Бездисковый узел (или бездисковая рабочая станция ) представляет собой рабочую станцию или персональный компьютер , без жестких дисков , который использует сетевую загрузку , чтобы загрузить свою операционную систему с сервера . (Можно также сказать, что компьютер действует как бездисковый узел , если его диски не используются и используется загрузка по сети.)
Бездисковые узлы (или компьютеры, действующие как таковые) иногда называют сетевыми компьютерами или гибридными клиентами . Гибридный клиент может означать либо просто 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 низкую стоимость производства, более низкие эксплуатационные расходы, более тихую работу и преимущества управляемости (например, централизованно управляемая установка программного обеспечения).
Во многих университетах и некоторых крупных организациях ПК используются в аналогичной конфигурации, при этом 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 , таким образом, используя свой собственный ЦП и ОЗУ для запуска программного обеспечения , но не хранят данные постоянно - эта задача передается серверу. Это отличается от тонких клиентов , в которых вся значительная обработка выполняется 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 связи с пользователем, например рисования диалогового окна на дисплее или ожидания ввода данных пользователем.
Общий термин, охватывающий как вычисления на тонких клиентах, так и их технологический предшественник, текстовые терминалы (которые являются только текстовыми), - это централизованные вычисления . И тонким клиентам, и текстовым терминалам могут потребоваться мощные средства централизованной обработки на серверах, чтобы выполнять все важные задачи обработки для всех клиентов.
Бездисковые узлы можно рассматривать как компромисс между толстыми клиентами (такими как обычные персональные компьютеры) и централизованными вычислениями, использующим центральное хранилище для эффективности, но не требующим централизованной обработки, и эффективно использующим мощную вычислительную мощность даже самых медленных из современных процессоров , которые, как правило, простаивают большую часть времени при модели централизованных вычислений.
Централизованные вычисления или тонкий клиент | Бездисковый узел | Узел без данных [1] | Толстый клиент | |
---|---|---|---|---|
Локальные жесткие диски, используемые для данных | Нет | Нет | Нет | да |
Локальные жесткие диски, используемые для ОС | Нет | Нет | да | да |
Используется местная универсальная обработка | Нет | да | да | да |
Принцип работы
Операционная система (ОС) бездискового узла загружается с сервера с использованием загрузки по сети . В некоторых случаях для запуска процесса начальной загрузки может использоваться съемное хранилище, такое как флэш-накопитель USB или другой загрузочный носитель, например дискета , компакт-диск или DVD-диск. Тем не менее, микропрограммное обеспечение многих современных компьютеров может быть настроено на обнаружение сервера и автоматическое начало процесса загрузки без необходимости вставлять загрузочный носитель.
Для автоматической загрузки по сети обычно используются сетевые протоколы Preboot Execution Environment (PXE) или Bootstrap Protocol (BOOTP) для поиска сервера с файлами для загрузки устройства. Стандартные полноразмерные настольные ПК могут загружаться по сети таким образом с помощью дополнительной сетевой карты, которая включает загрузочное ПЗУ UNDI . Бездисковая загрузка по сети обычно является встроенной функцией настольных и портативных ПК, предназначенных для использования в бизнесе, поскольку ее можно использовать на стандартном настольном компьютере с загрузкой 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 выполняться 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 соединение сетевой файловой системы с сервером. (Для локального хранения временных файлов может быть создан небольшой RAM-диск .) Этот подход иногда называют техникой « корня NFS » при использовании с клиентскими операционными системами Linux или Unix.
- При втором подходе загружается ядро ОС, и часть системной памяти конфигурируется как большой RAM-диск, а затем остальная часть образа ОС выбирается и загружается в RAM-диск. Это реализация, которую Microsoft выбрала для своей функции удаленной загрузки Windows XP Embedded . [2]
- В третьем подходе дисковые операции виртуализируются и фактически транслируются 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, работающим на стороне сервера. Это реализация, используемая Neoware Image Manager, Ardence, VHD [3] и различными продуктами «загрузки через iSCSI». Этот третий подход отличается от первого, поскольку удаленным является не файловая система, а фактически дисковое устройство (или необработанное устройство ), и что 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, чем наличие полного образа диска в ОЗУ или использование файловой системы только для чтения. При таком подходе система использует некоторый «кэш 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 ОЗУ клиента. Этот кэш записи может быть постоянным или изменчивым. В нестабильном состоянии все данные, которые были записаны конкретным клиентом на виртуальный диск, удаляются при перезагрузке указанного клиента, и тем не менее, пользовательские данные могут оставаться постоянными, если они записаны в пользовательских (перемещаемых) профилях или домашних папках (которые хранятся в удаленные серверы). Два основных коммерческих продукта (один от Hewlett-Packard и другой от Citrix Systems ), которые позволяют развертывать бездисковые узлы, которые могут загружать клиентскую ОС Microsoft Windows или Linux, используют такие кэши записи. Продукт Citrix не может использовать постоянный кэш записи, но продукт VHD и HP может.
Бездисковые узлы Windows
Windows 3.x и Windows 95 OSR1 [4] поддерживали операции удаленной загрузки с серверов NetWare , [5] серверов Windows NT [6] и даже серверов DEC Pathworks . [7]
Сторонние поставщики программного обеспечения, такие как Qualystem (приобретенная Neoware ), LanWorks (приобретенная 3Com ), Ardence (приобретенная Citrix ), APCT [8] и Xtreamining Technology [3] , разработали и продали программные продукты, предназначенные для удаленной загрузки новых версий. из Windows , линейки продуктов: Windows 95 OSR2 и Windows 98 были поддержаны Qualystem и Lanworks, Windows NT была поддержана APCT и Ardence ( так называемый VenturCom в то время), а также для Windows 2000 / XP / 2003 / Vista / Windows 7 поддерживаются 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, с одним образом ОС для массива машин (возможно, с некоторыми настройками для различий в аппаратных конфигурациях между узлами) установка программного обеспечения и поддержка 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 удалены при отключении питания (если образ копируется на локальный RAM-диск), например, удаленная загрузка Windows XP Embedded. [9] [10] или запрещено полностью (если изображение является сетевой файловой системой). Это позволяет использовать в местах общего доступа (например, в библиотеках ), в школах и т. Д., Где пользователи могут захотеть поэкспериментировать или попытаться «взломать» систему.
Тем не менее, нет необходимости реализовывать загрузку по сети для достижения любого из вышеперечисленных преимуществ - обычные ПК (с помощью соответствующего программного обеспечения) можно настроить для загрузки и переустановки своих операционных систем (например) каждую ночь, по сравнению с дополнительными трудозатратами. использовать общий образ диска, при котором бездисковые узлы загружаются.
Современные бездисковые узлы могут совместно использовать один и тот же образ диска, используя соотношение 1: N (1 образ диска используется одновременно N бездисковыми узлами). Это упрощает установку и обслуживание программных приложений: администратору необходимо установить или поддерживать приложение только один раз, и клиенты могут получить новое приложение, как только они загрузятся с обновленного образа. Совместное использование образа диска стало возможным, потому что они используют кэш записи: ни один клиент не конкурирует за любую запись в общий образ диска, потому что каждый клиент записывает в свой собственный кеш.
Все современные системы бездисковых узлов также могут использовать отношение 1: 1 клиент-образ диска, когда один клиент «владеет» одним образом диска и записывает его непосредственно в этот образ диска. В этом случае кэш записи не используется.
Внесение изменений в общий образ диска обычно выполняется следующим образом:
- Администратор делает копию общего образа диска, который он / она хочет обновить (это легко сделать, потому что файл образа диска открывается только для чтения)
- Администратор загружает бездисковый узел в режиме 1: 1 (режим без совместного использования) из копии только что созданного образа диска.
- Администратор вносит любые изменения в образ диска (например, устанавливает новое программное обеспечение, применяет исправления или исправления).
- Администратор выключает бездисковый узел, который использовал образ диска в режиме 1: 1.
- Администратор делится измененным образом диска
- 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 расходы на хранение, высвободив капитал для инвестирования в более надежные современные технологии хранения, такие как RAID-массивы, которые поддерживают работу с резервированием, и сети хранения данных, которые позволяют без перебоев добавлять системы хранения в горячем режиме. Кроме того, это означает, что потери дисков из-за механического или электрического сбоя - которые являются статистически весьма вероятными событиями в течение нескольких лет при большом количестве задействованных дисков - часто имеют меньшую вероятность и того, и другого (поскольку обычно дисководов меньше. которые могут выйти из строя) и с меньшей вероятностью вызовут прерывание (потому что они, вероятно, будут частью RAID-массивов). Это также означает, что у самих узлов меньше вероятность сбоев оборудования, чем у толстых клиентов .
Бездисковые узлы разделяют эти преимущества с тонкими клиентами .
Производительность централизованного хранилища
Однако такая эффективность хранения может иметь свою цену. 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 это можно смягчить, установив на сервере большие объемы ОЗУ (что ускоряет операции чтения за счет повышения производительности кэширования ), добавляя дополнительные серверы (которые распределяют рабочую нагрузку ввода-вывода) или добавляя больше дисков в массив RAID. (который распределяет физическую нагрузку ввода-вывода). В любом случае это также проблема, которая в некоторой степени может повлиять на любую сеть клиент-сервер, поскольку, конечно, толстые клиенты также используют серверы для хранения пользовательских данных.
Действительно, в некоторых средах пользовательские данные могут быть гораздо более значительными по размеру и к ним можно обращаться гораздо чаще, чем к операционным системам и программам, поэтому переход на бездисковую модель не обязательно приведет к заметному снижению производительности.
В бездисковой модели также будет использоваться большая пропускная способность сети (т. Е. Емкость) по сравнению с моделью «толстого клиента». Это не обязательно означает, что потребуется установка сетевой инфраструктуры с большей пропускной способностью - это может просто означать, что будет использоваться более высокая доля существующей пропускной способности сети.
Наконец, сочетание задержек передачи данных по сети (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 емкости сетевой инфраструктуры и сервера.
Прочие преимущества
Другой пример ситуации, когда бездисковый узел был бы полезен, - это потенциально опасная среда, где компьютеры могут быть повреждены или разрушены, что делает потребность в недорогих узлах и минимальном оборудовании преимуществом. Опять же, здесь можно использовать тонкие клиенты.
Бездисковые машины также могут потреблять мало энергии и мало шума, что подразумевает потенциальные экологические преимущества и делает их идеальными для некоторых приложений компьютерных кластеров .
Сравнение с тонкими клиентами
Крупные корпорации, как правило, вместо этого внедряют тонкие клиенты [ необходима цитата ] (с использованием Microsoft Windows Terminal Server или другого подобного программного обеспечения), поскольку для клиента может использоваться оборудование с гораздо более низкими техническими характеристиками (которое, по сути, действует как простое «окно» в центральный сервер, который фактически запускает операционную систему пользователя в качестве сеанса входа в систему ). Конечно, бездисковые узлы также могут использоваться в качестве тонких клиентов. Более того, мощность компьютеров с тонкими клиентами увеличивается до такой степени, что они становятся пригодными в качестве полноценных бездисковых рабочих станций для некоторых приложений.
И в архитектуре тонкого клиента, и в архитектуре бездискового узла используются бездисковые клиенты, которые имеют преимущества перед толстыми клиентами (см. Выше), но различаются по месту обработки.
Преимущества бездисковых узлов перед тонкими клиентами
- Распределенная нагрузка обработки нагрузки бездисковых узлов распределяются. Каждый пользователь получает свою собственную изолированную среду обработки, практически не влияющую на других пользователей в сети, если их рабочая нагрузка не требует интенсивного использования файловой системы. Тонкие клиенты полагаются на центральный сервер для обработки и, следовательно, требуют быстрого сервера. Когда центральный сервер занят и работает медленно, будут затронуты оба типа клиентов, но тонкие клиенты будут полностью замедлены, тогда как бездисковые узлы будут замедляться только при доступе к данным на сервере.
- Лучшая мультимедийная производительность . Бездисковые узлы имеют преимущества перед тонкими клиентами в мультимедийных приложениях, которые при полном обслуживании потребуют большой полосы 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, что можно добавить обычное большое количество периферийных устройств . Напротив, тонкие клиенты обычно представляют собой очень маленькие запечатанные коробки без возможности внутреннего расширения и ограниченной или отсутствующей возможности внешнего расширения. Даже если, например, USB- устройство может быть физически подключено к тонкому клиенту, программное обеспечение тонкого клиента может не поддерживать периферийные устройства, кроме базовых устройств ввода и вывода - например, оно может быть несовместимо с графическими планшетами , цифровыми камерами или сканерами .
Преимущества тонких клиентов перед бездисковыми узлами
- Аппаратное обеспечение дешевле на тонких клиентах, так как обработка требования клиента минимально, и ускорение 3D и сложное аудио поддержка не обычно предоставляются. Конечно, можно также приобрести бездисковый узел с дешевым процессором и минимальной поддержкой мультимедиа, если это возможно. Таким образом, для некоторых организаций экономия затрат может быть меньше, чем кажется на первый взгляд. Тем не менее, многие крупные организации обычно покупают оборудование с более высокими характеристиками, чем это необходимо, для удовлетворения потребностей конкретных приложений и вариантов использования или для обеспечения будущих требований (см. Следующий пункт) . Есть также менее «рациональные» причины для завышения спецификации оборудования, 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 внимания и внимания при выборе характеристик ПК. Принимая во внимание все эти факторы, тонкие клиенты могут принести наиболее существенную экономию, поскольку только серверы, вероятно, будут в значительной степени «позолоченными» и / или «ориентированными на будущее» в модели тонких клиентов.
- Проверка в будущем не является большой проблемой для тонких клиентов, которые, вероятно, останутся полезными в течение всего цикла их замены - от одного до четырех лет или даже дольше - поскольку нагрузка ложится на серверы. Когда дело доходит до бездисковых узлов, возникают проблемы, поскольку вычислительная нагрузка потенциально намного выше, а это означает, что при покупке требуется больше внимания. Для сетей с тонкими клиентами в будущем могут потребоваться значительно более мощные серверы, тогда как для бездисковой сети узлов в будущем может потребоваться обновление сервера, обновление клиента или и то, и другое.
- Сети с тонкими клиентами потенциально имеют меньшее потребление пропускной способности сети , поскольку большая часть данных просто считывается сервером и обрабатывается там и передается клиенту только небольшими частями, когда это необходимо для отображения. Кроме того, передача графических данных на дисплей обычно больше подходит для эффективных технологий сжатия и оптимизации данных (см., Например, технологию NX ), чем передача 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.
Смотрите также
- Тонкий клиент
- Сетевое блочное устройство
- Бездисковая удаленная загрузка в Linux
- Среда выполнения предварительной загрузки
Заметки
- ↑ стр. 166, Управление NFS и NIS, Автор: Майк Эйслер, Рикардо Лабиага, Хэл Стерн, O'Reilly Media, Inc., 1 июля 2001 г.
- ^ «Встроенная домашняя страница Windows» . msdn2.microsoft.com . Проверено 22 марта 2014 .
- ^ а б «Xtreaming Technology Inc.» . vhdsoft.com . Проверено 22 марта 2014 .
- ^ «Windows 95: установка на основе сервера для Windows 95» . microsoft.com . Проверено 22 марта 2014 .
- ^ «HP Networking: коммутаторы, маршрутизаторы, проводные, беспроводные, HP TippingPoint Security - HP®» . h17007.www1.hp.com . Проверено 22 марта 2014 .
- ^ «Объяснение того, как работает удаленная загрузка Windows NT Server 4.0» . support.microsoft.com . Проверено 22 марта 2014 .
- ^ «Рабочие станции удаленной загрузки DEC Pathworks под Windows 3.1» . support.microsoft.com . Проверено 22 марта 2014 .
- ^ "apct.net - ресурсы и информация apct. Этот сайт продается!" . apct.net . Проверено 22 марта 2014 . Cite использует общий заголовок ( справка )
- ^ «Развертывание встроенной удаленной загрузки Windows XP» . msdn2.microsoft.com . Проверено 22 марта 2014 .
- ^ «Загрузка ОЗУ с использованием SDI в Windows XP, встроенная с пакетом обновления 1» . msdn2.microsoft.com . Проверено 22 марта 2014 .
Рекомендации
- Марони, Тим (1987). «Файловые серверы против дисковых серверов» . MacTech . 3 (4). Архивировано из оригинала на 2006-04-28 . Проверено 23 июля 2007 .
- 1989: Лицензия на науку в области технологий. Хельсинкский технологический университет , факультет электротехники. Ханну Х. Кари: «Бездисковые рабочие станции в локальной сети ».
- Фостер, Луи А .; Хьюз, Норамн Л. (1991). «Реализация файлов с помощью виртуального диска» (PDF) . Требуется регистрация.
- Флаэрти, Джеймс; Абрахамс, Алан. США 5146568. 1992. Удаленная начальная загрузка узла по каналу связи путем первоначального запроса программы доступа к удаленному хранилищу, которая имитирует локальный диск для загрузки других программ.
- 1993: Архитектура рабочей станции для поддержки мультимедиа от Марка Дэвида Хейтера [1]
- Абдус, Араве; Демортен, Стефан; Далонгвиль, Дидье. 5 577 210 США. 1992. Удаленная загрузка операционной системы по сети.
- Ли, Эдвард К .; Теккат, Чандрамохан А. (1996). Лепесток: распределенные виртуальные диски (PDF) . 7-я Международная конференция по архитектурной поддержке языков программирования и операционных систем.
- 1996: Поддержка операционных систем для Desk Area Network Иэном Лесли и Дереком Маколи (файл postscript) [2]
- 2004: Управление бездисковыми станциями Windows 2000 и XP с Linux-сервера [3]
Внешние ссылки
- Домашняя страница сетевого блочного устройства http://nbd.sourceforge.net/