Untersuchungen zur Kommunikation von Verteilten Betriebssystemen über Hochgeschwindigkeitsnetzwerke

Finocchiaro, Rainer; Bemmerl, Thomas

doi:32804

Untersuchungen zur Kommunikation von Verteilten Betriebssystemen über Hochgeschwindigkeitsnetzwerke = Analysis and studies on communication of distributed operating systems over high-speed networks

Finocchiaro, Rainer (Author)

2013 & 2014

VerantwortlichkeitsangabeRainer Finocchiaro

Ausgabe1. Aufl.

ImpressumMünchen : Hut 2013

UmfangXV, 181 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN978-3-8439-1237-2

ReiheInformationstechnik

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Druckausgabe: 2013. - Onlineausgabe: 2014

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Bemmerl, Thomas (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-05-13

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-47814
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/229134/files/4781.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Betriebssysteme (N.N.) (615110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Cluster (Genormte SW) ; Hochgeschwindigkeitsnetz (Genormte SW) ; Verteiltes Betriebssystem (Genormte SW) ; LINUX (Genormte SW) ; Interprozesskommunikation (Genormte SW) ; Informatik (frei) ; high-speed network (frei) ; distributed operating system (frei) ; inter process communication (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Im Zuge der Leistungssteigerung von Rechensystemen sind verschiedene Architekturen entwickelt worden, von denen sich in den letzten Jahren die Clusterarchitektur als dominierende Architektur herauskristallisiert hat. Diese Architektur kombiniert eine hohe Rechenleistung mit Skalierbarkeit und Ausfallsicherheit, erkauft sich diese Vorteile allerdings durch zum einen eine aufwendigere Verwaltung der verteilten Komponenten und zum anderen Kommunikationsengpässe durch das Verbindungsnetzwerk. Um die Verwaltung zu vereinfachen, wurden Betriebssysteme entwickelt, die die verteilte Anordnung der Komponenten vor dem Anwender verstecken und ihm somit den Eindruck eines einzigen zentralen Systems vermitteln. Das Problem der Kommunikationsengpässe in verteilten Rechnerarchitekturen wird oft durch speziellere Hochgeschwindigkeitsnetzwerke gelindert, welche Anwendungen über Standardprogrammierschnittstellen den Zugriff erlauben. Von den frei verfügbaren Linux-basierten Verteilten Betriebssystemen können sie jedoch zur Zeit nicht zur clusterweiten Interprozesskommunikation genutzt werden. In dieser Arbeit sind mit ETHOS und ETHOM zwei Implementierungen einer Softwareschicht entwickelt worden, welche freien Linux-basierten Verteilten Betriebssystemen - insbesondere deren Vertreter Kerrighed - die Nutzung von Hochgeschwindigkeitsnetzen zur Kommunikation ermöglichen. Die Lösungen wurden darauf ausgelegt, sowohl ein möglichst breites Anwendungsspektrum zu unterstützen, als auch möglichst viele Hochgeschwindigkeitsnetze. Darüber hinaus wurden zwei weitere Konzepte entwickelt, die durch Beschränkung auf Anwendungen, die ein bestimmtes Netzwerkprotokoll (TIPC) verwenden, wie z.B. das erwähnte Kerrighed, eine direktere Kommunikation ermöglichen und somit eine noch höhere Leistung erwarten lassen. Messungen belegen, dass durch Einsatz der entwickelten Lösungen die Kommunikationsleistung des Verteilten Betriebssystems Kerrighed stark gesteigert werden kann. Der Durchsatz kann im Vergleich zu Gigabit-Ethernet maximal verdreifacht werden, während bei der Latenz etwa eine Halbierung erzielt wird.

In the course of improving the performance of computing systems, several different architectures have been developed, among which during the last years the cluster architecture proved to be the dominating one. This architecture combines the advantage of high computational power with scalability and reliability, but it comes at the cost of firstly more complex management of the distributed components and secondly slower communication due to the interconnection network. In order to simplify management and handling of the distributed computing resources, operating systems have been developed which hide the distributed nature of the components from the user, providing him the image of a singular centralised system. The problem of communication bottlenecks in distributed architectures is usually tackled by special high-speed networks, which can be accessed by applications using standard programming interfaces, but could not be used for clusterwide inter-process communications by freely available Linux-based distributed operating systems. Within this thesis, two implementations of a software layer that allows free Linux-based distributed operating systems - especially their representative Kerriged - to use high-speed networks for communication have been developed. One of the main aims during the development was to support a large number of high-speed networks and a wide spectrum of applications. Furthermore, two additional concepts were developed, which allow for more direct communication and therefore are expected to deliver even higher performance, sacrificing the high flexibility concerning applications and restricting the usage to applications that use the TIPC network protocol for communication. Measurements demonstrate that by using the developed software layers, communication performance of the distributed operating system Kerrighed can be greatly improved. Throughput shows up to three times higher levels compared with usage of Gigabit Ethernet, while latency can be decreased to half that of Gigabit Ethernet.

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