SU1481786A1

SU1481786A1 - Локальна вычислительна сеть

Info

Publication number: SU1481786A1
Application number: SU874257724A
Authority: SU
Inventors: Юрий Валентинович Абрамов; Георгий Алексеевич Соколов; Александр Васильевич Шпита
Original assignee: Центральное Конструкторско-Технологическое Бюро Приборостроения С Опытным Производством
Priority date: 1987-06-05
Filing date: 1987-06-05
Publication date: 1989-05-23

Abstract

Изобретение относитс к вычислительной технике ,в частности, к системам автоматизации научных исследований в реальном масштабе времени. Цель изобретени - повышение надежности и быстродействи сети. Сеть состоит из ЭВМ 1₁-1₃, блоков 2₂-2₃, 3₁-3₃, 5₁-5_м сопр жени и внешних устройств 6₁-6_м. Сеть имеет комбинированную топологию "кольцо на шине", что обеспечивает бестранзитную передачу пакетов информации при любом перераспределении процессов. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Вычислительна техника

Фие.Т

Изобретение относитс к вычислительной технике, в частности к системам автоматизации научных исследований в реальном масштабе времени.

Цель изобретени - повышение надежности и быстродействи сети.

Живучесть есть свойство технических объектой продолжать эффективно выполн ть возложенные на них функции при отказе составл ющих их компонентов .

Выход из стро двух любых ЭВМ и двух любых программно-аппаратных интерфейсов первого типа не приводит к выходу из стро сети в целом, при этом кажда ЭВМ и каждое внешнее устройство соединены с каждой ЭВМ и каждым внешним устройством каналами св зи и кажда ЭВМ и каждое внешнее устройство имеют непосредственный доступ к каждой ЭВМ и к каждому внешнему устройству в соответствии с протоколом работы общей шины.Описанные принципы доступа функциональных элементов друг к другу не нарушаютс при выходе из стро любого функционального элемента.

Живучесть сети обеспечиваетс путем перераспределени функциональных процессов вышедшего из стро узла по работоспособным узлам сети в соответствии с результатами периодического контрол , проводимого посредством взаимодействи процессов контрол каждого работоспособного узла треугольника с процессами контрол каждого работоспособного узла сети, по процедуре активного и пассивного контрол , заключающегос в передаче сообщени и ожидании ответа (активный контроль) и в ожидании сообщени и передаче ответа (пассивный контроль) между процессами контрол узлов в строго определенный момент времени дл каждой пары узлов , причем последовательность моментов взаимодействи и структура передаваемого при взаимодействии сообщени организованы так, что образуют цикл взаимодействий, охватывающий все узлы сети, не прерывающийс при выходе из стро любого узла сети, в результате которого все работоспособные узлы сети имеют информацию о работоспособности всех узлов сети, при этом взаимодействие процессов поддерживаетс резидентной в пам ти версией оперативной системы реального времени (ОС PR), обеспечивающей прием-передачу сообщений между процессами без блокировки процесса-источника с вным типом адресации по принципу Получить от любого, Послать любому, Многие к одному причем синхронизаци осуществл етс посредством семафоров, в качестве котоQ рых в системе выступает буфер в области динамически распредел емой пам ти , физически реализуемой двухвхо- довыми запоминающими устройствами, над которым выполн ютс системные

5 процедуры Зан ть и Освободить буфер, соответствующие Р и V-one- раци м.

На фиг.1 приведена структура локальной сети реального времени , на

0 фиг.2 - уровни транспортной сети,их функции и реализации программно-аппаратными интерфейсами; на фиг.З - структура программного обеспечени сети; на фиг.k - алгоритм посылки

5 сообщени процессом-источником транспортному процессу на фиг.5 - структура информационного пакета (сообщени ); на фиг.6 - алгоритм работы транспортного процесса; на фиг.7 0 распределение и взаимодействие процессов активного и пассивного контрол сети по узлам вычислительной подсети; на фиг. 8 - временна диаграмма активного и пассивного контрол ; на фиг. 9 - алгоритм работы процесса активного контрол ; на фиг.10 - алгоритм работы процесса пассивного контрол ;на фиг.11 - слово состо ни сети.

Сеть состоит из трех ЭВМ 1, -1j , соединенных между собой на физическом уровне с помощью блоков 2 -2j сопр жени , вл ющихс аппаратной частью программно-аппаратйого интерфейса первого типа, в полносв зной равновесный треугольник, а с помощью блоков 3,-3Ь сопр жени вл ющихс аппаратной часть программно-аппаратного интерфейса второго типа, с общей приборной шиной А, к которой подсое0 динены блоки 5,-5М сопр жени с соответствующими внешними устройствами 6(-6Н .

По функциональному признаку локальна сеть подраздел етс на две

5. подсети: вычислительную и измерительно-управл ющую . Узлами вычислительной подсети вл ютс три ЭВМ 1( -Ц,соединенные между собой информационными

5

0

5

каналами в полносв зныи треугольник М внешних устройств Ь4 -6М с блоками и общей приборной шиной 4 образуют измерительно-управл ющую подсеть .

Кажда ЭВМ представл ет собой ма- гистрально-модульную структуру,включающую модули центрального процессера , оперативного запоминающего устройства , пассивного запоминающего устройства и т.д.

В качестве общий шины 4 измерительно-управл ющий подсети может быт использован приборный интерфейс с бит-параллельной байт-последовательной передачей данных (IMS 02 дл СЭВ IEEE - 488, МЭК-625.1).

Устройства 6t -6ц могут представл ть собой как серийно выпускаемые цифровые приборы, так и специальные приборы, представл ющие собой микропроцессорные приборы, построенные по магистрально-модульному принципу,

По ЭВМ вычислительной подсети рас пределены однородные вычислительные процессы, а также процессы передачи информации, реализованные как программной , так и аппаратной частью программно-аппаратных интерфейсов. По узлам измерительно-управл ющей подсети распределены неоднородные процессы преобразовани информации; св зи с объектом, визуализации информации , ввода-вывода информации, накоплени и хранени информации, процессы передачи информации, реализованные аппаратно модул ми сопр жени с общей шиной.

Живучесть сети обеспечиваетс на логическом уровне по принципу резервировани процессов, который заключаетс в перераспределении процессов , развивающихс в вышедшем из стро узле, на другие узлы сети, способные обеспечить развитие этих процессов. В вычислительной подсети, отличающейс однородностью элементов и развитием некоторых процессов в одном узле, резервирование процессов „требует программной избыточности хранени описани процессов,которые могут быть перераспределены на данный узел, и временной избыточности - способности оставшихс в стр ою узлов обеспечить требуемое реальное врем . В измерительно-управл ющей подсети, отличающийс неоднородностью и, в основном, развитием одного процесса

10

15

817866

в узле, резервирование процессов требует, зачастую, аппаратной избыточности - введени холодного резерва узла, на который будет перераспределен процесс. Комбинированна топологи кольцо - шина (фиг.1) обеспечивает бестранзитную передачу пакетов информации при любом перераспределении процессов.

Обнаружение и идентификаци отказа обеспечиваетс системой активного и пассивного контрол .

Активный контроль производитс последовательно в соответствии с направлением замкнутым графом,охватывающим все узлы сети, причем предыдущий узел контролирует последующий

0

5

0

5

0

5

0

5

узел по принципу запрос-ответ.

Пассивный контроль заключаетс в ожидании в определенный момент времени запроса от предыдущего узла.

Информационный обмен между процессами вычислительной подсети реализуетс программно-аппаратным интерфейсом первого типа. Информационный обмен между процессами вычислительной подсети и процессами измерительно-управл ющей подсети,а также между процессами измерительно- управл ющей подсети реализуетс программно-аппаратным интерфейсом второго типа.

Протокол верхнего уровн (фиг.2) процессов локальной сети отражает два способа взаимодействи асинхронных процессов: посредством раздел емых переменных; посредством приема- передачи сообщений.

Взаимодействие посредством раздел емых переменных реализуетс дл процессов, развивающихс в одном узле , и процессов, развивающихс в различных узлах, но имеющих общее поле оперативной пам ти (процессы вычислительной подсети).

Взаимодействие посредством приема-передачи сообщений реализуетс дл любых процессов сети вне зависимости от их расположени с помощью процессов, реализующих (программно, аппаратно, программно-аппаратно) функции уровней транспортной сети.

Функции транспортной сети реализуютс : стандартными средствами обмена сообщений между процессами системной компоненты программного обеспечени системы, транспортным программным процессом; драйвером блока 3

714

сопр жени , вл ющимс программной частью программно-аппаратного интерфейса второго типа; блоками 2 и 3 сопр жени , вл ющимис аппаратными част ми программно-аппаратных интерфейсов .

Системна компонента (фиг.3) обеспечивает одновременное выполнение р да процессов в режиме приоритетного разделени времени, взаимодействие между процессами, синхронизацию процессов, жесткую временную диспетчеризацию процессов.

Каждый прикладной процесс обладает собственным алгоритмом, завис щим только от задачи, решаемой процессом и собственными локальными данными. Программный процесс может находитьс в одном из тех состо ний: активном, готовом к исполнению, блокированном.

Активным вл етс процесс,имеющий в насто щее врем в своем распор жении процессор. Готовым к исполнению вл етс процесс, который может выполн тьс , но в распор жении которого в насто щее врем нет процессора . Блокированным вл етс процесс , наход щийс в насто щее врем в оперативной пам ти, но который не может выполн тьс по тем или иным причинам.

В системе ОС РВ имеютс в наличии стандартные средства, которые позвол ют программно переводить процесс из состо ни Готов в состо ние Блокирован и наоборот. Эти средства используютс процессом Администратор . В каждом узле вычислительной подсети наход тс в том или ином состо нии все программные процессы сети, т.е. каждый программный процесс присутствует в каждой ЭВМ вычислительной подсети. В каждый момент времени только одна копи процесса находитс в активном состо нии или готовностиs остальные две блокированы . При отказе одного узла в активное состо ние процессом Диспетчер переводитс одна из копий процесса в соответствии с наперед заданной схемой.

Информационное взаимодействие процессов в сети посредством приема-передачи сообщений между двум асинхронными процессами, развивающимис как в любых учлах системы, так и в одном узле, реализуетс по следую

8

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щим принципам: посыпка сообщений в транспортную сеть осуществл етс без блокировки процесса-источника; тип адресации - вна (в теле сообщени вно задаетс логическое им процесса-получател ); обмен осуществл етс следующий - Получить от любого, Послать любому, Многие к одному ; синхронизаци обменов осуществл етс семафорами, в качестве которых выступает буфер с сообщением.

Процесс-источник посылает транспортному процессу сообщение, в котором содержитс им процесса-приемника. Транспортный процесс, выступа в роли почты, пересылает сообщение процессу- приемнику. После передачи сообщени транспортному процессу процесс-источник развиваетс дальше, не-ожида доставки пакета адресату (передача без блокировки).

Дл работы над буфером в области распредел емой динамической пам ти используютс системные процедуры: RLCB - освободить буфер без подтверждени , RQCB - запросить буфер.

Дл поиска процесса-приемника,указанного в сообщении, транспортный (процесс (фиг.6) имеет доступ к таблице состо ни и физического расположени процессов, которую ведет процесс Администратор.

Транспортный процесс получает адрес BVF с сообщением либо По SDAT от процесса в своем узле, либо по прерыванию от драйверов при присылке со- общени из другого узла. Подобна система посылки сообщений с динамическим буфером в качестве флага синхро- низации (выделить буфер - освободить буфер) обеспечивает синхронизацию взаимодействи процессов, доставку пакетов адресату. При перегрузке динамически распредел емой пам ти процесс- передатчик ждет (RCVD, RQCBf BVF) ее освобождени . Процесс-приемник после получени сообщени освободит динамическую пам ть (SDAT, PLCB, ВУР).При приеме сообщени (пакета) из другого узла драйвером BVF запрещаетс драйвером и передаетс по прерыванию транспортному процессу.

Администратор сети - это процесс , который ведает распределением логических и физических ресурсов системы. Он ведет таблицу состо ни и физического распределени процессов , обеспечивает регламентное и

аварийное переключение процессов из состо ни Готов в состо ние Блокирован . Информаци дл работы Администратора поступает посредством сообщений (передаваемых описанным способом) от процессов активного и пассивного контрол (дл аварийного перераспределени процессов), от процесса св зи с оператором сети (дл регламентного распределени процессов ), от службы времени ОС РВ.

В начальный момент времени Администратор заполн ет таблицу в соответствии с йриори заданной информацией о начальной загрузке, корректиру ее затем в соответствии с поступающими сообщени ми. Обнаружение и идентификаци отказов в сети, в соответствии с принципами резервировани процессов и активного-пассивного контрол , обеспечиваетс совокупностью развити трех программных процессов , обеспечивающих активный

доступа к буферу достигаетс временным распределением запросов (фиг.8). Процесс активного контрол передает процессу пассивного контрол контролируемого узла в строго определенный момент времени сообщение - запрос, содержащее текущее слово состо ни сети. Процесс пассивного контрол

10 устанавливает соответствующие биты слова состо ни сети и возвращаетс его посыпкой сообщени запрашивающему активному процессу. Обмен словом состо ни сети происходит после окон15 чани самоконтрол обоих узлов, и, таким образом, оба узла получают информацию о состо нии друг друга. Пассивный контроль заключаетс в ожидании , начина с момента Тм сообще- 20 ни - запроса от предыдущего узла. Если ожидание не принесло результата, то информаци об этом заноситс в слово состо ни сети (пассивный контроль состо лс , результат контрол

( Запрос-ответ) и пассивный (Ожила- 25 отрицательный). Эта информаци пере 8178610

10 устанавливает соответствующие биты слова состо ни сети и возвращаетс его посыпкой сообщени запрашивающему активному процессу. Обмен словом состо ни сети происходит после окон15 чани самоконтрол обоих узлов, и, таким образом, оба узла получают информацию о состо нии друг друга. Пассивный контроль заключаетс в ожидании , начина с момента Тм сообще- ни - запроса от предыдущего узла. Если ожидание не принесло результата, то информаци об этом заноситс в слово состо ни сети (пассивный контроль состо лс , результат контрол

отрицательный). Эта информаци пере

ние запроса) контроль: активный контроллер (процесс типа А), пассивный контроллер (процесс типа П), контроллер измерительно-управл ющей подсети (процесс типа К). Процессы А,П,К представл ют собой обычные программные процессы, обменивающиес сообщени ми указанным образом (запрос - послать сообщени от процесса типа А к процессу типа П, ответ послать ответное сообщение от процесса типа П к процессу типа А). Дл синхронизации активного и пассивного контрол в сети задаютс три временные точки (фиг.7), соответствующие моментам активизации взаимодействи процессов контрол (диспетчеризаци процессов реализуетс стандартными средствами ОС РВ): Т1 - активизаци взаимодействи А1 и П2, Т2 - активизаци взаимодействи А2 и ПЗ, ТЗ - активизаци взаимодействи A3 и П1. Процесс самоконтрол , вл ющийс входом процесса типа А, представл ет собой совокупность неразрушаемых тестов ЭВМ. Результатом работы активного и пассивного контрол (фиг.9, 10) вл етс формирование соответствующих битов слова состо ни сети (фиг.11), котора представл ет собой доступный дл всех процессов узла буфер длиной в одно машинное слово-, расположенный в области динамически распредел емого ОЗУ. Синхронизаци

даетс дальше процессом активного контрол данного узла.

Така организаци процедуры контрол обеспечивает передачу и накоп- 0 ление слова состо ни системы даже при неисправности узла в контуре контрол . Последний процесс A3 передает в ЭВМ, с которой началс контроль , накопленный байт состо ни системы. Очевидно, что после окончани цикла контрол сочетание активного и пассивного контрол обеспечивает полную информацию всех трех узлов вычислительной подсети о со После окончани цикла контро5

0

5

0

5

сед х

л процесс Администратор в соответствии с кодом в слове состо ни системы модифицирует (или не модифицирует , если нет неисправностей) таблицу состо ни и физического распо- ложени процессов. Каждому коду слова состо ни системы соответствует сво априори (заданна дл данной системы таблица состо ний процессов). Пассивный процесс посыпает ответное сообщение в момент в любом случае. Это позвол ет идентифицировать отказ линии св зи.

Нумераци ЭВМ (14 , 1, Ij ) задаетс последовательностью включени питани ЭВМ при начальной раскрутке сети.

Процесс контрол типа К представл ет собой набор тестов приборов и

измерительно-управл ющей подсети.Он активен в микро-ЭВМ, вл ющейс в насто щий момент контроллером МЭК, и развиваетс после окончани цикличес- кого контрол вычислительной подсети. О результатах тестировани процесс К сообщает Администратору через бит слова состо ни сети.

Описанна архитектура сети позвол ет вести по измен емому алгоритму измерение, анализ, контроль, визуализацию , накопление параметров эксперимента , а также управление объек- том эксперимента в реальном времени. Обработка результатов, их визуализаци и накопление производитс параллельно с процессом измерени .

Быстродействие сети обеспечивает- с скоростными каналами св зи бес- транзитной передачей информационных пакетов, простотой маршрутизации, прозрачностью каналов, параллельной работой трех ЭВМ в сети. Сеть ориен- тирована на максимальное применение стандартных серийно выпускаемых технических средств, что обеспечивает ее

3.Сеть поп.1, о т л и ч а гогибкость , высокую адаптивность и

стандартное метрологическое обслужи- 30 щ а с тем, что ЭВМ, имеют архивание .тектуру по типу общей шины.

Формула изобретени

1.Локальна вычислительна сеть, содержаща две ЭВМ, тп внешних устройств и соответствующие им блоки сопр жени , в которой входы-выходы каждого внешнего устройства и каждой ЭВМ соединены через соответствующие блоки сопр жени и общую шину с соответствующими входами-выходами каждого влешнего устройства и каждой ЭВМ, а входы-выходы первой ЭВМ соединены через соответствующий блок сопр жени с входами-выходам второй ЭВМ, отличающа с тем, что, с целью повышени надежности и быстродействи сети, она содержит третью ЭВМ, входы-выходы которой соединены через соответствующие блоки сопр жени и общую шину с соответствующими входами-выходами каждого внешнего устройства и каждой ЭВМ, а через другие блоки сопр жени - с соответствующими входами-выходами первой и второй ЭВМ.

2.Сеть поп.1, отличающа с тем, что внешние устройства вл ютс ЭВМ.

3.Сеть поп.1, о т л и ч а го

Чроцес- ctp/f-f

Процессор 1

Прикладна компонента

о

SDAT QQ KQCB,BUF

RCVD

WCB,BUF

1

BUF сообщение

SDAT Т$,адрес

Продолжить процесс

Ъ

Транспортир процесс

AtfWHucffpa- mof

1

SpoOSfp too- face, нил

Системна компонента

ФигЗ

Запрос буфера

Запрос буфера 8 динамическом ОЗУ

Запись сообщени б буфера

Нзйещение транспортного процесса Тб о5 адресе 8UF и длине сообщеФие4

Логическое им процесса приемника

Длина сообщени

Тело сообщени

Фиг. 5

8 другой ЭВМ t w fi i ivrt- . aSptutm

л ншей мЛа и

Заголобок сообщени

t w fi i л ншей мЛа и

Передаче 6± драйверу сопр жени петге.мз. 80

fctofouan Sy&p по сигмам

л-- Л-

Фиг.7

f

(Начало)

Тест М

jr

CCCLN1- 1(0)

К

Оформить соооще- ние запрос

i

w

послать соооще ние запрос

ожидание соооще ни ответа

Устанобка соотвежт- Иующих битов 8 ССС

Конец У

Самоконтроль

нерешающа тесты узла

Установка бита, результата, 8 слобе состо ни

Фиг. 9

Ј

Ожидание сообщени запроса

-

и

установка соотаетсбую щих дитоб слова состо ни системы

ы

Передача, текущего слова состо ни системы

к

4J

О

Нет

Фиг.Ю /ft

Sum контрол ,, /с

ЭВМ1

A I

ЭВН2

3BM3

Фие.11

Claims

Формула изобретения

1. Локальная вычислительная сеть, содержащая две ЭВМ, m внешних уст-:

5 ройств и соответствующие им блоки со· пряжения, в которой входы-выходы каж· дого внешнего устройства и каждой ЭВМ соединены через соответствующие блоки сопряжения и общую шину с cold ответствующими входами-выходами каждого внешнего устройства и каждой ЭВМ, а входы-выходы первой ЭВМ соеди йены через соответствующий блок сопряжения с входами-выходами второй 15 ЭВМ, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия сети, она содержит третью ЭВМ, входы-выходы которой сое· динены через соответствующие блоки

20 сопряжения и общую шину с соответствующими входами-выходами каждого внешнего устройства и каЖдой ЭВМ, а через другие блоки сопряжения - с соответствующими входами-выходами

25 первой и второй ЭВМ.
2. Сеть по п.1, отличающаяся тем, что внешние устройства являются ЭВМ.
3. Сеть поп.1,отличаю-

30 щ а я с я тем, что ЭВМ, имеют архитектуру по типу общей шИны.

Проераннноаппаратиый интерфейс первою типа

Транспортный процесс

Процессы

I Транспортный уровен» _____ Прверсиенно-аппаратный | интеррейс второе» том

Транспортном) процесс

Влоес соерынени»

Общее поле

Оперативной ланети

I Сотовое уровоее»|

I· j ваноиюный уровоеео|

II ______——»

Риоииоспий уровен»

Драйвер впопа лмуммммг в пет НЛвв-М ееоенаа/

Рутпс·» вЫРееАР /риернослем) парою/ fuel

Фие/t

Логическое имя процесса приемника

Длина сообщения

Заголовок сообщения

Тело сообщения

Фиг. 5

Фиг. 6

Af

A,

--процесс вЛОКирООМА

- - процесс eomoo

T- время самоконтроля узла t’и t-моменты иновмена пассивным процессами _J и^гтр.

I-—| —| .—h -4· формационного св • I j I ’ I между активным И j—| —| -| --1-1-..1 I I I I !..._ г, < с, г_г е_г t; τ, f, .ζ;

Фи. г. 8

ι ι 1 ι 1 1 1 1 1

1—I .1481786 №f _______!$ Бит контроля» к”

Фие.11