde los ordenadores individuales están conectados entre sí a través de una red, y donde cada ordenador individual presenta, en un núcleo de sistema operativo (10), una unidad de protocolo (15), que está conectada con la red, para el procesamiento de protocolos de comunicación, y una biblioteca (14, 14, 18; 14, 18, 22) conectada aguas arriba del núcleo del sistema operativo (10), en la que están depositadas aplicaciones (A, B) en una interfaz de comunicaciones (23, 24), donde se lleva a cabo, en una unidad de selección de la red (13), la selección de una vía de comunicaciones, caracterizado porque la selección se realiza después de la interfaz de comunicaciones (23, 24) de la biblioteca y antes de la entrada en el núcleo del sistema operativo (10) y la biblioteca está conectada con la red a través de una vía de comunicaciones (19), que discurre eludiendo la unidad de protocolo (15) através del núcleo del sistema operativo (10).
Description
Procedimiento y dispositivo para el control de
la comunicación de ordenadores individuales en un complejo de
ordenadores.
La invención se refiere a un procedimiento para
el control de la comunicación de ordenadores individuales en un
complejo de ordenadores, con el que debe posibilitarse la
utilización de la combinación de ordenadores individuales como
ordenadores paralelos eficientes.
Los ordenadores individuales o los llamados
ordenadores de puesto de trabajo, en los que se puede tratar de un
ordenador personal (PC) de venta en el comercio o de un puesto de
trabajo, han sido mejorados en gran medida en los últimos años con
respecto a su velocidad de cálculo y, por lo tanto, a su capacidad
de cálculo, de manera que con ellos se pueden llevar a cabo una
pluralidad de ciclos de programas tanto en el ámbito privado como
también en el ámbito industrial. Sin embargo,, especialmente en el
ámbito industrial, por ejemplo en la organización de empresas
medias y mayores, en la simulación de aplicaciones y en ciclos de
producción, pero también en el campo de la investigación y de la
ciencia, las capacidades de cálculo de los PCs de máxima capacidad
actualmente no son suficientes para procesar las cantidades de datos
existentes en un tiempo aceptable desde el punto de vista de la
economía de la empresa. Por lo tanto, para las tareas actuales
intensivas de cálculo debe recurrirse habitualmente a las llamadas
instalaciones grandes de cálculo, que, sin embargo, son muy
intensivas de costes.
Desde hace mucho tiempo se ha tratado de crear
una alternativa de coste más favorable a las instalaciones grandes
de cálculo a través de la formación de un complejo de ordenadores
que está constituido por varios ordenadores individuales conectados
en paralelo, que están formados, respectivamente, por un PC de venta
en el comercio. Los ordenadores individuales presentan en este caso
habitualmente procesadores estándar, que poseen, frente a los
procesadores especiales, una relación mejorada entre precio y
prestaciones y tiempos reducidos de desarrollo posterior. La
estructura o bien la arquitectura de un complejo de ordenadores de
este tipo, que se designa también como ordenador en paralelo, se
limita de esta manera a la ampliación de la arquitectura de
uniprocesador con una interfaz de comunicaciones, que realiza la
comunicación entre los procesadores individuales, así como a la
réplica de la arquitectura ampliada de uniprocesadores.
Para la formación de un complejo de ordenadores
conocido, se utilizan una pluralidad de ordenadores de puestos de
trabajo, los llamados nodos (de cálculo), una red especial de estas
prestaciones SAN (Red de Área del Sistema), que es accionada
adicionalmente a una red estándar LAN (Red de Área Local), así como
un sistema operativo para los nodos de cálculo. Como ordenadores de
puesto de trabajo o bien como nodos de cálculo en un complejo de
ordenadores conocido se emplean actualmente sistemas con
procesadores de venta en el comercio. Además de los sistemas de
uniprocesadores (Uni Procesadores) se pueden emplear también
sistemas SMP (Multi-Procesadores Simétricos)
pequeños (procesadores duales) como ordenadores de nodos. La
estructura de los ordenadores de nodos (memoria principal, disco
duro, procesador, etc.) depende en gran medida de los requerimientos
del usuario.
En la figura 1 se representa el modo de proceder
convencional para la integración de una red dentro del sistema
operativo de un ordenador individual. El componente principal en un
núcleo de sistema operativo 10 es un primer excitador de aparatos
11 específico de la red para la red estándar LAN y un segundo
excitador de aparatos específico de la red 12 para la red de altas
prestaciones SAN. Los dos excitadores de aparatos 11 y 12 dispuestos
en paralelo son activados en función de una unidad de selección de
la red 13 intercalada y adaptan en cada caso la interfaz de
comunicaciones específica de la red a la interfaz esperada por los
protocolos de la red. Permanece en gran medido oculta para el
usuario la activación específica de la red así como su integración.
Éste utiliza, además, las operaciones de comunicaciones
acondicionadas por una biblioteca del sistema 14 y solamente
después del procesamiento de los protocolos de la comunicación en
una unidad de protocolos 15 dentro del núcleo del sistema operativo
10 tiene lugar la transición propiamente dicha a las diferentes
redes de comunicaciones. Por lo tanto, la vía de comunicación
convencional se realiza, partiendo de una aplicación A o B, dado el
caso, utilizando un entorno de programación 26 a través de la
interfaz de comunicaciones 23 de la biblioteca del sistema 14, la
entrada en el sistema operativo 10, el procesamiento de los
protocolos de comunicación en la unidad de protocolos 15, la
selección de la red en la unidad de selección de la red 13, la
activación a través de los excitadores de aparatos 11 y 12
respectivos hasta el acceso al hardware, que pertenece a la red
seleccionada, en forma de una tarjeta de la red 16 y 17,
respectivamente.
Cuando existe un equilibrio correspondiente
entre la potencia de comunicación y la potencia de cálculo, se da
una importancia esencial a las instalaciones grandes de cálculo,
como muestra su propagación creciente. En cambio, el éxito de los
haces de ordenadores -como alternativa de coste favorable a las
instalaciones grandes de cálculo- es hasta ahora más bien moderado
y se limita a clases de aplicaciones especiales con gasto de
comunicación reducido. La causa de ello está en la capacidad
reducida a moderada de transferencia de datos de las redes de
comunicaciones disponibles del campo de las LAN, que ha sido
eliminada ¡, sin embargo, con la llegada de nuevas redes de altas
prestaciones del campo de las SAN. En el caso de empleo de estas
redes de altas prestaciones, se comprueba, sin embargo, muy
rápidamente que la vía de comunicaciones convencional, anclada en
el sistema operativo -como se ha descrito anteriormente- no está en
condiciones de agotar ni siquiera en una medida aproximada el
potencial de capacidad de las redes de altas prestaciones. La causa
de ello está tanto en la arquitectura de la vía de comunicaciones
propiamente dicha como también en la utilización de protocolos de
comunicaciones normalizados (por ejemplo, TCP/IP), que no han sido
diseñados, en general, para las necesidades del procesamiento en
paralelo, sino para un funcionamiento en redes de tráfico
amplio.
El alcance limitado de la función de las redes
empleadas en el campo del tráfico amplio implica mecanismos para la
localización del camino, el control del flujo, la fragmentación o
desfragmentación, la obtención de secuencias, la memorización
temporal, la detección de errores y el tratamiento de los errores,
todos los cuales están contenidos en el alcance de la función de
protocolos de comunicaciones normalizados (por ejemplo, TCP/IP).
Además, los protocolos de comunicaciones normalizados acondicionan
con frecuencia funcionalidades, que son más bien un obstáculo en la
aplicación en sistemas paralelos. Entre ellos están especialmente
los tamaños fijos de los paquetes, los cálculos costosos de la suma
de control, la pluralidad de planos del protocolo y una pluralidad
de informaciones en las cabeceras de los paquetes. El
acondicionamiento laborioso de esta información cuesta tiempo que,
desde el punto de vista de un desarrollador de programas, conduce al
tiempo de retraso no deseado. A ello hay que añadir como agravante
que la vía de comunicaciones representada en la figura 1 no está en
condiciones de adaptarse a la funcionalidad de las redes subyacentes
y parte siempre de un alcance mínimo acondicionado. Esto conduce,
precisamente en el caso de empleo de redes especiales de altas
prestaciones, a la ejecución de funcionalidad ya existente dentro
del software del protocolo, que retrasa en una medida considerable
su procesamiento y que impide decisivamente la aplicación sobre la
que se basa.
Para la solución de esta problemática se conoce
el empleo de procedimientos para la reducción del tiempo de
latencia, que tienden a eliminar en la mayor medida posible las
ineficiencias en la vía de comunicaciones. En este caso, los puntos
de partida no están solamente en las redes de comunicaciones
empleadas, sino sobre todo en los protocolos empleados de las
redes, en la interacción con el sistema operativo así como en la
definición y la capacidad de la interfaz de comunicaciones que está
disponible en el plano de aplicación. La reducción de los tiempos
de latencia de la comunicación se basa en el desplazamiento
selectivo de tareas desde planos superiores a planos subyacentes de
la vía de comunicaciones o bien del hardware de comunicaciones, lo
que conduce a una reestructuración de la vía de comunicaciones en
su integridad.
"Entry-Level SAN Interconects
for Windows NT Clusters", IBM Research Disclosure (documento D1,
IBM) propone, para la formación de un complejo de ordenadores,
prever, en lugar de un costoso adaptador de red VIA (Virtual
Interface Architecture), en el que la interfaz de la red está
implementada conforme al hardware, una pluralidad de adaptadores de
red favorables, usuales en el comercio, y efectuar el control a
través de una interfaz de software unitaria. Mediante esta medida,
a partir de ordenadores WindowsNT pudo conformarse, de manera
favorable, un conjunto o conglomerado de ordenadores.
DY4 Systems: "Technical Paper: Virtual
Interface Architecture Primer", noviembre de 1999 (documento D2,
DY4) proporciona una perspectiva sobre la Virtual Interface
Architecture. Ésta pone a disposición una unión de correspondientes
adaptadores de red sin utilizar la Pila de Protocolos estándar.
Conforme a la Virtual Interface Architecture, al nivel de usuario
está prevista una denominada Virtual Interface Provider Library
(VIPL), a través de la cual un programa de aplicación puede actuar
de dos maneras sobre un VI NIC (Virtual Interface Network Interface
Controller). Por una parte, una trayectoria de datos se compone de
un Agente VI Kernel, dispuesto en el núcleo del sistema operativo,
hacia el VI NIC. Sin embargo, el Agente VI Kernel solamente es
consultado con el fin de establecer una unión VI en el VI NIC (Open,
Connect, Register Memory). Por otra parte, una trayectoria de datos
de la VIPL se compone directamente, es decir evitando el núcleo del
sistema operativo, hacia el VI NIC con el fin de poder escribir los
datos a transmitir en el VI NIC, siempre que el VI NIC ya esté
preparado para una transmisión de datos correspondiente. Conforme a
DY4, a través del Agente VI Kernel se preparan uniones que después
existen durante un amplio intervalo de tiempo y que pueden
utilizarse para una pluralidad de transmisiones de datos.
La invención tiene el cometido de crear un
procedimiento para el control de la comunicación de ordenadores
individuales en un complejo de ordenadores y un ordenador
individual, en el que los tiempos de latencia de la comunicación
están reducidos en una medida esencial y se ha elevado el caudal de
datos.
Este cometido se soluciona, según la invención,
con un procedimiento según la reivindicación 1 o con un ordenador
individual según la reivindicación 7. En este caso, se parte de la
idea de prever una vía de comunicaciones a través de la unidad de
protocolo hacia la red y crear, paralelamente a ella, una segunda
vía de comunicaciones para la red, que permite un acceso a una
aplicación en el hardware de comunicaciones, eludiendo la unidad de
protocolo. Este modo de proceder abre la posibilidad de eliminar los
protocolos de comunicaciones convencionales totalmente de la vía
crítica de eficiencia de las operaciones de comunicaciones. Las
aplicaciones en el lado del usuario están depositadas al menos en
una biblioteca, en la que o inmediatamente después de la cual una
unidad de selección selecciona una de las dos vías de
comunicaciones. En este caso, la selección tiene lugar antes del
procesamiento del protocolo, que se lleva a cabo dentro del sistema
operativo. Por medio de este desplazamiento de la selección de la
vía de comunicaciones, que tiene lugar en una arquitectura
convencional de la vía de comunicaciones ya entre el procesamiento
del protocolo y los excitadores de aparatos, es posible desviar las
conexiones de comunicaciones precozmente, es decir, antes de la
entrada en el núcleo del sistema operativo y sobre todo antes del
procesamiento de los protocolos de comunicaciones, sobre la vía de
comunicaciones adicional más rápida. Sin embargo, esta desviación
solamente tiene lugar cuando la conexión de comunicación deseada se
puede desarrollar también a través de la vía de comunicaciones
adicional. Si no fuera así, entonces se utiliza la vía de
comunicaciones convencional a través del sistema operativo. De ha
mostrado que de esta manera se puede conseguir un procesamiento
paralelo eficiente en un complejo que está constituido por
ordenadores de puesto de trabajo acoplados con alta capacidad de
prestaciones y flexibilidad.
En otra forma de realización de la presente
invención, la vía de comunicaciones convencional solamente se prevé
para una red estándar y, paralelamente a ella, se crea una segunda
vía de comunicaciones para una red de altas prestaciones, que
permite un acceso directo a una aplicación en el hardware de
comunicaciones, eludiendo la unidad de protocolo. Este modo de
proceder abre la posibilidad de eliminar los protocolos de
comunicaciones convencionales totalmente de la vía crítica de
eficiencia de las operaciones de comunicaciones. Las aplicaciones
en el lado del usuario están depositadas al menos en una biblioteca,
en la que o inmediatamente después de la cual una unidad de
selección de la red selecciona una de las dos redes. En este caso,
la selección de la red tiene lugar antes del procesamiento del
protocolo, que se lleva a cabo dentro del sistema operativo. Por
medio de este desplazamiento de la selección de la red, que tiene
lugar en una arquitectura convencional de la vía de comunicaciones
ya entre el procesamiento del protocolo y los excitadores de
aparatos, es posible desviar las conexiones de comunicaciones
precozmente, es decir, inmediatamente antes de la entrada en el
núcleo del sistema operativo y sobre todo antes del procesamiento
de los protocolos de comunicaciones, sobre la vía de comunicaciones
adicional más rápida. Sin embargo, esta desviación solamente tiene
lugar cuando la conexión de comunicación deseada se puede
desarrollar también a través de la red de altas prestaciones y, por
lo tanto, a través de la vía de comunicaciones adicional. Si no
fuera este el caso, entonces se utiliza la vía de comunicaciones
convencional a través del sistema operativo. Se ha demostrado que de
esta manera se puede conseguir un procesamiento paralelo eficiente
en un complejo que está constituido por ordenadores de puesto de
trabajo acoplados con alta capacidad de prestaciones y
flexibilidad.
Otros detalles y características de la invención
se deducen a partir de la descripción siguiente con referencia al
dibujo. En este caso:
La figura 1 muestra una representación
esquemática de una arquitectura de comunicaciones convencional.
La figura 2 muestra una representación
esquemática de una arquitectura de comunicaciones según la invención
según un primer ejemplo de realización.
La figura 3 muestra una comparación esquemática
de las arquitecturas de comunicaciones según las figuras 1 y 2 con
la ilustración de las modificaciones según la invención.
La figura 4 muestra una representación
esquemática de una arquitectura de comunicaciones según la invención
de acuerdo con un segundo ejemplo de realización.
La figura 5 muestra una comparación esquemática
de las arquitecturas de comunicaciones según las figuras 1 y 4 con
la ilustración de las modificaciones según la invención.
La figura 6 muestra una representación
esquemática de una arquitectura de comunicaciones según la invención
según un tercer ejemplo de realización, y
La figura 7 muestra una comparación esquemática
de las arquitecturas de comunicaciones según las figuras 1 y 6 con
la ilustración de las modificaciones según la invención.
En primer lugar se describen a continuación los
componentes básicos de un complejo de ordenadores, en el que se
aplica el procedimiento según la invención. Como ordenador de puesto
individual u ordenador de nodo encuentran aplicación PCs
convencionales, como ya se han descrito anteriormente. Además, de la
red estándar LAN se acciona la red de altas prestaciones SAN, que
debería presentar una capacidad de transmisión lo más alta posible,
por ejemplo de 1,28 Gbit/s, una topología de la red polidimensional,
libremente seleccionable, que se puede escalar, así como una
capacidad de programación libre del adaptador de la red. Se conoce
en sí una red de altas prestaciones de este tipo.
Como sistema operativo de los ordenadores de
nodos dentro del complejo de ordenadores se emplea Unix o bien un
derivado. Además, es necesario un software del sistema, para formar
el complejo de ordenadores a partir de los componentes individuales
de venta en el comercio. El software del sistema comprende
esencialmente los siguientes componentes:
- -
- un programa para el control del adaptador de la red,
- -
- un excitador de aparatos para la integración del adaptador de la red en el sistema operativo,
- -
- una biblioteca básica para el control y desarrollo de las conexiones de comunicaciones,
- -
- bibliotecas de usuario para interfaces y entornos de programación normalizados,
- -
- un programa para la formación, la administración y para el control del complejo de ordenadores, así como
- -
- programas de servicio para la configuración y administración del complejo de ordenadores.
La figura 2 muestra la representación
esquemática de una arquitectura de comunicaciones según la
invención, donde las funciones ya explicadas con la relación a la
figura 1 están provistas con los mismos signos de referencia. Como
se muestra en la figura 2, tres aplicaciones A, B y C representadas
a modo de ejemplo acceden, dado el caso bajo la intercalación de un
entorno de programa 24 y 26, respectivamente, a través de
interfaces de comunicaciones 23 y 24, respectivamente, a una
biblioteca básica 18, en la que está integrada una unidad de
selección de la red 13. La unidad de selección de la red puede
activar o bien la unidad de protocolos 15 dentro del núcleo del
sistema operativo 10, aguas abajo de la cual está conectado el
primer excitador de aparatos 13 para el hardware, o bien la tarjeta
de la red 16 de la red estándar LAN. Por lo tanto, a la unidad de
protocolos 15 está asociada la biblioteca del sistema 14
conocida.
Como una alternativa, la unidad de selección de
la red 13 puede activar también una segunda vía de comunicaciones
19, que conecta la biblioteca básica 18 directamente, eludiendo el
núcleo del sistema operativo 10, con el hardware o bien con la
tarjeta de la red 17 de la red de altas prestaciones SAN. A la
segunda vía de comunicaciones está asociado igualmente un excitador
de aparatos 12, que solamente lleva a cabo, sin embargo, tareas de
administración y no está incorporado ya en la comunicación
propiamente dicha. En virtud de la selección de la red en o
inmediatamente después de la biblioteca básica 18, es decir, antes
de la entrada en el núcleo del sistema operativo 10, se pueden
desviar ya las conexiones de comunicaciones a un estado anterior
sobre la segunda vía de comunicaciones 19 más rápida y de esta
manera son conducidas directamente a la red de altas prestaciones
SAN, eludiendo el núcleo del sistema operativo. Cuando no es
posible una conexión de comunicación a través de la segunda vía de
comunicaciones 19, porque, por ejemplo, el entorno SAN no está
disponible temporalmente o el objetivo se puede alcanzar solamente
a través del entorno LAN, se recurre a la primera vía de
comunicaciones, es decir, a la comunicación por el sistema
operativo y la red estándar LAN.
La red de altas prestaciones SAN utilizada
debería optimizarse para los requerimientos del procesamiento
paralelo. En este caso, funcionalidades, que son realizadas
habitualmente en el plano del software, son transmitidas a la
responsabilidad del hardware de la red. A ellas pertenecen
especialmente:
- a)
- la capacidad de escala de la red, que impide una irrupción de la potencia a medida que aumenta el número de los ordenadores de nodos conectados,
- b)
- la localización del camino dentro de la red, con lo que se simplifican en gran medida los protocolos en el plano más elevado,
- c)
- la transmisión de datos sin pérdidas y la obtención de la secuencia de paquetes consecutivos, con lo que se simplifican en gran medida los mecanismos de control del flujo en el plano más elevado,
- d)
- tamaños variables de los datos, que evitan el derroche de la anchura de banda, así como
- e)
- protocolos de comunicaciones mínimos, que requieren muy pocas informaciones y reducen el gasto para la creación de los paquetes.
Para la configuración de protocolos de
comunicaciones esbeltos se desplazan allí todas las tareas del
protocolo, que pueden ser desplazadas directamente al hardware de
la red. En este caso, se trata, por ejemplo, de la transmisión de
datos asegurada por medio de control del flujo así como la
constancia de la secuencia de las corrientes de los paquetes. Por
lo tanto, la información de contexto disponible se utiliza para
configurar los protocolos de las comunicaciones de la manera más
esbelta posible. Especialmente el hecho de que en un complejo de
ordenadores paralelos se trate de una red cerrada con número
conocido de nodos y topología conocida, simplifica, por ejemplo, la
problemática de localización del camino y de selección del camino,
puesto que todas las vías posibles pueden ser calculadas
previamente por medios estadísticos, así como la identificación de
los nodos, puesto que todos los nodos son conocidos de antemano y
pueden ser provistos con una identificación unívoca. Además, el
protocolo utilizado no está sujeto a ninguna limitación de
compatibilidad en virtud de relaciones de comunicaciones con
sistemas extraños, puesto que no existen sistemas extraños dentro
del complejo de ordenadores configurados en paralelo. En general,
el aprovechamiento consecuente del conocimiento del sistema
presente conduce a que los protocolos, en otro caso amarrados en el
núcleo del sistema operativo, puedan ser eliminados completamente
para la segunda trayectoria de comunicaciones 19.
La capacidad de procesos múltiples, que es
necesaria para la funcionalidad del complejo de ordenadores, es
decir, la posibilidad de que varios procesos puedan mantener al
mismo tiempo conexiones de comunicaciones, se consigue en la
arquitectura del sistema según la invención por medio de mecanismos
correspondientes dentro de la biblioteca básica.
Desde el punto de vista del usuario, la
presencia de interfaces de comunicaciones normalizadas tiene una
importancia considerable, puesto que éstas le permiten portear una
pluralidad de aplicaciones sin mayor gasto sobre el sistema de
destino respectivo. Por otra parte, las interfaces de comunicaciones
normalizadas garantizan que las aplicaciones no tengan que ser
adaptadas de nuevo de una manera especial en el caso de cambio a una
nueva generación de ordenadores. Por este motivo, según la
invención, se pone a la disposición del usuario una interfaz de
programación 23, que es equivalente desde el punto de vista
sintáctico y semántico a la interfaz de la primera vía de
comunicaciones o bien de la comunicación del sistema operativo.
Constituida sobre esta base, una aplicación A o B puede desarrollar
la comunicación a través de la biblioteca básica 18, dado el caso,
utilizando un entorno del programa normalizado 26. Además, se
ofrecen versiones especialmente adaptadas de entornos de
programación normalizados (MPI = Interfaz de Paso de Mensajes) o
entornos de programación 25 ampliamente difundidos (PVM = Máquina
Virtual Paralela), que interactúan con la biblioteca básica 18 a
través de una interfaz especial 24. La interfaz de programación 23
es adecuada con prioridad para aplicaciones del procesamiento
distribuido de datos en redes locales y su porteo sobre el sistema
según la invención. En cambio, los entornos de programación 25 y 26
PVM y MPI, respectivamente, representan el miembro de unión con los
ordenadores paralelos comerciales y las aplicaciones que se
desarrollan allí.
En la figura 3 se compara directamente, en el
lado izquierdo, la arquitectura convencional de comunicaciones,
como ya se ha descrito con la ayuda de la figura 1, con la
arquitectura de comunicaciones según la invención, representada en
el lado derecho, como ya se ha descrito con la ayuda de la figura 2,
donde se indica el desplazamiento de las etapas individuales del
procesamiento de comunicaciones por medio de flechas que se
extienden entre las dos representaciones.
La flecha (1) en la figura 3 describe el
desplazamiento del acceso a la red SAN a partir de las capas
inferiores del sistema operativo directamente a la biblioteca
básica. De esta manera, se libera la arquitectura de comunicaciones
de todas las limitaciones que están presentes habitualmente dentro
de un sistema operativo. En este caso, se aprovecha la capacidad
del módulo de administración de la memoria presente en el sistema
para construir espacios de direcciones lógicas de forma
discrecional a partir de las áreas físicas de la memoria. Este
llamado principio básico se aplica sobre el hardware de
comunicaciones y se puede designar como comunicación de nivel del
usuario.
Como se indica en la figura 3 por medio de las
flechas (2), la funcionalidad aportada en los protocolos que se
encuentran hasta ahora en el núcleo del sistema operativo 10,
especialmente la transmisión de datos asegurada por medio de
control del flujo así como la constancia de la secuencia de las
corrientes de paquetes, o bien es desplazada directamente al
hardware de la red SAN 17 o a la biblioteca básica, de manera que
se pueden eliminar completamente los protocolos dispuestos hasta
ahora en el sistema operativo 10 para la segunda vía de
comunicaciones 19. Cuando existe un adaptador de la red programable
para el hardware de la red 17, es posible hacer que la
funcionalidad deseada sea tomada exclusivamente de la red.
Según la invención, la selección de la red, que
está dispuesta normalmente en el núcleo del sistema operativo entre
el procesamiento de protocolos y el excitador de aparatos, es
desplazada desde el sistema operativo a la biblioteca básica 18
(ver la flecha (3)). De esta manera es posible desviar conexiones de
comunicaciones antes de pasar por el sistema operativo a la segunda
vía de comunicaciones 19.
La configuración de la funcionalidad del sistema
operativo desde el sistema operativo a la biblioteca básica según
la flecha (4) realiza la capacidad de procesos múltiples de la
biblioteca básica. Los procesos necesarios para ello para la
protección de secciones críticas del programa y de regiones de datos
por medio de semáforos se conocen en sí a partir de la estructura
del sistema operativo.
También la interfaz de programación 23 de una
aplicación es reproducida por la biblioteca del sistema en la
biblioteca básica (ver la flecha (5b)) y, además, pone a disposición
entornos de programación 25 equivalentes (ver la flecha (5a)) que,
por su parte, recurren directamente a la biblioteca básica 18 a
través de la interfaz 24. Ambas medidas sirven para poder portear
aplicaciones de una manera más sencilla, mejor y más rápida sobre
la arquitectura de comunicaciones según la invención. La
arquitectura de comunicaciones representada hasta ahora ofrece
ventajas de prestaciones considerables frente a una arquitectura de
comunicaciones convencional en sistemas operativos, pero implica,
en cambio, también efectos secundarios desfavorables. Por una parte,
se reducen las prestaciones a través de una limitación con relación
a la seguridad de la interfaz de comunicaciones y, por otra parte,
las aplicaciones estándar, que quieren utilizar la comunicación de
alta velocidad, deben conectarse con una biblioteca del sistema
especial. Para eliminar estos dos puntos débiles se propone la
arquitectura de comunicaciones representada en la figura 4. Frente
a la figura 3, el nuevo desplazamiento de la selección de la red 13
desde la biblioteca 18 al núcleo del sistema operativo 10, pero
antes de la entrada propiamente dicha en el procesamiento de
protocolos 15, garantiza tanto la seguridad habitual en sistemas
operativos de interfaces de comunicaciones como también la
transparencia deseada de la interfaz de comunicaciones frente a las
aplicaciones de usuario, que no requieren ahora ninguna conexión
especial con la biblioteca básica 18.
La figura 4 muestra otra configuración
desarrollada de una arquitectura de comunicaciones en detalle. Las
aplicaciones A y B acceden, dado el caso bajo la intercalación de un
entorno de programación 26, a la biblioteca del sistema 14, aguas
debajo de la cual está conectado el núcleo del sistema operativo 10.
Directamente después de la entrada en el sistema operativo 10 se
lleva a cabo en una unidad de selección de la red 13 la selección
entre la red estándar LAN y la red de altas prestaciones SAN. En el
caso de que sea seleccionada la red estándar LAN, se procesan los
protocolos de comunicaciones en la unidad de protocolos 15, aguas
debajo de la cual está conectado el excitador de aparatos 11 para
el hardware de la red LAN 16. En el caso de selección de la red de
altas prestaciones SAN, se puede acceder directamente al hardware de
la red SAN 17 a través de una vía de comunicaciones 19. También en
este caso, en la vía de comunicaciones 19 están contenidos una capa
de protocolos 21 y un excitador de aparatos 12, que, sin embargo,
solamente asume tareas de administración y no está integrado en la
comunicación propiamente dicha.
Adicionalmente a la vía de comunicaciones 19,
que conecta la biblioteca del sistema 14 con el hardware de la red
SAN 17 después de la selección de la red inmediatamente después de
la entrada en el núcleo del sistema operativo 10, está prevista,
además del núcleo del sistema operativo, una biblioteca básica 18, a
la que accede una aplicación C bajo la intercalación de un entorno
de programación 25 adecuado y que accede directamente al hardware
de la red SAN 17 a través de la vía de comunicaciones 19' que se
encuentra fuera del núcleo del sistema operativo 10. De esta
manera, se ponen a disposición los llamados puntos terminales de la
comunicación no privilegiados, que permiten el acceso al hardware
de la red SAN 17 eludiendo el sistema operativo, pero en oposición
a la comunicación simple a nivel del usuario, subyacen todos los
mecanismos de protección del sistema operativo. En este caso, se
consigue una activación muy eficiente del hardware de la red SAN 17,
sin eludir, sin embargo, los mecanismos de protección del sistema
operativo. Los puntos terminales de la comunicación son unidades
cerradas en sí y administradas y protegidas por el sistema
operativo, que son asociadas en cada caso de manera exclusiva a una
aplicación, de modo que diferentes aplicaciones utilizan diferentes
puntos terminales de la comunicación y, por ejemplo, la aplicación
A no está en condiciones de acceder a un punto terminal de una
aplicación B, aunque ambos puntos terminales de la comunicación son
ejecutados a través del mismo hardware.
También en la arquitectura de la comunicación
representada en la figura 4 deben cumplirse las condiciones
previas, explicadas anteriormente con relación a la figura 2, en la
red de altas prestaciones SAN y en los protocolos de comunicación
esbeltos. Además, se prevén también en este caso interfaces de
programación normalizados y entornos de programación normalizados y
ampliamente difundidos.
A partir de la figura 5 se representa el
desplazamiento de la funcionalidad y los puntos de acceso en la
comparación entre una arquitectura de comunicaciones convencional,
como se ha descrito con relación a la figura 1, y la nueva
arquitectura de comunicaciones según la figura 4, donde también aquí
las flechas que se extienden entre las dos representaciones
simbolizan los desplazamientos individuales. El desplazamiento,
indicado por medio de las flechas (1a) y (1b), del acceso a la red
SAN desde las capas inferiores del sistema operativo a la capa de
protocolos 21 de la vía de comunicaciones 19, que se encuentra
dentro del núcleo del sistema operativo, y/o directamente al
espacio de direcciones de una aplicación o bien a la biblioteca
básica 18 como parte de la aplicación libera el sistema de todas
las limitaciones que están presentes habitualmente dentro del
sistema operativo. En este caso, se aprovecha la capacidad del
módulo de administración de la memoria para construir espacios de
direcciones lógicas de forma discrecional a partir de áreas físicas
de la memoria. En combinación con la funcionalidad adicional dentro
del adaptador de la red se consiguen a partir de ello puntos
terminales de la comunicación no privilegiados.
Una gran parte de la funcionalidad aportada en
los protocolos habituales es desplazada, según la flecha (2)
directamente al hardware de la red SAN así como a la capa de
protocolos 21 de la vía de comunicaciones 19. Aquí se aplica de una
manera correspondiente lo dicho con relación a la figura 2 para el
desplazamiento de la funcionalidad de protocolos.
Según la flecha (3), la selección de la red, que
se lleva a cabo en la arquitectura de comunicaciones convencional
entre el procesamiento de protocolos y el excitador de aparatos, es
desplazada antes del procesamiento propiamente dicho del protocolo
y, en el ejemplo representado, inmediatamente después de la entrada
en el núcleo del sistema operativo 10, de manera que se pueden
desviar las operaciones de comunicaciones precozmente sobre la vía
de comunicaciones más rápida 19. Sin embargo, también aquí sólo
tiene lugar esta desviación cuando la conexión de comunicaciones
deseada se puede desarrollar a través de la vía de comunicaciones
19. Si no es así, entonces se recurre a la comunicación
convencional del sistema operativo. El desplazamiento de la
funcionalidad desde el sistema operativo al hardware de la red SAN
según la flecha (4) realiza la capacidad de procesos múltiples de
la interfaz de comunicaciones ofrecida en forma de los puntos
terminales independientes de la comunicación. El procedimiento
necesario para ello para la protección de áreas de la memoria se
conoce en sí y es prestado desde el lado del hardware por el módulo
de administración de la memoria del ordenador.
Cuando las aplicaciones A y B utilizan la
interfaz regular de comunicaciones del sistema operativo, es decir,
la biblioteca del sistema, entonces es totalmente transparente el
empleo de la comunicación de altas prestaciones en virtud de la
colocación de la selección de la red para estas aplicaciones. Sin
embargo, cuando se emplean entornos de programación de ordenadores
en paralelo usuales (PVM o MPI), entonces son posibles varias
optimizaciones dentro de la vía de comunicaciones. Éstas son
soportadas porque se ofrecen entornos de programación equivalentes
u optimizados y, por lo tanto, se desplaza la interfaz de aplicación
sobre estos entornos de programación, como se indica por medio de
la flecha (5) en la figura 5.
En la arquitectura de comunicaciones según la
figura 4, la selección de la red se realiza directamente después de
la entrada en el sistema operativo. A tal fin son necesarias
habitualmente modificaciones del núcleo del sistema operativo. En
el caso de que no permite el sistema operativo realizar
modificaciones en este lugar, se puede utilizar una arquitectura de
comunicaciones alternativa, como se representa en la figura 6. Esta
arquitectura se diferencia de la arquitectura según la figura 4
esencialmente porque la selección de la red 13 es desplazada desde
el núcleo del sistema operativo a una biblioteca del sistema PS 22
intercalada. Esta biblioteca del sistema PS 22 combina
esencialmente la funcionalidad de la biblioteca del sistema
convencional y la biblioteca básica y ofrece al usuario hacia fuera
la misma interfaz que la biblioteca del sistema. Si una aplicación
utiliza la biblioteca del sistema PS 22 en lugar de la biblioteca
regular del sistema 14, que está adicionalmente presente, entonces
se desarrollan todas las conexiones de comunicaciones internas -en
la medida de lo posible- a través de la red de altas prestaciones
SAN.
Se producen las siguientes modificaciones con
relación a los desplazamientos, explicados ya con la ayuda de la
figura 5, de la funcionalidad y de los puntos de acceso. La
selección de la red (flecha (3)) se desplaza ahora a la biblioteca
del sistema PS 22, que pone a disposición en este caso todas las
funciones de la biblioteca del sistema propiamente dicha. El
desplazamiento de la selección de la red a la biblioteca del sistema
PS posibilita desviar las conexiones de comunicaciones precozmente,
es decir, antes de la entrada en el núcleo del sistema operativo y
sobre todo antes del procesamiento de los protocolos estándar, sobre
la vía de comunicaciones 19 más rápida de la red de altas
prestaciones SAN. Sin embargo, también en este caso sólo tiene lugar
esta desviación cuando se puede desarrollar la conexión de
comunicación deseada a través de esta vía de comunicaciones 19. En
otro caso, se recurre a la comunicación habitual del sistema
operativo.
Como ya se ha explicado con relación a la figura
5, la interfaz de programación de una aplicación es desplazada
desde la biblioteca del sistema a la biblioteca básica (flecha (5a))
y se ponen a disposición entornos de programación equivalentes
(flecha (5a)), que acceden, por su parte, entonces directamente a la
biblioteca básica.
Claims (12)
1. Procedimiento para el control de la
comunicación de ordenadores individuales en un complejo de
ordenadores, donde los ordenadores individuales están conectados
entre sí a través de una red, y donde cada ordenador individual
presenta, en un núcleo de sistema operativo (10), una unidad de
protocolo (15), que está conectada con la red, para el
procesamiento de protocolos de comunicación, y una biblioteca (14,
14, 18; 14, 18, 22) conectada aguas arriba del núcleo del sistema
operativo (10), en la que están depositadas aplicaciones (A, B) en
una interfaz de comunicaciones (23, 24), donde se lleva a cabo, en
una unidad de selección de la red (13), la selección de una vía de
comunicaciones, caracterizado porque la selección se realiza
después de la interfaz de comunicaciones (23, 24) de la biblioteca
y antes de la entrada en el núcleo del sistema operativo (10) y la
biblioteca está conectada con la red a través de una vía de
comunicaciones (19), que discurre eludiendo la unidad de protocolo
(15) a través del núcleo del sistema operativo (10).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque está prevista otra vía de comunicaciones
(19'), que conecta otra biblioteca directamente con la red de altas
prestaciones.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque la otra vía de comunicaciones (19') se
extiende fuera del núcleo del sistema operativo (10).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la selección se
realiza en función de las direcciones de destino predeterminadas a
través de las aplicaciones.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se accede a la
red aprovechando la unidad de protocolo (15) cuando no es posible
una conexión de comunicación a través de la vía de comunicaciones
(19) o la otra vía de comunicaciones (19') con la red.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las tareas de
protocolo para la configuración de protocolos de comunicaciones
esbeltos están depositadas en el hardware de la red (17).
7. Ordenador individual que puede ser conectado
a través de una red con otros ordenadores individuales, y presenta,
en un núcleo de sistema operativo (10), una unidad de protocolo
(15), que está conectada con la red, para el procesamiento de
protocolos de comunicación, y una biblioteca (14, 14, 18; 14, 18,
22) conectada aguas arriba del núcleo del sistema operativo (10),
en la que están depositadas aplicaciones (A, B) en una interfaz de
comunicaciones (23, 24), donde se lleva a cabo, en una unidad de
selección de la red (13), la selección de una vía de
comunicaciones, caracterizado porque la selección se realiza
después de la interfaz de comunicaciones (23, 24) de la biblioteca
y antes de la entrada en el núcleo del sistema operativo (10) y la
biblioteca está conectada con la red a través de una vía de
comunicaciones (19), que discurre eludiendo la unidad de protocolo
(15) a través del núcleo del sistema operativo (10).
8. Ordenador individual según la reivindicación
7, configurado de manera que está prevista otra vía de
comunicaciones (19'), que conecta otra biblioteca directamente con
la red de altas prestaciones.
9. Ordenador individual según la reivindicación
8, configurado de manera que la otra vía de comunicaciones (19') se
extiende fuera del núcleo del sistema operativo (10).
10. Ordenador individual según una de las
reivindicaciones 7 a 9, configurado de manera que la selección se
realiza en función de las direcciones de destino predeterminadas a
través de las aplicaciones.
11. Ordenador individual según una de las
reivindicaciones 7 a 10, configurado de manera que se accede a la
red aprovechando la unidad de protocolo (15) cuando no es posible
una conexión de comunicación a través de la vía de comunicaciones
(19) o la otra vía de comunicaciones (19') con la red.
12. Ordenador individual según una de las
reivindicaciones 7 a 11, configurado de manera que las tareas de
protocolo para la configuración de protocolos de comunicaciones
esbeltos están depositadas en el hardware de la red (17).
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