Что такое расширяемость операционной системы
Расширяемость
В то время, как аппаратная часть компьютера устаревает за несколько лет, полезная жизнь операционных систем может измеряться десятилетиями. Примером может служить ОС UNIX. Поэтому операционные системы всегда эволюционно изменяются со временем, и эти изменения более значимы, чем изменения аппаратных средств. Изменения ОС обычно представляют собой приобретение ею новых свойств. Например, поддержка новых устройств, таких как CD-ROM, возможность связи с сетями нового типа, поддержка многообещающих технологий, таких как графический интерфейс пользователя или объектно-ориентированное программное окружение, использование более чем одного процессора. Сохранение целостности кода, какие бы изменения не вносились в операционную систему, является главной целью разработки.
Расширяемость может достигаться за счет модульной структуры ОС, при которой программы строятся из набора отдельных модулей, взаимодействующих только через функциональный интерфейс. Новые компоненты могут быть добавлены в операционную систему модульным путем, они выполняют свою работу, используя интерфейсы, поддерживаемые существующими компонентами.
Прекрасные возможности для расширения предоставляет подход к структурированию ОС по типу клиент-сервер с использованием микроядерной технологии. В соответствии с этим подходом ОС строится как совокупность привилегированной управляющей программы и набора непривилегированных услуг-серверов. Основная часть ОС может оставаться неизменной в то время, как могут быть добавлены новые серверы или улучшены старые.
Средства вызова удаленных процедур (RPC) также дают возможность расширить функциональные возможности ОС. Новые программные процедуры могут быть добавлены в любую машину сети и немедленно поступить в распоряжение прикладных программ на других машинах сети.
Некоторые ОС для улучшения расширяемости поддерживают загружаемые драйверы, которые могут быть добавлены в систему во время ее работы. Новые файловые системы, устройства и сети могут поддерживаться путем написания драйвера устройства, драйвера файловой системы или транспортного драйвера и загрузки его в систему.
Будущее рынка ОС: вертикальность, масштабируемость и свобода
На Хабре уже отстрелялись по новой Nokia N900 (она же технически зовется RX-51) с ОС Maemo 5, собственное имя ОС Fremantle (на ядре Linux). Обзор, на который ссылается и Хабр, и все англоязычные источники, написал Эльдар Муртазин — он успел первым в мире. Обзор лично на меня не производит впечатления фейка, и я склонен поверить автору и заявленых ТТХ этой таблетки.
Мне же хотелось бы высказать пару своих мыслей и поговорить не по устройству и даже не про Nokia, а про будущее ОС в целом, в связи со свершившимся фактом — появлением N900. Про ближайшее будущее. Может быть, помечтать. Не судите строго и не кидайте сразу тряпками, пусть это будет фантастикой или киберпанком.
С кем же еще обсудить, как не с вами? Был бы благодарен за все аргументированные соображения на счет нашего будущего в связи с заявленым принципом «вертикальной ОС».
Самым впечатляющим событием в связи с появлением информации о N900 для меня являются похороны ОС Symbian, конкретно Symbian S60. Под давлением неопровержимых фактов мы вынуждены признать, что Nokia действительно сливает свое детище, Symbian, вчистую. С выходом N900 ее флагманом становится Maemo, то есть Linux. Принять такое решение (и отдать Sybian в Symbian Foundation), конечно, было нелегко — в Symbian 20 миллионов строк кода и годы труда и капиталовложений. Мне тоже его жаль — в моем полноклавиатурном смартфоне именно S60, и мне он в целом нравится — своей простотой, адекватностью, практичностью, быстротой и надежностью работы, низкими системными требованиями.
Причинами отказа явились не сиюминутные рыночные выгоды, а хорошее понимание Nokia структуры грядущего в 2010 году коренного передела рынка ОС. Извините за длинную цитату, я вынужден ее привести для понимания аргументации автора:
«В этой ситуации движущей силой для S60 становится цена, аппараты уже осенью 2010 года станут заметно дешевле, флагманами становятся устройства на Maemo, на рынке им противостоят S60-смартфоны от Sony Ericsson, только этот производитель будет бороться за рынок смартфонов, используя S60, у компании нет возможностей для развития направления Linux, хотя она активно ведет переговоры с рядом игроков, пытается найти компромиссное решение и создать свою вертикальную ОС. Пока безрезультатно.
В подобной ситуации для смартфонов на Maemo от Nokia возникает большой временной лаг с конкурентами. Фактически можно говорить, что только Nokia и Apple имеют одинаковые решения в 2010-2012 годах, что позволит им нарастить свою рыночную долю в этом сегменте. Для Samsung время несколько упущено, но за счет маркетинговых ухищрений это будет не так заметно. Уже сегодня виджеты распространены не только на телефонах, но и на нетбуках, интеграция элементов интерфейса продолжится. Но назвать внешнюю видимость полноценной масштабируемой вертикальной ОС нельзя. Для LG пока нет никакой перспективы в этом направлении, в компании не осознают рыночную тенденцию, только-только начинают видеть очертания будущего рынка. В Sony Ericsson проблемный период, компания потеряла два года, новое руководство явно потратит около года на реорганизацию, вступить в гонку производитель сможет не ранее середины 2010 года, а результаты будут видны в 2011-2012 годах, когда Google, Nokia, Apple уже будут вовсю меряться силами на этом рынке. Впервые компании интегрируют сервисы, софт, устройства в одну вертикаль, можно условно назвать этот рынок вертикальным. Это основное отличие от прошлых лет, меняется парадигма. Рынок становится вертикальным, устройства связаны между собой единой ОС, но отличаются их технические характеристики, размеры.
Надеюсь, что столь «короткий» рассказ позволил вам понять, отчего компания Nokia выбрала Linux/Maemo как ОС для будущего вертикального рынка.»
Муртазин вводит понятие «вертикальной ОС», пригодной, с минимальными модицикациями, к работе на плеере, телефоне, PDA, нетбуке и десктопе. По его мысли, на сегодня такой платформой обладают Apple, с выходом N900 — Nokia, и медленно работающий, но создающий плацдарм для своей полной победы в этом направлении Google.
(Microsoft в рыночную ситуацию-2010 до сих пор не врубился и потому на сегодня сходит с дистанции. Их решения по windows Mobile 6.5 (а таткже 7, 7.5, и 8) это ярко показывают. Они не умеют и не хотят работать на опережение тенденций, не хотят рисковать деньгами — и потому уже проиграли. Samsung просто сильно отстал. Остальные участники рынка либо непоправимо отстали, либо не имеют потенциала для самостоятельного (вне альянсов) покрытия такого диапазона устройств.)
Фактически, на этом поле, особенно на рынке верхего сегмента смартфонов, по мысли Муртазина, в 2010-2012 играют в полную силу только Apple и нагнавшая его буквально вчера Nokia.
Я бы не согласился с такой оценкой. По-моему, Гугл активно вторгнется сюда и перетряхнет рынок уже в середине 2010. Основные опорные точки для этого входа — это
— массовый, во многих линейках и у многих производителей выход на рынок устройств на Android осенью 2009. Многие производители запускают по многу устройств на Android разом.
— выход Android 2.0, появление на рынке устройств на нем
— выход Chrome OS, снапшоты которой появятся в 2009-м, а в середине 2010 обещаны уже готовы нетбуки (гуглобуки) с предустановленой Chrome OS в продаже. Соответственно, вся сетевая инфраструктура Google для поддержки этой ОС, ее приложений будет к этому уже готова на серверной стороне.
С учетом крайне низких цен на мелкие андроидные устройства и ожидаемых низких цен на гуглобуки в 2010-м, мы ожидаем что это взорвет рынок. К тому же Apple так и не попытался выйти на рыно нетбуков, не освоил нишу MID, не сделал Internet Tablet PC, ни PMP с большим экраном (или, скажем, с проектором, как китайцы). Apple слшиком сосредоточился на своих любимых игрушках — MacBook, iPod, iTouch. В его позиции зияет огромная дыра в самом центре.
Ее и заполнит Гугл в первую очередь — появлением на прилавках гуглобуков с Chrome OS. Если это произойдет в означеные сроки и они будут ожидаемо дешевы — массовый рынок будет весь его.
Не будем забывать, что Chrome Os строится на ядре Linux и представляет собой открытую систему. Гуглобуки будут насквозь совместимы со всем с чем можно и по железу, и по софту: на них можно будет поставить любой другой Linux, с одной стороны. Китайцам ничего ен будет стоить наштамповать дешевых гуглобуков, идеально соместимых с Chrome OS, и предустановить ее — с другой.
Все это очень хорошо для дальнейшего прогресса. И надежно гарантирует нас от цен Apple на этом прорывном сегменте.
Почему я говорю, что Муртазин вводит понятие «vertical OS»? Потому, что Гугл не находит такого устойчивого термина в релевантной литературе. Видимо, он придумал сам.
Я не сторонник умножения сущностей без нужды. Гораздо правильней, на мой взгляд, использовать понятие масштабируемости ОС. Уже лет 12 назад была очевидно хорошая масштабируемость Unix систем, имеющихся на десктопах, в частности таких как Linux и BSD, и никуда не годная масштабируемость Windows.
Масштабируемость — это свойство ОС, позволяющее использовать ее в системах любого масштаба. От высокопроизводительных серверных систем до десктопов, управляющих производством или транспортом компьютеров, MID, ноутбуков, нетбуков, КПК, смартфонов и коммуникаторов до электронных книг, PMP, холодильников и микроволновок.
Нетрудно видеть, что за 14 лет, прошедших с возникновения на PC полноценной ОС Windows (я имею в виду Windows 95, поскольку 3.11 была не ОС, а оболочкой), Windows, с превеликим трудом, смогла освоить серьезный серверный сегмент — не составив, однако, конкуренции Unix системам в жизнеобеспечении инфраструктуры интернета. Экспансия же вниз, к настоящему времени, провалена. На плеер и электронную книгу, на ARM процессор современная Windows не масштабируется в принципе, это направление в Microsoft слили. Для ARM нетбуков у MS нет ничего, кроме Windows CE.
Так уж сложилось, что в 2009 году падают продажи дорогих десктопов и особенно дорогих десткопных ОС, а рынок PMP, смартфонов, коммуникаторов, нетбуков, таблеток пышно расцветает, несмотря на кризис. Растут масштабируемые свободные (и тоже проприетарные) ОС.
Рискну сделать прогноз: в самое ближайшее время нас ждет перелом на рынке ОС. Закончится 14-летняя эра монополии Microsoft. Наступит эра разнообразия. С одной стороны, станет действительно массовым рынок разнообразных устройств, выходящих в интернет — клавиатурных и бесклавиатурных, помещающися и не помещающихся в карман, универсальных и специализированных. С другой стороны, производители железа начнут, наконец, задумывать о совместимости своего железа не только с Windows XP и Windows Vista. Они прозреют и увидят, по меньшей мере, операционки от Google. А это, в свою очередь, обеспечит совместимость всего этого железа с ядром Linux, а следовательно, большую свободу для пользователя — он сможет без проблем установить на купленый нетбук и Chrome, и (мама!) Android, и Maemo, и Debian, и Touch OS, и Xubuntu либо Kubuntu любой модификации. А захочет — поставит Windows. Свобода!
Мне кажется, это более чем в наших интересах. Лично мне такое будущее нравится.
На рынке начнут рост те компании, которые предлагают масштабируемые ОС (и решения на и для этих ОС). Решающим фактором станет масштаб вниз от десктопа и ноутбука. А те, что не предложат — утратят свои позиции. (Думаю, Windows 7 провалится в ближайшие месяцы так же, как провалилась Vista — без шума и треска, но предполагаемых денег — не соберет.)
Вторая фича, наряду со свободой выбора ОС — свобода выбора платформы. Таблетки и нетбуки на ARM ценой менее 400$ мне лично очень интересны. Логика проста: не всем нужен десктоп, особенно если ты мобилен и много передвигаешься по городу и по планете. С другой стороны, есть много людей у которых есть и десктоп и ноутбук, но им нужны и другие устройства, и они готовы за них заплатить при условии надлежащих потребительских свойств, соответствия своим потребностям и адекватной цены. Потребности у всех разные. Я — айтишник, у меня есть два десктопа с Xubuntu, полноклавиатурный смартфон с Symbian, электронная книга на ядре Linux, PMP. У жены, математика и психотерапевта, нетбук и PMP. У дочери, лингвиста, большой ноутбук с Windows Vista, и легкий нетбук с Windows XP, а также PMP.
Потребности человека подвижны и сильно меняются от работы, образа жизни и места пребывания: скажем, сейчас массова тенденция замена дома старых уродливых десктопов типа «железный ящик» на Nettop и игровую консоль. Сейчас, когда ниша десктопных компьютеров чуть более чем насыщена, развитие должно пойти и пойдет по пути большей гибкости, большей специализации и большей свободы выбора для пользователя. В полном соответствии с Тоффлером, кстати. Кризис лишь добавил лишнего пинка в этой ситуации, которая и так неустойчиво балансировала на краю. Тенденции же закономерны, и это просто должно было случиться.
В борьбе же открытых и закрытых масштабируемых ОС очень быстро (гораздо быстрей чем за 14 лет) начнут побеждать открытые. И тут я бы ставил на Google, ядро Linux, и железо, совместимое с ядром Linux — а не на Apple. Apple останется дорогим нишевым продуктом с отличным дизайном.
Мы перестанем спорить — что лучше, Windows или Linux. Потому что спор этот утратит смысл. Мы не будем спорить о преимуществах платформ — кто-то останется за большой клавиатурой, кто-то с маленькой, а кто-то будет тыкать пальцем в виртуальную, вот и вся разница. Настанет эра специализиации и улучшений в каждой отдельно взятой нише: будут улучшаться электронные книги на электронной бумаге — чтоб их читать было даже приятней, чем книги бумажные. Будут улушаться игровые консоли и неттопы, появятся компьютеры в телевизоре и домашние телефоны с интернетом. Смартфоны и коммуникаторы на разных платформах будут конкурировать за то, чтоб лучше выполнять свою основную функцию в рамках своей бюджетной ниши. Жесткая конкуренция осбострит борьбу за предложение по все более низким ценам.
И все эти тенденции чертовски радуют.
А всего-то делов — в изначально правильном архитектурном решении ОС, предполагающем легкую масштабируемость, в том числе разделение ядра и графической подсистемы.
Вот на такие мысли наталкивает появившийся вчера обзор N900. Не знаю, правильно ли я помещаю эти мысли сюда, в ОС — а не в PDA, Смартфоны или Нетбуки. Но точно знаю, что обсудить по сути это имеет смысл именно здесь, на Хабре.
Расширяемость
Дата добавления: 2013-12-23 ; просмотров: 1132 ; Нарушение авторских прав
Требования, предъявляемые к ОС 90-х годов
Современные концепции и технологии проектирования операционных систем
Операционная система является сердцевиной сетевого программного обеспечения, она создает среду для выполнения приложений и во многом определяет, какими полезными для пользователя свойствами эти приложения будут обладать. В связи с этим рассмотрим требования, которым должна удовлетворять современная ОС.
Очевидно, что главным требованием, предъявляемым к операционной системе, является способность выполнения основных функций: эффективного управления ресурсами и обеспечения удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ. Современная ОС, как правило, должна реализовывать мультипрограммную обработку, виртуальную память, свопинг, поддерживать многооконный интерфейс, а также выполнять многие другие, совершенно необходимые функции. Кроме этих функциональных требований к операционным системам предъявляются не менее важные рыночные требования. К этим требованиям относятся:
Рассмотрим более подробно некоторые из этих требований.
В то время, как аппаратная часть компьютера устаревает за несколько лет, полезная жизнь операционных систем может измеряться десятилетиями. Примером может служить ОС UNIX. Поэтому операционные системы всегда эволюционно изменяются со временем, и эти изменения более значимы, чем изменения аппаратных средств. Изменения ОС обычно представляют собой приобретение ею новых свойств. Например, поддержка новых устройств, таких как CD-ROM, возможность связи с сетями нового типа, поддержка многообещающих технологий, таких как графический интерфейс пользователя или объектно-ориентированное программное окружение, использование более чем одного процессора. Сохранение целостности кода, какие бы изменения не вносились в операционную систему, является главной целью разработки.
Расширяемость может достигаться за счет модульной структуры ОС, при которой программы строятся из набора отдельных модулей, взаимодействующих только через функциональный интерфейс. Новые компоненты могут быть добавлены в операционную систему модульным путем, они выполняют свою работу, используя интерфейсы, поддерживаемые существующими компонентами.
Прекрасные возможности для расширения предоставляет подход к структурированию ОС по типу клиент-сервер с использованием микроядерной технологии. В соответствии с этим подходом ОС строится как совокупность привилегированной управляющей программы и набора непривилегированных услуг-серверов. Основная часть ОС может оставаться неизменной в то время, как могут быть добавлены новые серверы или улучшены старые.
Средства вызова удаленных процедур (RPC) также дают возможность расширить функциональные возможности ОС. Новые программные процедуры могут быть добавлены в любую машину сети и немедленно поступить в распоряжение прикладных программ на других машинах сети.
Некоторые ОС для улучшения расширяемости поддерживают загружаемые драйверы, которые могут быть добавлены в систему во время ее работы. Новые файловые системы, устройства и сети могут поддерживаться путем написания драйвера устройства, драйвера файловой системы или транспортного драйвера и загрузки его в систему.
Что такое расширяемость операционной системы
Расширяемость и масштабируемость.
Расширяемость (extensibility) означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной. При этом принципиально важно, что легкость расширения системы иногда может обеспечиваться в весьма ограниченных пределах. Например, локальная сеть Ethernet, построенная на основе одного сегмента толстого коаксиального кабеля, обладает хорошей расширяемостью, в том смысле, что позволяет без труда подключать новые станции. Однако такая сеть имеет ограничение на число станций — оно не должно превышать 30–40. Хотя сеть допускает физическое подключение к сегменту и большего числа станций (до 100), но при этом чаще всего резко снижается производительность сети. Наличие такого ограничения и является признаком плохой масштабируемости системы при хорошей расширяемости.
Масштабируемость (scalability) означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается. Для обеспечения масштабируемости сети приходится применять дополнительное коммуникационное оборудование и специальным образом структурировать сеть. Например, хорошей масштабируемостью обладает многосегментная сеть, построенная с использованием коммутаторов и маршрутизаторов и имеющая иерархическую структуру связей. Такая сеть может включать несколько тысяч компьютеров и при этом обеспечивать каждому пользователю сети нужное качество обслуживания.
Прозрачность (transparency) сети достигается в том случае, когда сеть представляется пользователям не как множество отдельных компьютеров, связанных между собой сложной системой кабелей, а как единая традиционная вычислительная машина с системой разделения времени.
Прозрачность может быть достигнута на двух различных уровнях — на уровне пользователя и на уровне программиста. На уровне пользователя прозрачность означает, что для работы с удаленными ресурсами он использует те же команды и привычные процедуры, что и для работы с локальными ресурсами. На программном уровне прозрачность заключается в том, что приложению для доступа к удаленным ресурсам требуются те же вызовы, что и для доступа к локальным ресурсам. Прозрачности на уровне пользователя достичь проще, так как все особенности процедур, связанные с распределенным характером системы, скрываются от пользователя программистом, который создает приложение. Прозрачность на уровне приложения требует сокрытия всех деталей распределенности средствами сетевой операционной системы.
Прозрачность — свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, что упрощает работу в сети.
Концепция прозрачности применима к различным аспектам сети. Например, прозрачность расположения означает, что от пользователя не требуется знать местонахождение программных и аппаратных ресурсов, таких как процессоры, принтеры, файлы и базы данных. Имя ресурса не должно включать информацию о месте его расположения, поэтому имена типа mashine1:prog.c или \\ftp_serv\pub прозрачными не являются. Аналогично, прозрачность перемещения означает, что ресурсы могут свободно перемещаться из одного компьютера в другой без изменения имен. Еще одним из возможных аспектов прозрачности является прозрачность параллелизма, которая заключается в том, что процесс распараллеливания вычислений происходит автоматически, без участия программиста, при этом система сама распределяет параллельные ветви приложения по процессорам и компьютерам сети. В настоящее время нельзя сказать, что свойство прозрачности в полной мере присуще многим вычислительным сетям, это скорее цель, к которой стремятся разработчики современных сетей.
Поддержка разных видов трафика
Компьютерные сети изначально предназначались для совместного доступа к ресурсам компьютеров: файлам, принтерам и т. п. Трафик, создаваемый этими традиционными службами компьютерных сетей, имеет свои особенности и существенно отличается от трафика сообщений в телефонных сетях или, например, в сетях кабельного телевидения. Однако в 90-е годы в компьютерные сети проник трафик мультимедийных данных, представляющих в цифровой форме речь и видеоизображение. Компьютерные сети стали использоваться для организации видеоконференций, обучения на основе видеофильмов и т. п. Естественно, что для динамической передачи мультимедийного трафика требуются иные алгоритмы и протоколы, и, соответственно, другое оборудование. Хотя доля мультимедийного трафика пока невелика, он уже начал проникать как в глобальные, так и в локальные сети, и этот процесс, очевидно, будет активно продолжаться.
Главной особенностью трафика, образующегося при динамической передаче голоса или изображения, является наличие жестких требований к синхронности передаваемых сообщений. Для качественного воспроизведения непрерывных процессов, которыми являются звуковые колебания или изменения интенсивности света в видеоизображении, необходимо получение измеренных и закодированных амплитуд сигналов с той же частотой, с которой они были измерены на передающей стороне. При запаздывании сообщений будут наблюдаться искажения.
В то же время трафик компьютерных данных характеризуется крайне неравномерной интенсивностью поступления сообщений в сеть при отсутствии жестких требований к синхронности доставки этих сообщений. Например, доступ пользователя, работающего с текстом на удаленном диске, порождает случайный поток сообщений между удаленным и локальным компьютерами, зависящий от действий пользователя, причем задержки при доставке в некоторых (достаточно широких с компьютерной точки зрения) пределах мало влияют на качество обслуживания пользователя сети. Все алгоритмы компьютерной связи, соответствующие протоколы и коммуникационное оборудование были рассчитаны именно на такой “пульсирующий” характер трафика, поэтому необходимость передавать мультимедийный трафик требует внесения принципиальных изменений, как в протоколы, так и в оборудование. Сегодня практически все новые протоколы в той или иной степени предоставляют поддержку мультимедийного трафика.
Особую сложность представляет совмещение в одной сети традиционного компьютерного и мультимедийного трафика. Передача исключительно мультимедийного трафика компьютерной сетью хотя и связана с определенными сложностями, но доставляет меньше хлопот. А вот сосуществование двух типов трафика с противоположными требованиями к качеству обслуживания является намного более сложной задачей. Обычно протоколы и оборудование компьютерных сетей относят мультимедийный трафик к факультативному, поэтому качество его обслуживания оставляет желать лучшего. Сегодня затрачиваются большие усилия по созданию сетей, которые не ущемляют интересы одного из типов трафика. Наиболее близки к этой цели сети на основе технологии ATM, разработчики которой изначально учитывали случай сосуществования разных типов трафика в одной сети.
Управляемость
В идеале средства управления сетями представляют собой систему, осуществляющую наблюдение, контроль и управление каждым элементом сети — от простейших до самых сложных устройств, при этом такая система рассматривает сеть как единое целое, а не как разрозненный набор отдельных устройств.
Совместимость или интегрируемость означает, что сеть может включать в себя разнообразное программное и аппаратное обеспечение, то есть в ней могут сосуществовать различные операционные системы, поддерживающие разные стеки коммуникационных протоколов, и работать аппаратные средства и приложения от разных производителей. Сеть, состоящая из разнотипных элементов, называется неоднородной или гетерогенной, а если гетерогенная сеть работает без проблем, то она является интегрированной. Основной путь построения интегрированных сетей — использование модулей, выполненных в соответствии с открытыми стандартами и спецификациями.
Качество обслуживания
Качество обслуживания ( Quality of Service, QoS ) определяет количественные оценки вероятности того, что сеть будет передавать определенный поток данных между двумя узлами в соответствии с потребностями приложения или пользователя.
Например, при передаче голосового трафика через сеть под качеством обслуживания чаще всего понимают гарантии того, что голосовые пакеты будут доставляться сетью с задержкой не более N мс, при этом вариация задержки не превысит M мс, и эти характеристики станут выдерживаться сетью с вероятностью 0,95 на определенном временном интервале. То есть приложению, которое передает голосовой трафик, важно, чтобы сеть гарантировала соблюдение именно этого приведенного выше набора характеристик качества обслуживания. Файловому сервису нужны гарантии средней полосы пропускания и расширения ее на небольших интервалах времени до некоторого максимального уровня для быстрой передачи пульсаций. В идеале сеть должна гарантировать особые параметры качества обслуживания, сформулированные для каждого отдельного приложения. Однако по понятным причинам разрабатываемые и уже существующие механизмы QoS ограничиваются решением более простой задачи — гарантированием неких усредненных требований, заданных для основных типов приложений.
Чаще всего параметры, фигурирующие в разнообразных определениях качества обслуживания, регламентируют следующие показатели работы сети:
Качество обслуживания гарантируется для некоторого потока данных. Напомним, что поток данных — это последовательность пакетов, имеющих некоторые общие признаки, например адрес узла-источника, информация, идентифицирующая тип приложения (номер порта TCP/UDP) и т. п. К потокам применимы такие понятия, как агрегирование и дифференцирование. Так, поток данных от одного компьютера может быть представлен как совокупность потоков от разных приложений, а потоки от компьютеров одного предприятия агрегированы в один поток данных абонента некоторого провайдера услуг.
Механизмы поддержки качества обслуживания сами по себе не создают пропускной способности. Сеть не может дать больше того, что имеет. Так что фактическая пропускная способность каналов связи и транзитного коммуникационного оборудования — это ресурсы сети, являющиеся отправной точкой для работы механизмов QoS. Механизмы QoS только управляют распределением имеющейся пропускной способности в соответствии с требованиями приложений и настройками сети. Самый очевидный способ перераспределения пропускной способности сети состоит в управлении очередями пакетов.
Поскольку данные, которыми обмениваются два конечных узла, проходят через некоторое количество промежуточных сетевых устройств, таких как концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы, то поддержка QoS требует взаимодействия всех сетевых элементов на пути трафика, то есть “из-конца-в-конец” (“end-to-end“, “e2e“). Любые гарантии QoS настолько соответствуют действительности, насколько их обеспечивает наиболее “слабый” элемент в цепочке между отправителем и получателем. Поэтому нужно четко понимать, что поддержка QoS только в одном сетевом устройстве, пусть даже и магистральном, может лишь весьма незначительно улучшить качество обслуживания или же совсем не повлиять на параметры QoS.
Реализация в компьютерных сетях механизмов поддержки QoS является сравнительно новой тенденцией. Долгое время компьютерные сети существовали без таких механизмов, и это объясняется в основном двумя причинами. Во-первых, большинство приложений, выполняемых в сети, были “нетребовательными”, то есть для таких приложений задержки пакетов или отклонения средней пропускной способности в достаточно широком диапазоне не приводили к значительной потере функциональности. Примерами “нетребовательных” приложений являются наиболее распространенные в сетях 80-х годов приложения электронной почты или удаленного копирования файлов.
Во-вторых, сама пропускная способность 10-мегабитных сетей Ethernet во многих случаях не была дефицитом. Так, разделяемый сегмент Ethernet, к которому было подключено 10-20 компьютеров, изредка копирующих небольшие текстовые файлы, объем которых не превышает несколько сотен килобайт, позволял трафику каждой пары взаимодействующих компьютеров пересекать сеть так быстро, как требовалось породившим этот трафик приложениям.
В результате большинство сетей работало с тем качеством транспортного обслуживания, которое обеспечивало потребности приложений. Правда, никаких гарантий относительно контроля задержек пакетов или пропускной способности, с которой пакеты передаются между узлами, в определенных пределах эти сети не давали. Более того, при временных перегрузках сети, когда значительная часть компьютеров одновременно начинала передавать данные с максимальной скоростью, задержки и пропускная способность становились такими, что работа приложений давала сбой — шла слишком медленно, с разрывами сессий и т. п.
Существует два основных подхода к обеспечению качества работы сети. Первый состоит в том, что сеть гарантирует пользователю соблюдение некоторой числовой величины показателя качества обслуживания. Например, сети frame relay и ATMмогут гарантировать пользователю заданный уровень пропускной способности. При втором подходе (best effort) сеть старается по возможности более качественно обслужить пользователя, но ничего при этом не гарантирует.
Транспортный сервис, который предоставляли такие сети, получил название “best effort”, то есть сервис “с максимальными усилиями” (или “по возможности” ). Сеть старается обработать поступающий трафик как можно быстрее, но при этом никаких гарантий относительно результата не дает. Примерами может служить большинство технологий, разработанных в 80-е годы:Ethernet, Token Ring, IP, X.25. Сервис “с максимальными усилиями” основан на некотором справедливом алгоритме обработки очередей, возникающих при перегрузках сети, когда в течение некоторого времени скорость поступления пакетов в сеть превышает скорость продвижения этих пакетов. В простейшем случае алгоритм обработки очереди рассматривает пакеты всех потоков как равноправные и продвигает их в порядке поступления (First In — First Out, FIFO). В том случае, когда очередь становится слишком большой (не умещается в буфере), проблема решается простым отбрасыванием новых поступающих пакетов.
Очевидно, что сервис “с максимальными усилиями” обеспечивает приемлемое качество обслуживания только в тех случаях, когда производительность сети намного превышает средние потребности, то есть является избыточной. В такой сети пропускная способность достаточна даже для поддержания трафика пиковых периодов нагрузки. Также очевидно, что такое решение не экономично — по крайней мере, по отношению к пропускным способностям сегодняшних технологий и инфраструктур, особенно для глобальных сетей. Тем не менее, построение сетей с избыточной пропускной способностью, будучи самым простым способом обеспечения нужного уровня качества обслуживания, иногда применяется на практике. Например, некоторые провайдеры услуг сетей TCP/IP предоставляют гарантию качественного обслуживания, постоянно поддерживая определенный уровень превышения пропускной способности своих магистралей по сравнению с потребностями клиентов.
В условиях, когда многие механизмы поддержки качества обслуживания только разрабатываются, использование для этих целей избыточной пропускной способности часто оказывается единственно возможным, хотя и временным решением.