Локальная вычислительная сеть

1481786 Сакоконеродь нереаа 9 стйно 3 ка бита РЮйФра ф д, СОСлъиьиу.1Составитель Н. Матвеев Редактор В. Данко Техред М.Ходанич Корректор В, Гирняк Заказ 2692/51 Тираж 669 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10181786 4 40 50 55 з 14Изобретение относится квычислительной технике, в частности к системам автоматизации научных исследований в реальном масштабе времени.Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия сети,Живучесть есть свойство технических объектов продолжать эффективно выполнять возложенные на них функ ции при отказе составляющих их компонентов.Выход из строя двух любых ЭВМ и двух любых программно-аппаратных интерфейсов первого типа не приводит к выходу иэ строя сети в целом, при этом каждая ЭВМ и каждое внешнее устройство соединены с каждой ЭВМ и каждым внешним устройством каналами связи и каждая ЭВМ и каждое внешнее устройство имеют непосредственный доступ к каждой ЭВМ и к каждому внешнему устройству в соответствии с протоколом работы общей шины.Опи" санные принципы доступа функциональных элементов друг к другу не нарушаются при выходе из строя любого . функционального элемента.Живучесть сети обеспечивается путем перераспределения функциональных процессов вышедшего из строя узла по работоспособным узлам сети всоответствии с результатами периодического контроля, проводимого посредством взаимодействия процессов контроля каждого работоспособного узла треугольника с процессами контроля каждого работоспособного узла сети, по процедуре активного и пассивного контроля, заключающегося в передаче сообщения и ожидании ответа (активный контроль) и в ожидании сообщения и передаче ответа (пассивный контроль) между процессами контроля узлов в строго определенный момент времени для каждой пары узлов, причем последовательность моментов взаимодействия и структура передаваемого при взаимодействии сообщения организованы так, что образуют цикл взаимодействий, охватывающий все узлы сети, не прерывающийся при выходе из строя любого узла сети, в результате которого все работоспособные узлы сети имеют информацию о работоспособности всех узлов сети, при этом взаимодействие процессов поддерживается резидентной в памяти версией оперативной системы реаль 5 10 15 20 25 30 35 ного времени (ОС РВ), обеспечивающей прием-передачу сообщений между процессами без блокировки процесса-источника с явным типом адресации по принципу "Получить от любого", "Послать любому", "Многие к одному",причем синхронизация осуществляется пос. редством семафоров, в качестве которых в системе выступает буфер в области динамически распределяемой памяти, физически реализуемой двухвходовыми запоминающими устройствами, над которым выполняются системные процедуры "Занять" и "Освободить буфер", соответствукнцие Р и Ч-операциям.На фиг. 1 приведена структура ло" кальной сети реального времени, на фиг.2 - уровни транспортной сети,их функции и реализации программно-аппаратными интерфейсами; на фиг.3 - структура программного обеспечения сети; на фиг.4 - алгоритм посылки сообщения процессом-источником транспортному процессу, на фиг.5 - структура информационного пакета (сообщения); на фиг.б - алгоритм работы транспортного процесса; на фиг.7 - распределение и взаимодействие процессов активного и пассивного контроля сети по узлам вычислительной подсети; на фиг. 8 - временная диаграмма активного и пассивного контроля; на фиг, 9 - алгоритм работы процесса активного контроля; на фиг.10 - алгоритм работы процессапассивного контроля;на фиг. 11 - слово состояния сети.Сеть состоит из трех ЭВМ 1 -1, соединенных между собой на физическом уровне с помощью блоков 2, -2 э сопряжения, являющихся аппаратной частью программно-аппаратного интерфейса первого типа, в полиосвязной равновесный треугольник, а с помощью блоков 3 -Зь сопряжения, являющихся аппаратной часть программно-аппаратного интерфейса второго типа, с общей приборной шиной 4, к которой подсоединены блоки 5, -5 я сопряжения с соответствующими внешними устройствами 6, -биПо функциональному признаку локальная сеть подразделяется на две подсети: вычислительную и измеритель- но-управляющую. Узлами вычислительной подсети являются три ЭВМ 1, - 1,соединенные между собой информационными81786 5 10 15 20 25 30 5 14каналами в полносвязный треугольник.М внешних устройств 6 -6 ц с блоками5 -5 н и общей приборной шиной 4 образуют иэмерительно-управляющую подсеть.Каждая ЭВМ представляет собой магистрально-модульную структуру,включающую модули центрального процессора, оперативного запоминающего устройства, пассивного запоминающегоустройства и т.д.В качестве общий шины 4 иэмери-,тельно-управляющий подсети может бытьиспользован приборный интерфейс сбит-параллельной байт-последовательной передачей данных (1 МБ 02 для СЭВ,ЕЕЕ - 488, МЭК.1),Устройства 6, -6 я могут представлять собой как серийно выпускаемыецифровые приборы, так и специальныеприборы, представляющие собой микропроцессорные приборы, построенныепо магистрально-модульному принципу,По ЭВМ вычислительной подсети рас.пределены однородные вычислительныепроцессы, а также процессы передачиинформации, реализованные как программной, так и аппаратной частьюпрограммно-аппаратных интерфейсовПо узлам измерительно-управляющейподсети распределены неоднородныепроцессы преобразования информации:связи с объектом, визуализации информации, ввода-вывода информации,накопления и хранения информации,процессы передачи информации, реализованные аппаратно модулями сопряжения с общей шиной,Живучесть сети обеспечиваетсяналогическом уровне по принципу резервирования процессов, который заключается в перераспределении процессов, развивающихся в вьппедшем изстроя узле, на другие узлы сети,способные обеспечить развитие этихпроцессов. В вычислительной подсети,отличающейся однородностью элементови развитием некоторых процессов водном узле, резервирование процессовтребует программной избыточностихранения описания процессов, которыемогут быть перераспределены на данный узел, и временной избыточности -,-способности оставшихся в строю узловобеспечить требуемое реальное время.В измерительно-управляющей подсети,отличающийся неоднородностью и, восновном, развитием одного процесса в узле, резервирование процессов требует, зачастую, аппаратной избыточности - введения холодного резерва узла, на который будет перераспределен процесс. Комбинированная топология кольцо - шина (фиг.1) обеспечивает бестранэитную передачу пакетов информации при любом перераспределении процессов.Обнаружение и идентификация отказа обеспечивается системой активного и пассивного контроля,Активный контроль производитсяпоследовательно в соответствии с направлением замкнутым графом, охватывающим все узлы сети, причем предыдущий узел контролирует последующийузел по принципузапрос-ответ",Пассивный контроль заключается вожидании в определенный момент времени запроса от предыдущего узла.Информационный обмен между процессами вычислительной подсети реализуется программно-аппаратным интерфейсом первого типа, Информационный обмен между процессами вычислительной подсети и процессамииэмерительно-управляющей подсети,атакже между процессами измерительноуправляющей подсети реализуется прог.раммно-аппаратным интерфейсом второго типа.Протокол верхнего уровня (фиг.2)процессов локальной сети отражаетдва способа взаимодействия асинхронных процессов: посредством разделяемых переменных, посредством приемапередачи сообщений.Взаимодействие посредством разделяемых переменных реализуется дляпроцессов, развивающихся в одном узле, и процессов, развивающихся вразличных узлах, но имеющих общее 45 поле Оперативной памяти (процессывычислительной подсети).Взаимодействие посредством приема-передачи сообщений реализуетсядля любых процессов сети вне зависимости от их расположения с помощьюпроцессов, реализующих (программно,аппаратно, программно-аппаратно)функции уровней транспортной сети.Функции транспортной сети реализуются: стандартными средствами обмена сообщений между процессами системной компоненты программного обеспечения системы, транспортным программным процессом, драйвером блока 37 148асопряжения, являющимся программнойчастью программно-аппаратного интерфейса второго типа, блоками 2 и 3сопряжения, являющимися аппаратнымичастями программно-аппаратных интерФейсон,Системная компонента (Фиг,3) обес"печинает одновременное выполнениеряда процессов в режиме приоритетного разделения времени, взаимодействие между процессами, синхронизацию процессон, жесткую временнуюдиспетчеризацию процессов.Каждый прикладной процесс обладает собственным алгоритмом, зависящим только от задачи, решаемой процессом и собственными .локальнымиданными. Программный процесс можетнаходиться в одном из тех состояний: активном, готовом к исполнению,блокированном,Активным является процесс, имеющий в настоящее время н своем распоряжении процессор. Готовым к исполнению является процесс, которыйможет выполняться, но в распоряжениикоторого в настоящее время нет процессора. Блокированным является процесс, находящийся в настоящее времяв оперативной памяти, но который неможет выполняться по тем или инымпричинам.В системе ОС РВ имеются в наличии стандартные средства, которые позволяют программно переводить процесс из состояния Готов" в состояние "Блокирован" и наоборот. Эти средства используются процессом "Администратор". В каждом узле вычислительной подсети находятся н том или ином состоянии нсе программные процессы сети, т,е, каждый программный процесс присутствует в каждой ЭВМ вычислительной подсети. В каждый момент времени только одна копия процесса находится в активном состоянии или готовности, остальные две блокированы. При отказе одного узла в активное состояние процессом "Диспетчер" переводится одна иэ копий процесса в соответствии с наперед заданной схемой.Информационное взаимодействие процессов в сети посредством приема-передачи сообщений между двумя асинхронными процессами, развивающимися как в любых узлах системы, так и в одном узле, реализуется по следую 1786 5115 0 20 25 30 35 40 45 50 55 щим принципам: посылка сообщений втранспортную сеть осуществляется беэблокировки процесса - источника; типадресации - явная (н теле сообщенияявно задается логическое имя процесса-получателя); обмен осуществляетсяследующий - "Получить от любого","Послать любому", "Многие к одному";синхронизация обменов осуществляетсясемафорами, в качестве которых высту"пает буфер с сообщением.Процесс-источник посылает транспортному процессу сообщение, в котором содержится имя процесса-приемника.Транспортный процесс, выступая в ролипочты, пересылает сообщение процессуприемнику. После передачи сообщениятранспортному процессу процесс-источник разнивается дальше, не .ожидаядоставки пакета адресату (передачабез блокировки),Для работы над буфером в областираспределяемой динамической памятииспользуются системные процедуры:К 1.СВ - освободить буфер без подтверж"дения, КЯСВ - запросить буфер.Для поиска процесса-приемника,указанного в сообщении, транспортныйпроцесс (Фиг,б) имеет доступ к таблице состояния и Физического расположения процессов, которую ведет процесс "Администратор".Транспортный процесс получает ад"рес ВЧР с сообщением либо по ЯЭАТ от,процесса в своем узле, либо по прерыванию от драйверов при присылке сообщения из другого узла. Подобная1 система поСылки сообщений с динамическим буфером в качестве флага синхро,низации (выделить буфер - освободитьбуФер) обеспечинает синхронизациювзаимодействия процессов, доставку пакетов адресату. При перегрузке динамически распределяемой памяти процесспередатчик ждет (КСЖ, КЯСВф ВУР) ееосвобождения. Процесс-приемник послеполучения сообщения освободит динамическую память (БРАТ, РЬСВ, ВЧР), Приприеме сообщения (пакета) из другогоузла драйвером ВЧР запрещается драйвером и передается по прерываниютранспортному процессу."Администратор" сети - это процесс, который ведает распределениемлогических и Физических ресурсовсистемы. Он ведет таблицу состоянияи физического распределения процессов, обеспечивает регламентное и148178 б аварийное переключение процессов изсостояния Готов в состояние Блокирован". Информация для работы "Администратора" поступает посредствомсообщений (передаваемых описанным5способом) от процессов активного ипассивного контроля (для аварийногоперераспределения процессов), отпроцесса связи с оператором сети 10(для регламентного распределения процессов), от службы времени ОС РВ.В начальный момент времени Администратор" заполняет таблицу в соответствии с ариори заданной информацией о начальной загрузке, корректируя ее затем в соответствии с поступающими сообщениями. Обнаружение иидентификация отказов в сети, в соответствии с принципами резервирования процессов и активного-пассивногоконтроля, обеспечивается совокупностью развития трех программных процессов, обеспечивающих активныйЗапрос-ответ") и пассивный ("Ожидание запроса") контроль: активныйконтроллер (процесс типа А), пассивный контроллер (процесс типа П),контроллер измерительно-управляющейподсети (процесс типа К). Процессы 30А,П,К представляют собой обычные.программные процессы, обменивающиесясообщениями указанным образом (запрос - послать сообщения от процесса типа А к процессу типа П, ответ -послать ответное сообщение от процесса типа П к процессу типа А). Длясинхронизации активного и пассивногоконтроля в сети задаются три временные точки (фиг,7), соответствуюшиемоментам активизации взаимодействияпроцессов контроля (диспетчеризацияпроцессов реализуется стандартнымисредствами ОС РВ): Т 1 - активизациявзаимодействия А 1 и П 2, Т 2 - активизация взаимодействия А 2 и ПЗ, ТЗ -активизация взаимодействия АЗ и П 1.Процесс самоконтроля, являющийсявходом процесса типа А, представляетсобой совокупность неразрушаемыхтестов ЭВМ. Результатом работы актив 50ного и пассивного контроля (фиг.9,10) является формирование соответствующих битов слова состояния сети(фиг,11), которая представляет собойдоступный для всех процессов узлабуфер длиной в одно машинное слово.,расположенный в области динамическираспределяемого ОЗУ, Синхронизация доступа к буферу достигается временным распределением запросов (фиг.З) .Процесс активного контроля передаетпроцессу пассивного контроля контролируемого узла в строго определенныймомент времени сообщение - запрос,содержащее текущее слово состояниясети. Процесс пассивного контроляустанавливает соответствующие битыслова состояния сети и возвращаетсяего посылкой сообщения запрашивающему активному процессу, Обмен словомсостояния сети происходит после окончания самоконтроля обоих узлов, и,таким образом, оба узла получают информацию о состоянии друг друга. Пассивный контроль заключается в ожидании, начиная с момента Т сообщения - запроса от предыдущего узла,Если ожидание не принесло результата,то информация об этом заносится вслово состояния сети (пассивный контроль состоялся, результат контроляотрицательный). Эта информация передается дальше процессом активногоконтроля данного узла,Такая организация процедуры контроля обеспечивает передачу и накопление слова состояния системы дажепри неисправности узла в контуреконтроля. Последний процесс АЗ передает в ЭВМ, с которой начался контроль, накопленный байт состояниясистемы. Очевидно, что после окончания цикла контроля сочетание активного и пассивного контроля обеспечивает полную информацию всех трехузлов вычислительной подсети о соседях". После окончания цикла контроля процесс "Администратор" в соответствии с кодом в слове состояния системы модифицирует (или не модифицирует, если нет неисправностей) таблицу состояния и физического расположения процессов. Каждому коду слова состояния системы соответствуетсвоя априори (эаданная для даннойсистемы таблица состояний процессов).Пассивный процесс посыпает ответноесообщение в момент Т", в любом случае,Это позволяет идентифицировать отказлинии связи.Нумерация ЭВМ (1, 1, 1) задается последовательностью включения питания ЭВМ при начальной "раскрутке"сети.Процесс контроля типа К представ"ляет собой набор тестов приборов и12 178 б фаграюпю.имееррмсй ю 7 ражл 11 148оизмерительно-управляющей подсети.Он активен в микро-ЭВМ, являющейся в настоящий момент контроллером МЭК, и развивается после окончания циклического контроля вычислительной подсети. О результатах тестирования процесс К сообщает "Администратору" через бит слова состояния сети,Описанная архитектура сети позволяет вести по изменяемому алгоритму измерение, анализ, контроль, визуализацию, накопление параметров экс" перимента, а также управление объектом эксперимента в реальном времени. Обработка результатов, их визуализация и накопление производится параллельно с процессом измерения.Быстродействие сети обеспечивается скоростными кацалами связи бестранзитной передачей информационных пакетов, простотой маршрутизации, прозрачностью каналов, параллельной работой трех ЭВМ в сети. Сеть ориентирована на максимальное применение стандартных серийно выпускаемых технических средств, что обеспечивает ее гибкость, высокую адаптивиость и стандартное метрологическое обслуживание. Формула изобретения1. Локальная вычислительная сеть,содержащая две ЭВМ, щ внешних уст-, 5ройств и соответствующие им блоки сопряжения, в которой входы-выходи каждого внешнего устройства и каждойЭВМ соединены через соответствующиебпоки сопряжения и общую шину с соответствующими входами-выходами каждого ввешнего устройства и каждойЭВМ, а входы-выходы первой ЭВМ соединены через соответствующий блок сопряжения с входами-выходами второй 15 ЭВМ, отличающаяся тем,что, с целью повышения надежности ибыстродействия сети, она содержиттретью ЭВМ, входы-выходы которой соединены через соответствующие блоки 20 сопряжения и общую шину с соответствующими входами-выходами каждоговнешнего устройства и каждой ЭВМ, ачерез другие блоки сопряжения - ссоответствующими входами-выходами 25 первой и второй ЭВМ.2. Сеть по и, 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что внешние устройства являются ЭВМ.3, Сеть по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что ЭВИ, имеют архитектуру по типу общей шины.