분산 운영 체제

3. 커널

각 로케일(일반적으로 노드)에서 커널은 노드의 기본 하드웨어와 리소스를 운영하는 데 필요한 최소한의 노드 수준 유틸리티 집합을 제공한다. 이러한 메커니즘에는 노드의 리소스, 프로세스, 통신 및 입출력 관리 지원 기능의 할당, 관리 및 처리가 포함된다.^[5] 커널 내에서 통신 하위 시스템은 분산 OS에서 가장 중요하다.^[3]

분산 OS에서 커널은 종종 낮은 수준의 주소 공간 관리, 스레드 관리 및 프로세스 간 통신 (IPC)을 포함한 최소한의 기능 집합을 지원한다. 이러한 설계의 커널을 마이크로커널이라고 한다.^[6][7] 모듈식 특성은 분산 OS에 필수적인 기능인 안정성과 보안을 향상시킨다.^[8]

3. 1. 시스템 관리

3. 2. 운영 체제로서의 협력

3. 3. 복잡성의 대가

4. 역사

1970년대에 본격적인 분산 컴퓨팅 연구와 실험이 시작되어 1990년대까지 이어졌으며, 1980년대 후반에 관심이 집중되었다. 이 기간 동안 많은 분산 운영 체제가 도입되었지만, 상업적으로 성공한 것은 거의 없었다.^[11][12][13]

원시적인 분산 운영 체제 구성 요소 개념의 근본적이고 선구적인 구현은 1950년대 초로 거슬러 올라간다.^{[14][15][16][17][18][19]} 이러한 초기 단계들은 분산 컴퓨팅에 직접 초점을 맞추지 않았을 수도 있지만, 분산 컴퓨팅과 관련된 분야에서 지속적인 연구를 촉진하는 토대를 마련했다.

1970년대 중반, 분산 컴퓨팅 분야에서 중요한 발전이 이루어졌다. 이러한 발전은 1990년대까지 이어진 연구의 견고하고 안정적인 기반을 제공했다.

다중 프로세서 및 멀티코어 프로세서 시스템 연구의 확산은 분산 OS 개념의 부활을 이끌었다.

4. 1. DYSEAC

4. 2. Lincoln TX-2

4. 3. 상호 통신 셀

• 시스템의 논리의 주요 부분은 셀에 저장된 정보의 연관 내에 분산되어 있다.
• 이러한 정보 연관의 흐름은 저장 및 검색 행위에 의해 어느 정도 안내된다.
• 저장 및 검색에 필요한 시간은 대부분 상수이며 메모리의 크기 및 채우기 요소와 전혀 관련이 없다.
• 셀은 논리적으로 구별할 수 없어 유연하게 사용하고 크기를 비교적 쉽게 확장할 수 있다.

4. 4. 기초 연구

4. 4. 1. 일관된 메모리 추상화

4. 4. 2. 파일 시스템 추상화

4. 4. 3. 트랜잭션 추상화

4. 4. 4. 영속성 추상화

4. 4. 5. 코디네이터 추상화

4. 4. 6. 신뢰성 추상화

5. 분산 컴퓨팅 모델

이 점을 더 잘 설명하기 위해, 세 가지 시스템 소프트웨어 아키텍처인 중앙 집중형, 분산형, 그리고 배포형을 살펴보겠다. 이 검토에서는 조직, 연결, 그리고 제어라는 세 가지 구조적 측면을 고려한다. 조직은 시스템의 물리적 배열 특성을 설명한다. 연결은 노드 간의 통신 경로를 다룬다. 제어는 앞서 언급한 두 가지 사항의 작동을 관리한다.
조직집중 시스템은 모든 구성 요소가 단일 제어 요소에 직접적으로 의존하는 단일 구조 수준을 갖는다. 반면 분산 시스템은 계층적이다. 최하위 수준은 시스템 개체의 하위 집합을 통합하고, 이러한 개체 하위 집합은 더 높은 수준에서 결합되어 중앙 마스터 요소에서 절정에 이르는 방식으로 구성된다. 분산 시스템은 수준의 개념이 없는 자율 요소의 집합이기도 하다.
연결집중형 시스템은 구성 요소를 중심 허브 엔티티에 허브 앤 스포크 방식으로 직접 연결한다. 분산 시스템(일명 네트워크 시스템)은 구성 요소와 중심 엔티티 간의 직접 및 간접 경로를 통합한다. 일반적으로 이는 임의의 두 요소 사이에 단일 최단 경로만 있는 계층 구조로 구성된다. 마지막으로, 분산 운영 체제는 패턴을 요구하지 않으며 임의의 두 요소 간에 직접 및 간접 연결이 가능하다. 1970년대의 "실 꿰기" 현상이나 스피로그래프 그림을 완전 연결 시스템으로, 그리고 거미줄 또는 미국 도시 간의 고속도로 시스템을 ''부분 연결 시스템''의 예로 생각해 볼 수 있다.
제어연결 흐름을 중앙 개체로 지시하는 중앙 집중식 및 분산 시스템과 달리, 분산 시스템은 임의의 경로를 따라 통신한다. 제어는 효율성, 응답성, 복잡성의 균형을 맞추면서 시스템 요소에 작업 및 데이터를 할당하는 것을 포함한다.

중앙 집중식 및 분산 시스템은 더 많은 제어를 제공하여 옵션을 제한함으로써 관리를 용이하게 할 수 있다. 분산 시스템은 명시적으로 제어하기가 더 어렵지만, 수평적으로 더 잘 확장되고 시스템 전체의 고장 지점이 더 적다. 이러한 연관성은 설계에 의해 부과된 요구 사항에 부합하지만, 조직적 혼란에는 부합하지 않는다.

5. 1. 조직

5. 2. 연결

5. 3. 제어

6. 설계 고려 사항

6. 1. 투명성

• '''접근 투명성''': 사용자는 원격 자원과 로컬 자원을 구별하지 않고 동일한 방식으로 접근할 수 있다.^[3]
• '''위치 투명성''': 사용자는 자원의 물리적 위치를 알 필요 없이 이름이나 식별자를 통해 접근할 수 있다. 명명 투명성과 사용자 이동성의 두 가지 뚜렷한 투명성 측면으로 구성된다. 명명 투명성은 시스템 엔티티에 대한 물리적 또는 논리적 참조가 엔티티의 위치 또는 사용 또는 애플리케이션에 대한 로컬 또는 원격 관계를 표시해서는 안 된다. 사용자 이동성은 참조가 시작된 시스템 위치에 관계없이 시스템 엔티티를 일관되게 참조해야 한다.^[8]
• '''마이그레이션 투명성''': 자원이 시스템 내에서 이동하더라도 사용자는 이를 인식하지 못하고 계속해서 사용할 수 있다.^[36]
• '''복제 투명성''': 데이터나 서비스가 여러 곳에 복제되어 있더라도 사용자는 단일 복사본처럼 사용할 수 있다.^[36]
• '''동시성 투명성''': 여러 사용자가 동시에 자원을 공유하더라도 서로 간섭하거나 충돌하지 않는다.^[36]
• '''오류 투명성''': 시스템의 일부에서 오류가 발생하더라도 사용자는 이를 인식하지 못하거나, 시스템이 자동으로 복구하여 서비스를 계속 제공한다.^[9]
• '''성능 투명성''': 시스템 부하에 따라 성능이 변동되더라도, 사용자는 일관된 성능을 경험한다. 시스템 정책은 다른 사용자/사용자 클래스/작업보다 일부 사용자/사용자 클래스/작업을 선호할 수 있다.^[8]
• '''크기/확장 투명성''': 시스템의 규모가 확장되거나 축소되어도 사용자는 이를 인식하지 못하고, 시스템은 자동으로 자원을 관리한다.^[8]
• '''수정 투명성''': 시스템의 구성 요소가 변경되거나 업그레이드되더라도 사용자는 이를 인식하지 못한다.^[9]
• '''제어 투명성''': 사용자는 시스템의 제어 메커니즘(예: 로드 밸런싱, 오류 복구)을 인식하지 못하고, 시스템이 자동으로 관리한다. 모든 시스템 정보, 상수, 속성, 구성 설정을 모든 사용자와 애플리케이션에 일관된 모양, 의미 및 지시로 제공한다.^[3]
• '''데이터 투명성''': 사용자는 데이터의 저장 방식(예: 분산 파일 시스템, 분산 데이터베이스)을 인식하지 못하고, 시스템이 자동으로 데이터를 관리한다.^[3]
• '''병렬 처리 투명성''': 여러 프로세서에서 작업이 동시에 처리되더라도 사용자는 단일 프로세서에서 처리되는 것처럼 느낀다. 논란의 여지가 있는 투명성의 가장 어려운 측면이며, Tanenbaum에 의해 분산 시스템 설계자를 위한 "성배"로 묘사된다.^[37]

6. 1. 1. 투명성 영역

• 접근 투명성: 사용자는 원격 자원과 로컬 자원을 구별하지 않고 동일한 방식으로 접근할 수 있다.
• 위치 투명성: 사용자는 자원의 물리적 위치를 알 필요 없이 이름이나 식별자를 통해 접근할 수 있다.
• 마이그레이션 투명성: 자원이 시스템 내에서 이동하더라도 사용자는 이를 인식하지 못하고 계속해서 사용할 수 있다.
• 복제 투명성: 데이터나 서비스가 여러 곳에 복제되어 있더라도 사용자는 단일 복사본처럼 사용할 수 있다.
• 동시성 투명성: 여러 사용자가 동시에 자원을 공유하더라도 서로 간섭하거나 충돌하지 않는다.
• 오류 투명성: 시스템의 일부에서 오류가 발생하더라도 사용자는 이를 인식하지 못하거나, 시스템이 자동으로 복구하여 서비스를 계속 제공한다.
• 성능 투명성: 시스템 부하에 따라 성능이 변동되더라도, 사용자는 일관된 성능을 경험한다.
• 크기/확장 투명성: 시스템의 규모가 확장되거나 축소되어도 사용자는 이를 인식하지 못하고, 시스템은 자동으로 자원을 관리한다.
• 수정 투명성: 시스템의 구성 요소가 변경되거나 업그레이드되더라도 사용자는 이를 인식하지 못한다.
• 제어 투명성: 사용자는 시스템의 제어 메커니즘(예: 로드 밸런싱, 오류 복구)을 인식하지 못하고, 시스템이 자동으로 관리한다.
• 데이터 투명성: 사용자는 데이터의 저장 방식(예: 분산 파일 시스템, 분산 데이터베이스)을 인식하지 못하고, 시스템이 자동으로 데이터를 관리한다.
• 병렬 처리 투명성: 여러 프로세서에서 작업이 동시에 처리되더라도 사용자는 단일 프로세서에서 처리되는 것처럼 느낀다.

6. 2. 프로세스 간 통신

6. 3. 프로세스 관리

6. 4. 자원 관리

6. 5. 신뢰성

6. 6. 가용성

6. 7. 성능

6. 8. 동기화

6. 9. 유연성

7. 연구

7. 1. 복제 모델을 구성 요소 객체 모델로 확장

7. 2. 수용된 책임을 통한 복잡성/신뢰 노출

7. 3. 다중/다중 코어 중심 시스템

7. 4. 극단적인 이기종 환경에서의 분산 처리

7. 5. 다중 수준의 복잡성에서 효과적이고 안정적

8. 분산 운영 체제의 예

Amoeba, L4 마이크로커널 패밀리, Mach, QNX 등은 분산 운영 체제의 예이다. 이들은 마이크로커널을 기반으로 하는 경우가 많으며, 네트워크 투명성을 제공하여 여러 컴퓨터에 분산된 프로세스들이 마치 하나의 시스템처럼 동작하도록 한다.

참조

_[1] 논문 Distributed operating systems anno 1992. What have we learned so far? 1993-09
_[2] 서적 Centralized and Distributed Operating Systems https://archive.org/[...] Prentice Hall
_[3] 서적 Distributed Operating Systems: The Logical Design https://books.google[...] Addison-Wesley Pub. Co.
_[4] 서적 Design of Distributed Operating Systems: Concepts and Technology https://books.google[...] Intertext Publications
_[5] 서적 Classic Operating Systems: From Batch Processing to Distributed Systems https://books.google[...] Springer
_[6] 문서 Using LOTOS for specifying the CHORUS distributed operating system kernel 1992
_[7] 문서 COOL: kernel support for object-oriented environments ACM, New York, NY 1990
_[8] 서적 Distributed Operating Systems: Concepts and Design https://archive.org/[...] IEEE Press
_[9] 서적 Distributed Operating Systems and Algorithms https://books.google[...] Addison Wesley
_[10] 문서 Augmenting reflective middleware with an aspect orientation support layer ACM, New York, NY 2007
_[11] 논문 System Specifications for the DYSEAC 1954-04
_[12] 간행물 The Lincoln TX-2 Input-Output System Association for Computing Machinery 1957-02-26
_[13] 간행물 Intercommunicating cells, basis for a distributed logic computer Association for Computing Machinery 1962-12-04
_[14] 간행물 System design of the Gamma 60 https://www.computer[...] 1958-05-08
_[15] 문서 Organizing a network of computers to meet deadlines 1957-12-09
_[16] 문서 PILOT, the NBS multicomputer system ACM, New York, NY 1958-12-03
_[17] 문서 Computer design from the programmer's viewpoint ACM, New York, NY 1958-12-03
_[18] 논문 PILOT—A New Multiple Computer System 1959-07
_[19] 간행물 Organization of computer systems: the fixed plus variable structure computer https://dl.acm.org/d[...] ACM, New York, NY 1960-05-03
_[20] 문서 A Third Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems Ballistic Research Laboratories Report No. 1115 1961-03
_[21] 간행물 Algorithms for scalable synchronization on shared-memory multiprocessors https://dl.acm.org/d[...] 1991-02
_[22] 간행물 Measurements of a distributed file system http://people.csail.[...] ACM, New York, NY 1991-10-13
_[23] 논문 Memory coherence in shared virtual memory systems 1989-11
_[24] 간행물 Sagas ACM, New York, NY 1987-05-27
_[25] 간행물 Composable memory transactions http://citeseerx.ist[...] ACM, New York, NY 2005-06-15
_[26] 간행물 Transactional memory: architectural support for lock-free data structures http://hpl.americas.[...] ACM, New York, NY 1993-05-16
_[27] 간행물 Software transactional memory for dynamic-sized data structures http://citeseerx.ist[...] ACM, New York, NY 2003-07-13
_[28] 간행물 Software transactional memory http://citeseerx.ist[...] ACM, New York, NY 1995-08-20
_[29] 간행물 OceanStore: an architecture for global-scale persistent storage http://citeseerx.ist[...] ACM, New York, NY 2000
_[30] 간행물 Weighted voting for replicated data http://pages.cs.wisc[...] ACM, New York, NY 1979-12-10
_[31] 논문 Consensus in the presence of partial synchrony https://groups.csail[...] 1988-04
_[32] 논문 The Byzantine Generals Problem http://people.cs.uch[...] 1982-07
_[33] 논문 Fail-stop processors: an approach to designing fault-tolerant computing systems 1983-08
_[34] 논문 Distributed snapshots: determining global states of distributed systems 1985-02
_[35] 논문 Optimistic recovery in distributed systems
_[36] 서적 Distributed Operating Systems: Concepts and Practice https://archive.org/[...] Prentice Hall
_[37] 서적 Distributed Operating Systems https://archive.org/[...] Prentice Hall
_[38] 논문 Architectural design of dE1 distributed operating system 2004-10
_[39] 간행물 The Cronus distributed operating system ACM, New York, NY 1986-09-08
_[40] 간행물 Design and development of MINIX distributed operating system ACM, New York, NY 1988
_[41] 간행물 In Proceedings of the 5th Symposium on Operating Systems Design and Implementation
_[42] 간행물 In Proceedings of the ACM SIGOPS 22nd Symposium on Operating Systems Principles 2009-10-11
_[43] 간행물 Proceedings of the 2008 Symposium on Operating Systems Design and Implementation (OSDI) 2008-12
_[44] 간행물 In Proceedings of the 5th national seminar of GDR SoC-SIP 2011
_[45] 간행물 In Proceedings of the ACM SIGOPS 22nd Symposium on Operating Systems Principles 2009-10-11
_[46] 간행물 HotPar09
_[47] 저널 Distributed operating systems anno 1992. What have we learned so far? 1993-09
_[48] 서적 Centralized and Distributed Operating Systems https://archive.org/[...] Prentice Hall
_[49] 서적 Distributed Operating Systems: The Logical Design https://books.google[...] Addison-Wesley Pub. Co.
_[50] 서적 Design of Distributed Operating Systems: Concepts and Technology https://books.google[...] Intertext Publications