Локальная вычислительная сеть

 

Изобретение относится к вычислительной технике ,в частности, к системам автоматизации научных исследований в реальном масштабе времени. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия сети. Сеть состоит из ЭВМ 1<SB POS="POST">1</SB>-1<SB POS="POST">3</SB>, блоков 2<SB POS="POST">2</SB>-2<SB POS="POST">3</SB>, 3<SB POS="POST">1</SB>-3<SB POS="POST">3</SB>, 5<SB POS="POST">1</SB>-5<SB POS="POST">м</SB> сопряжения и внешних устройств 6<SB POS="POST">1</SB>-6<SB POS="POST">м</SB>. Сеть имеет комбинированную топологию "кольцо на шине", что обеспечивает бестранзитную передачу пакетов информации при любом перераспределении процессов. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Вычислительная техника

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П4НТ СССР (21) 4257724/24-24 (22) 05.06.87 (46) 23. 05.89. Бюл. Р 19 (71) Центральное конструкторско-технологическое бюро приборостроения с опытным производством (72) Ю.В. Абрамов, Г.А. Соколов и А.В. Шпита (53) 681.325 (088.8) (56) Электронная промышленность,, 1983, Р 9, с. 35-36, рис.4.

Авторское свидетельство СССР

У 900287, кл. G 06 F 15/I6, 1980.

„„SU, 1481786 А1 (у 4 С 06 F 15/16, 15/18, 15/20

2 (54) ЛОКАЛЬНАЯ ВЬ1ЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ (57) Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к системам автоматизации научных исследований в реальном масштабе времени. Цель изобретения — повышение надежности и быстродействия сети, Сеть состоит из ЭВМ 1, -1>, блоков

2» -2» 3, -3, 5 -5„, сопряжения и внешних устройств 6, -6„. Сеть имеет комбинированную топологию "Кольцо на шине", что обеспечивает бестранзитную передачу пакетов информации при любом перераспределении процессов. 2 з. и. ф-лы, 11 ил.

81 786 4

50

55 з 14

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к систе мам 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 3ВМ 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 в

Ф соответствии 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 реаль5

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 посредством 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", соответствующие P и Ч-операциям.

На фиг. 1 приведена структура локальной 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 процесса пассивного контроля, на фиг. 11 — слово состояния сети.

Сеть состоит из трех ЭВМ 1 -1, соединенных между собой на физическом уровне с помощью блоков 2, -2э сопряжения, являющихся аппаратной частью программно-аппаратного интерфейса первого типа, в полносвязной равновесный треугольник, а с помощью блоков 3< -3> сопряжения, являющихся аппаратной часть программно-аппаратного интерфейса второго типа, с общей приборной шиной 4, к которой подсоединены блоки 5, -5я сопряжения с соответствующими внешними устройствами

6, -би °

По функциональному признаку локальная сеть подразделяется на две подсети: вычислительную и измерительно-управляющую. Узлами вычислительной подсети являются три ЭВМ 1, — 1,соединенные между собой информационными

81 786

10

5 14 каналами B полносвязный треугольник.

М внешних устройств 6 — 6ц с блоками

5q -5н и общей приборной шиной 4 образуют иэмерительно-управляющую подсеть.

Каждая ЭВМ представляет собой магистрально-модульную структуру,включающую модули центрального процессо-. ра, оперативного запоминающего устройства, пассивного запоминающего устройства и т.д.

В качестве общий шины 4 иэмери-, тельно-управляющий подсети может быть использован приборный интерфейс с бит-параллельной байт-последовательной передачей данных (IMS 02 для СЭВ, IEEE — 488, МЭК-625.1), Устройства 6, -бя могут представлять собой как серийно выпускаемые цифровые приборы, так и специальные приборы, представляющие собой микропроцессорные приборы, построенные по магистрально-модульному принципу, По ЭВМ вычислительной подсети рас.пределены однородные вычислительные процессы, а также процессы передачи информации, реализованные как программной, так и аппаратной частью программно-аппаратных интерфейсов °

По узлам измерительно-управляющей подсети распределены неоднородные процессы 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 обеспечивается на логическом уровне по принципу резервирования процессов, который заключается в перераспределении процессов, развивающихся в вьппедшем из строя узле, на другие узлы сети, способные обеспечить развитие этих процессов. В вычислительной подсети, отличающейся однородностью элементов и развитием некоторых процессов в одном узле, резервирование процессов

„требует программной избыточности, хранения описания процессов, которые .могут быть перераспределены на данный узел, и временной избыточности—, способности оставшихся в строю узлов обеспечить требуемое реальное время.

В измерительно-управляющей подсети, отличающийся неоднородностью и, в основном, развитием одного процесса

B узле, резервирование процессов требует, зачастую, аппаратной избыточности — введения холодного резерва узла, на который будет перераспределенн 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 производится последовательно в соответствии с направлением замкнутым графом, охватывающим все узлы сети, причем предыдущий узел контролирует последующий узел по принципу запрос-ответ".

Пассивный контроль заключается в ожидании 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 процессами иэмерительно-управляющей подсети,а также между процессами измерительноуправляющей подсети реализуется программно-аппаратным интерфейсом второго типа.

Протокол верхнего уровня (фиг.2) процессов локальной сети отражает два способа взаимодействия асинхронных процессов: посредством разделяемых переменных, посредством приемапередачи сообщений.

Взаимодействие посредством разделяемых переменных реализуется для процессов, развивающихся в одном узле, и процессов, развивающихся в различных узлах, но имеющих общее

45 поле оперативной памяти (процессы вычислительной подсети).

Взаимодействие посредством приема-передачи сообщений реализуется для любых процессов сети вне зависимости от их расположения с помощью процессов, 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 3

7 148 о сопряжения, являющимся программной частью программно-аппаратного интерфейса второго типа, блоками 2 и 3 сопряжения, являющимися аппаратными частями программно-аппаратных интерфейсон.

Системная компонента (фиг,3) обеспечивает одновременное выполнение ряда процессов в режиме приоритетного разделения времени, взаимодействие между процессами, синхронизацию процессон, жесткую временную диспетчеризацию процессов.

Каждый прикладной процесс обладает собственным алгоритмом, зависящим только от задачи, решаемой процессом и собственными .локальными данными. Программный процесс может находиться в одном из тех состояний: активном, готовом к исполнению, блокированном.

Активным является процесс, имеющий в настоящее время в своем распоряжении процессор. Готовым к исполнению является процесс, который может выполняться, но в распоряжении которого в настоящее время нет процессора. Блокированным является процесс, находящийся в настоящее время в оперативной памяти, но который не может выполняться по тем или иным причинам..

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 в том или ином состоянии все 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 следую1786

1

0

GlHM принципам: посылка сообщений в транспортную сеть осуществляется беэ блокировки процесса †источни; тип адресации — явная (в теле сообщения явно задается логическое имя процесса-получателя); обмен осуществляется следующий — "Получить от любого", "Послать любому", "Иногие к одному"; синхронизация обменов осуществляется семафорами, в качестве которых выступает буфер с сообщением.

Процесс-источник посылает транспортному процессу сообщение, н котором содержится имя процесса-приемника.

Транспортный процесс, выступая н роли почты, пересылает сообщение процессуприемнику. После передачи сообщения транспортному процессу процесс-источник разнивается дальше, не -ожидая доставки пакета адресату (передача без блокировки).

Для работы над буфером в области распределяемой динамической памяти используются системные процедуры:

RLCB — освободить буфер без подтверждения, RQCB — запросить буфер.

Для поиска процесса-приемника,указанного в сообщении, транспортный процесс (фиг.6) имеет доступ к таблице состояния и физического расположения процессов, которую ведет процесс "Администратор".

Транспортный процесс получает адрес BVP с сообщением либо no SDAT от, процесса в своем узле, либо по пре рыванию от драйверов при присылке со общения из другого узла. Подобная

1система поСылки сообщений с динамическим буфером в качестве флага синхронизации (выделить буфер — освободить буфер) обеспечинает синхронизацию взаимодействия процессов, доставку пакетов адресату. При перегрузке динамически распределяемой памяти процесспер едатчик ждет (RCVD, RQCB BVF) ее освобождения. Процесс-приемник после получения сообщения освободит динамическую память (SDAT, PLCB, BVF). При приеме сообщения (пакета) из другого узла драйвером BVP запрещается драйвером и передается по прерыванию транспортному процессу.

"Администратор" сети — это процесс, который ведает распределением логических и физических ресурсов системы. Он ведет таблицу состояния и физического распределения процесI сов, обеспечивает регламентное и

148 t 78á аварийное переключение процессов из состоя ния Готов в состояние Блокирован". Информация для работы "Администратора" поступает посредством сообщений (передаваемых описанным

5 .способом) от процессов активного и пассивного контроля (для аварийного перераспределения процессов), от процесса связи с оператором сети 10 (для регламентного распределения процессов), от службы времени ОС PB.

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 и идентификация отказов в сети, в соответствии с принципами резервирования процессов и активного-пассивного контроля, обеспечивается совокупностью развития трех программных процессов, обеспечивающих активный

1 Запрос-ответ" ) и пассивный ("Ожида- 25 ние запроса") контроль: активный контроллер (процесс типа А), пассивный контроллер (процесс типа П), контроллер измерительно-управляющей подсети (процесс типа К). Процессы 30

А,П,К представляют собой обычные. программные процессы, обменивающиеся сообщениями 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). Для синхронизации активного и пассивного контроля в сети задаются три временные точки (фиг.7), соответствующие моментам активизации взаимодействия процессов контроля (диспетчеризация процессов реализуется стандартными средствами ОС PR): Т1 — активизация взаимодействия А1 и П2, Т2 — активизация взаимодействия А2 и ПЗ, ТЗ— активизация взаимодействия АЗ и. П1.

Процесс самоконтроля, являющийся входом процесса типа А, представляет собой совокупность неразрушаемых тестов ЭВМ. Результатом работы актив50 ного и пассивного контроля (фиг.9, 10) является формирование соответствующих битов слова состояния сети (фиг,11), которая представляет собой доступный для всех процессов узла буфер длиной в одно машинное слово., расположенный в области динамически распределяемого ОЗУ. Синхронизация доступа к буферу достигается временным распределением запросов (фиг.S).

Процесс активного контроля передает процессу пассивного контроля контролируемого узла в строго определенный момент времени сообщение — запрос, содержащее текущее слово состояния сети. Процесс пассивного контроля устанавливает соответствующие биты слова состояния сети и возвращается его посылкой сообщения запрашивающему активному процессу. Обмен словом состояния 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 в слово состояния сети (пассивный контроль состоялся, результат контроля отрицательный). Эта информация передается дальше процессом активного контроля данного узла.

Такая организация процедуры контроля обеспечивает передачу и накопление слова состояния системы даже при неисправности узла в контуре контроля. Последний процесс АЗ передает в ЭВМ, с которой начался контроль, накопленный байт состояния системы. Очевидно, что после окончания цикла контроля сочетание активного и пассивного контроля обеспечивает полную информацию всех трех узлов 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 соответствует своя априори (эаданная для данной системы таблица состояний процессов).

Пассивный процесс посыпает ответное сообщение в момент t" в любом случае.

Это позволяет идентифицировать отказ линии связи, Нумерация ЭВМ (I Iq I ) задается последовательностью включения питания ЭВМ при начальной "раскрутке" сети.

Процесс контроля типа К представ" ляет собой набор тестов приборов и

ll 148 измерительно-управляющей подсети.Он активен в микро-3ВМ, являющейся в настоящий момент контроллером МЭК, и развивается после окончания циклического контроля вычислительной подсети.

О результатах тестирования процесс

K 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.

178б

Формула изобретения

1. Локальная вычислительная сеть, содержащая две ЭВМ, m внешних уст-, 5 ройств и соответствующие им блоки сопряжения, в которой входы-выходы каждого внешнего устройства и каждой

ЭВМ соединены через соответствующие бпоки сопряжения и общую шину с соответствующими входами-выходами каждого внешнего устройства и каждой

ЭВМ, а входы-выходы первой ЭВМ соединены через соответствующий блок сопряжения с входами-выходами второй

15 ЭВМ, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия сети, она содержит третью ЭВМ, входы-выходы которой соединены через соответствующие блоки

20 сопряжения и общую шину с соответствующими входами-выходами каждого внешнего устройства и каждой ЭВМ, а через другие блоки сопряжения — с соответствующими входами-выходами

25 первой и второй ЭВМ.

2. Сеть по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что внешние устройства являются ЭВМ.

3, Сеть поп.1, отличаю30 щ а я с я тем, что ЭВИ, имеют архитектуру по типу общей шины. фичрамююимееррмсй ю

1481786

Фие.4

1481 786

УаголоУак сообщения

IchabAea 8ye4e аа сиаюлу

Яяи"йрв

1481 78б

Фиг.7 — - працасс блоауОЙВ

-„проц сс

"голи " ьм сажлжщюфВИВ и — Р ам лю4i ив ациоююю рВчрщ у июли/иЫЮ М . и1ним прос усса-

1481786

1481786

Фиг.10 .

1481786

А !

Составитель 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 СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101