Бездисковый узел

Бездисковая рабочая станция «Сан-2/50» «Сан-2» . серии

( Бездисковый узел или бездисковая рабочая станция ) — это рабочая станция или персональный компьютер без дисковых накопителей , который использует сетевую загрузку для загрузки своей операционной системы с сервера . (Можно также сказать, что компьютер действует как бездисковый узел , если его диски не используются и используется сетевая загрузка.)

Бездисковые узлы (или компьютеры, выступающие в качестве таковых) иногда называют сетевыми компьютерами или гибридными клиентами . Гибридный клиент может либо просто означать бездисковый узел, либо его можно использовать в более конкретном смысле для обозначения бездискового узла, который запускает некоторые , но не все приложения удаленно , как в вычислительной архитектуре тонкого клиента .

Преимущества бездисковых узлов могут включать более низкие производственные затраты, более низкие эксплуатационные расходы, более тихую работу и преимущества управляемости (например, централизованно управляемая установка программного обеспечения).

Во многих университетах и ​​в некоторых крупных организациях ПК используются в аналогичной конфигурации: некоторые или все приложения хранятся удаленно, но выполняются локально — опять же, из соображений управляемости. Однако это не бездисковые узлы, если они по-прежнему загружаются с локального жесткого диска .

Различие между бездисковыми узлами и централизованными вычислениями

Бездисковые узлы обрабатывают данные , используя при этом собственный процессор и оперативную память для запуска программного обеспечения , но не сохраняют данные постоянно — эта задача передается серверу. Это отличается от тонких клиентов , в которых вся значительная обработка происходит удаленно, на сервере: единственное программное обеспечение, которое работает на тонком клиенте, — это «тонкое» (то есть относительно небольшое и простое) клиентское программное обеспечение, которое выполняет простые задачи ввода-вывода. для общения с пользователем, например, рисования диалогового окна на дисплее или ожидания ввода пользователя.

собирательный термин, охватывающий как тонкие клиенты, так и их технологических предшественников — текстовые терминалы (которые работают только с текстом) Централизованные вычисления — . И тонким клиентам , и текстовым терминалам могут потребоваться мощные центральные вычислительные мощности на серверах для выполнения всех важных задач обработки для всех клиентов.

Бездисковые узлы можно рассматривать как компромисс между толстыми клиентами (такими как обычные персональные компьютеры) и централизованными вычислениями, использующими центральное хранилище для повышения эффективности, но не требующими централизованной обработки и эффективно использующими мощные вычислительные мощности даже самых медленных современных процессоров. , который, как правило, простаивает большую часть времени в рамках модели централизованных вычислений.

	Централизованные вычисления или тонкий клиент	Бездисковый узел	Узел без данных	Толстый клиент
Локальные жесткие диски, используемые для данных	Нет	Нет	Нет	Да
Локальные жесткие диски, используемые для ОС	Нет	Нет	Да	Да
Используемая локальная обработка общего назначения	Нет	Да	Да	Да

Принципы работы

Операционная система (ОС) для бездискового узла загружается с сервера с использованием сетевой загрузки . В некоторых случаях для запуска процесса загрузки можно использовать съемный накопитель, например USB-накопитель или другой загрузочный носитель, например дискету , компакт-диск или DVD. Однако прошивку многих современных компьютеров можно настроить на автоматическое обнаружение сервера и начало процесса загрузки без необходимости вставлять загрузочный носитель.

Сетевая станция Carry-I книжного размера была одной из первых бездисковых систем на базе процессора Intel 80286 и производилась тайваньской компанией Flytech Technology примерно в 1991 году.

Для сетевой автоматической загрузки обычно используются сетевые протоколы Preboot Execution Environment (PXE) или Bootstrap Protocol (BOOTP) для поиска сервера с файлами для загрузки устройства. Стандартные полноразмерные настольные ПК можно загружать по сети таким образом с помощью дополнительной сетевой карты, которая включает в себя загрузочное ПЗУ универсального интерфейса сетевых устройств . Бездисковая сетевая загрузка обычно является встроенной функцией настольных и портативных компьютеров, предназначенных для использования в бизнесе, поскольку ее можно использовать на стандартном настольном компьютере, загружаемом с диска, для удаленного запуска диагностики, установки программного обеспечения или применения образа диска к локальный жесткий диск.

После того, как процесс начальной загрузки был инициирован, как описано выше, начальная загрузка будет происходить в соответствии с одним из трех основных подходов.

• В первом подходе (используемом, например, Linux Terminal Server Project ) ядро ​​загружается в память, а затем доступ к остальной части операционной системы осуществляется через подключение сетевой файловой системы к серверу. небольшой RAM-диск ( Можно создать для локального хранения временных файлов.) Этот подход иногда называют методом «корня NFS » при использовании с клиентскими операционными системами Linux или Unix.
• При втором подходе загружается ядро ​​ОС, часть памяти системы конфигурируется как большой RAM-диск, а затем остальная часть образа ОС извлекается и загружается на RAM-диск. Это реализация, которую Microsoft выбрала для своей функции удаленной загрузки Windows XP Embedded .
• При третьем подходе дисковые операции виртуализируются и фактически преобразуются в сетевой протокол. Данные, которые обычно хранятся на диске, затем сохраняются в файлах виртуальных дисков, размещенных на сервере. Дисковые операции, такие как запросы на чтение/запись секторов диска, преобразуются в соответствующие сетевые запросы и обрабатываются службой или демоном, работающими на стороне сервера. Это реализация, которая используется Neoware Image Manager, Ardence, центральной системой управления VHD. и различные продукты с загрузкой через iSCSI. Этот третий подход отличается от первого подхода, поскольку удаленной является не файловая система , а фактически дисковое устройство (или необработанное устройство ), и клиентская ОС не знает, что она не работает с жесткого диска. Вот почему этот подход иногда называют « Виртуальным жестким диском » или «Сетевым виртуальным диском».

Этот третий подход упрощает использование клиентской ОС по сравнению с наличием полного образа диска в оперативной памяти или использованием файловой системы, доступной только для чтения. При таком подходе система использует некий «кеш записи», в котором хранятся все данные, записанные бездисковым узлом. Этот кэш записи обычно представляет собой файл, хранящийся на сервере (или в клиентском хранилище, если таковое имеется). Это также может быть часть оперативной памяти клиента. Этот кэш записи может быть постоянным или энергозависимым. В энергозависимом режиме все данные, записанные конкретным клиентом на виртуальный диск, удаляются при перезагрузке указанного клиента, и тем не менее, пользовательские данные могут оставаться постоянными, если они записаны в пользовательских (роуминговых) профилях или домашних папках (которые хранятся на удаленные серверы). Два основных коммерческих продукта (один от Hewlett-Packard , а другой от Citrix Systems ), которые позволяют развертывать бездисковые узлы, способные загружать клиентские ОС Microsoft Windows или Linux, используют такие кэши записи. Продукт Citrix не может использовать постоянный кэш записи, а продукты VHD и HP — могут.

Бездисковые узлы Windows

Windows 3.x и Windows 95 OSR1 поддерживаются операции удаленной загрузки с NetWare , серверов Серверы Windows NT и даже серверы DEC Pathworks .

Сторонние поставщики программного обеспечения, такие как Qualystem (приобретена Neoware ), LanWorks (приобретена 3Com ), Ardence (приобретена Citrix Systems ), APCT и технологии Xtreamining разработали и продали программные продукты, предназначенные для удаленной загрузки новых версий линейки продуктов Windows : Windows 95 OSR2 и Windows 98 поддерживались Qualystem и Lanworks, Windows NT поддерживалась APCT и Ardence (в то время называвшаяся VenturCom), а Windows 2000/XP/2003/Vista/Windows 7 поддерживаются компаниями Hewlett-Packard (которая приобрела Neoware , которая ранее приобрела Qualystem) и Citrix Systems (которая приобрела Ardence ).

Сравнение с толстыми клиентами

Установка и обслуживание программного обеспечения

По сути, при наличии единого образа ОС для множества компьютеров (возможно, с некоторыми настройками для различий в конфигурациях оборудования между узлами) установка программного обеспечения и обслуживание установленного программного обеспечения могут быть более эффективными. Кроме того, любые системные изменения , внесенные во время работы (из-за действий пользователя, червей, вирусов и т. д.), могут быть либо удалены при отключении питания (если образ скопирован на локальный RAM-диск), например, при удаленной загрузке Windows XP Embedded. или запрещен полностью (если изображение представляет собой сетевую файловую систему). Это позволяет использовать его в местах общего доступа (например, в библиотеках ) или в школах и т. д., где пользователи могут захотеть поэкспериментировать или попытаться «взломать» систему.

Однако для достижения любого из вышеперечисленных преимуществ нет необходимости реализовывать загрузку по сети - обычные ПК (с помощью соответствующего программного обеспечения) можно настроить на загрузку и переустановку своих операционных систем (например) каждую ночь, что требует дополнительной работы по сравнению с к использованию общего образа диска, с которого загружаются бездисковые узлы.

Современные бездисковые узлы могут совместно использовать один и тот же образ диска, используя соотношение 1:N (1 образ диска одновременно используется N бездисковыми узлами). Это значительно упрощает установку и обслуживание программных приложений: администратору необходимо установить или поддерживать приложение только один раз, а клиенты смогут получить новое приложение сразу после загрузки обновленного образа. Совместное использование образа диска становится возможным, поскольку они используют кеш записи: ни один клиент не конкурирует за запись в общий образ диска, поскольку каждый клиент записывает в свой собственный кеш.

Все современные системы бездисковых узлов также могут использовать соотношение «клиент-диск-изображение» 1:1, при котором один клиент «владеет» одним образом диска и записывает непосредственно в этот образ диска. Тогда кэш записи не используется.

Внесение изменений в общий образ диска обычно осуществляется следующим образом:

1. Администратор создает копию общего образа диска, который он/она хочет обновить (это легко сделать, поскольку файл образа диска открывается только для чтения).
2. Администратор загружает бездисковый узел в режиме 1:1 (необщий режим) из только что созданной копии образа диска.
3. Администратор вносит любые изменения в образ диска (например, устанавливает новое программное обеспечение, применяет исправления или исправления).
4. Администратор выключает бездисковый узел, который использовал образ диска в режиме 1:1.
5. Администратор делится измененным образом диска.
6. Бездисковые узлы используют общий образ диска (1:N) сразу после перезагрузки.

Централизованное хранилище

Использование центрального дискового хранилища также позволяет более эффективно использовать дисковое хранилище. Это может сократить затраты на хранение данных, высвободив капитал для инвестиций в более надежные и современные технологии хранения данных, такие как RAID-массивы , поддерживающие избыточную работу, и сети хранения данных , которые позволяют добавлять хранилища в горячем режиме без каких-либо перерывов. Кроме того, это означает, что выход из строя дисковых накопителей из-за механического или электрического сбоя (что является статистически весьма вероятным событием в течение нескольких лет, при этом задействовано большое количество дисков) зачастую менее вероятен (поскольку обычно дисковых накопителей меньше это может привести к сбою) и с меньшей вероятностью вызовет сбой (поскольку они, скорее всего, будут частью RAID-массивов). узлы Это также означает, что сами с меньшей вероятностью будут иметь аппаратные сбои, чем толстые клиенты .

Бездисковые узлы имеют те же преимущества, что и тонкие клиенты .

Производительность централизованного хранилища

Однако за такую ​​эффективность хранения приходится платить. Как это часто бывает в вычислительной технике, повышение эффективности хранения иногда достигается за счет снижения производительности.

Большое количество узлов, одновременно предъявляющих требования к одному и тому же серверу, может замедлить работу каждого. Однако эту проблему можно смягчить, установив на сервер большие объемы оперативной памяти (что ускоряет операции чтения за счет повышения производительности кэширования ), добавив больше серверов (которые распределяют рабочую нагрузку ввода-вывода) или добавив больше дисков в RAID-массив. (который распределяет физическую рабочую нагрузку ввода-вывода). В любом случае это тоже проблема, которая в той или иной степени может затронуть любую клиент-серверную сеть, поскольку, конечно же, толстые клиенты также используют серверы для хранения пользовательских данных.

Действительно, пользовательские данные могут иметь гораздо больший размер и в некоторых средах к ним можно обращаться гораздо чаще, чем к операционным системам и программам, поэтому переход на бездисковую модель не обязательно приведет к заметному снижению производительности.

большая пропускная способность сети В бездисковой модели также будет использоваться (т.е. емкость) по сравнению с моделью толстого клиента. Это не обязательно означает, что необходимо будет установить сетевую инфраструктуру большей пропускной способности — это может просто означать, что будет использоваться более высокая доля существующей пропускной способности сети.

Наконец, сочетание задержек сетевой передачи данных (физическая передача данных по сети) и задержек конкуренции (ожидание, пока сервер обработает запросы других узлов раньше вашего) может привести к неприемлемому снижению производительности по сравнению с использованием локальных дисков, в зависимости от от характера приложения и мощности сетевой инфраструктуры и сервера.

Другие преимущества

Другой пример ситуации, когда бездисковый узел может оказаться полезным, — это потенциально опасная среда, где компьютеры могут быть повреждены или уничтожены, что делает необходимость в недорогих узлах и минимальном оборудовании преимуществом. Опять же, здесь также можно использовать тонкие клиенты.

Бездисковые машины также могут потреблять мало энергии и издавать мало шума, что подразумевает потенциальную выгоду для окружающей среды и делает их идеальными для некоторых компьютерных кластеров приложений .

Сравнение с тонкими клиентами

В архитектуре как тонкого клиента, так и бездискового узла используются бездисковые клиенты, которые имеют преимущества перед толстыми клиентами (см. выше), но различаются местом обработки.

Преимущества бездисковых узлов перед тонкими клиентами

• Распределенная нагрузка. Нагрузка на обработку бездисковых узлов распределена. Каждый пользователь получает свою собственную изолированную среду обработки, практически не влияющую на других пользователей в сети, если их рабочая нагрузка не требует интенсивной работы файловой системы. Тонкие клиенты полагаются на центральный сервер для обработки и, следовательно, требуют быстрого сервера. Когда центральный сервер занят и работает медленно, это повлияет на оба типа клиентов, но тонкие клиенты будут замедляться полностью, тогда как бездисковые узлы будут замедляться только при доступе к данным на сервере.
• Улучшенная производительность мультимедиа . Бездисковые узлы имеют преимущества перед тонкими клиентами в мультимедийных приложениях, для которых при полном обслуживании потребуется большая полоса пропускания. Например, бездисковые узлы хорошо подходят для видеоигр, поскольку рендеринг является локальным, что снижает задержку.
• Поддержка периферийных устройств Бездисковые узлы обычно представляют собой обычные персональные компьютеры или рабочие станции без жестких дисков, что означает обычного большого количества периферийных устройств возможность добавления . Напротив, тонкие клиенты обычно представляют собой очень маленькие, герметичные коробки без возможности внутреннего расширения и с ограниченной или несуществующей возможностью внешнего расширения. Даже если, например, USB- устройство может быть физически подключено к тонкому клиенту, программное обеспечение тонкого клиента может не поддерживать периферийные устройства, помимо основных устройств ввода и вывода — например, оно может быть несовместимо с графическими планшетами , цифровыми камерами или сканерами .

Преимущества тонких клиентов перед бездисковыми узлами

• Аппаратное обеспечение тонких клиентов дешевле , поскольку требования к обработке на клиенте минимальны, а 3D-ускорение и сложная поддержка звука обычно не предоставляются. Конечно, можно приобрести и бездисковый узел с дешевым процессором и минимальной поддержкой мультимедиа, если это возможно. Таким образом, экономия средств может быть меньше, чем кажется на первый взгляд для некоторых организаций. Однако многие крупные организации обычно покупают оборудование с более высокими, чем необходимо, характеристиками, чтобы удовлетворить потребности конкретных приложений и применений или обеспечить надежность в будущем (см. следующий пункт) . Есть и менее «рациональные» причины для чрезмерной спецификации аппаратного обеспечения, которые довольно часто вступают в игру: департаменты расточительно расходуют бюджеты, чтобы сохранить текущий уровень бюджета на следующий год; и неуверенность в будущем, или недостаток технических знаний, или недостаток внимательности и внимательности при выборе характеристик ПК. Принимая во внимание все эти факторы, тонкие клиенты могут принести наиболее существенную экономию, поскольку в модели тонкого клиента только серверы, вероятно, будут существенно «позолочены» и/или «защищены от будущего».
• Проверка на будущее не является большой проблемой для тонких клиентов, которые, скорее всего, останутся работоспособными в течение всего цикла замены — от одного до четырех лет или даже дольше — поскольку нагрузка ложится на серверы. Существуют проблемы, когда речь идет о бездисковых узлах, поскольку нагрузка на обработку потенциально намного выше, а это означает, что при покупке требуется больше внимания. Сети тонких клиентов могут потребовать значительно более мощных серверов в будущем, тогда как сеть бездисковых узлов в будущем может потребовать обновления сервера, обновления клиента или того и другого.
• Сети тонких клиентов потенциально потребляют меньшую пропускную способность сети , поскольку большая часть данных просто считывается сервером и обрабатывается там, а затем передается клиенту только небольшими частями, когда и когда это необходимо для отображения. Кроме того, передача графических данных на дисплей обычно больше подходит для эффективных данных технологий сжатия и оптимизации (см., например, технологию NX ), чем для передачи произвольных программ или пользовательских данных. Во многих типичных сценариях приложений ожидается, что как общее потребление полосы пропускания, так и «пакетное» потребление будут меньше для эффективного тонкого клиента, чем для бездискового узла.

См. также

• Тонкий клиент
• Сетевое блочное устройство
• Бездисковая удаленная загрузка в Linux
• Среда выполнения перед загрузкой

Ссылки

• Марони, Тим (1987). «Файловые серверы против дисковых серверов» . МакТех . 3 (4). Архивировано из оригинала 28 апреля 2006 г. Проверено 23 июля 2007 г.
• Кари, Ханну Х. (1989). Бездисковые рабочие станции в локальной сети (научная лицензия в области технологий). Хельсинкский технологический университет , факультет электротехники.
• Фостер, Луи А.; Хьюз, Норамн Л. (март 1991 г.). «Сделаем файлы реальными с помощью виртуального диска» (PDF) . Материалы двадцать второго технического симпозиума SIGCSE по образованию в области информатики - SIGCSE '91 . Двадцать второй технический симпозиум SIGCSE по образованию в области информатики. стр. 199–204. дои : 10.1145/107004.107039 . ISBN  0897913779 .
• США 5146568 , Флаэрти, Джеймс Э. и Абрахамс, Алан, «Удаленная загрузка узла по каналу связи путем первоначального запроса программы удаленного доступа к хранилищу, которая имитирует локальный диск для загрузки других программ», опубликовано 8 сентября 1992 г., передано Digital Equipment Corporation.  
• Хейтер, Марк Дэвид (ноябрь 1993 г.). Архитектура рабочей станции для поддержки мультимедиа (Отчет). Компьютерная лаборатория Кембриджского университета. дои : 10.48456/tr-319 . UCAM-CL-TR-319.
• US 5577210 , Абдус, Араве; Демортен, Стефан и Далонгвиль, Дидье, «Удаленная загрузка операционной системы по сети», опубликовано 19 ноября 1996 г., передано Bull SA.  
• Ли, Эдвард К.; Теккат, Чандрамохан А. (1996). Лепесток: Распределенные виртуальные диски (PDF) . 7-я Международная конференция по архитектурной поддержке языков программирования и операционных систем. Архивировано из оригинала (PDF) 1 апреля 2011 г. Проверено 21 июля 2009 г.
• Лесли, Ян; Маколи, Дерек (24 июля 1996 г.). Поддержка операционных систем для настольной сети (Отчет). Архивировано из оригинала (Постскриптум) 21 октября 2003 г.
• «Управление бездисковыми станциями Windows 2000 и XP с Linux-сервера» (пресс-релиз). 2004. Архивировано из оригинала 10 февраля 2010 г.

Внешние ссылки

• Домашняя страница сетевого блочного устройства http://nbd.sourceforge.net/