정보처리산업기사 - 응용 SW 기초 기술 활용 - 분산 운영체제

※ 공부 내용의 복습 개념으로 정리된 글입니다. - 출처 시나공 

 

다중 처리기의 개념

다중 처리기(Multi-Processor)는 하나의 시스템에 여러 개의 처리기(프로세서)를 두어 하나의 작업을 각 처리기에서 할당하여 수행하도록 하는 것을 의미합니다.

• 다중 처리기는 프로세서간 상호작용이 밀접한 강결합 시스템입니다.
• 여러 작업을 동시에 처리하여 실행 시간이 감소되고 전체 효율이 향상시킬 수 있습니다.
• 일반적으로 다중 처리기라 하면 프로세서 간 상호작용이밀접한 강결합 시스템인 공유-기억장치 시스템을 의미합니다.
• 다중 처리기의운영체제 구조는 Master/Slave처리기, 분리 실행처리기, 대칭적 처리기로 분류할 수 있습니다.

 

Master/Slave(주/종) 처리기

하나의 프로세서를 Master(주 프로세서)로 지정하고, 나머지들을 Slave(종 프로세서)로 지정하는 구조입니다.

• 주 프로세서가 고장나면 전체 시스템이 다운됩니다.
• 주 프로세서만 입,출력을 수행하므로 비대칭 구조를 갖습니다.
• 주 프로세서와 종 프로세서의 역할은 다음과 같습니다.

주 프로세서

1. 입 출력과 연산을 담당합니다.
2. 운영체제를 수행합니다.

종 프로세서

1. 연산만 담당합니다.
2. 입 출력 발생 시 주 프로세서에게 서비스를 요청합니다.
3. 사용자 프로그램만 담당합니다.

 

 

약결합/강결합 시스템

• 약결합(Loosely Coupled) 시스템
  • 각 프로세서마다 독립된 메모리를 가진 시스템으로, 분산 처리 시스템이라고도 합니다.
  • 둘 이상의 독립된 컴퓨터 시스템을 통신망(통신 링크)을 통하여 연결한 시스템입니다.
  • 각 시스템마다 독자적인 운영체제를 가지고 있습니다.
  • 각 시스템은 독립적으로 작동할 수도 있고, 필요한 경우에는 상호 통신할 수도 있습니다.
  • 프로세서 간의 통신은 메세지 전달이나 원격 프로시저 호출을 통해서 이루어집니다.
  • 각 시스템마다 독자적인 운영이 가능하므로 CPU 간의 결합력이 약합니다.
• 강결합(Tightly Coupled) 시스템
  • 동일 운영체제하에서 여러 개의 프로세서가 하나의 메모리를 공유하여 사용하는 시스템으로, 다중(병렬) 처리 시스템이라고도 합니다.
  • 하나의 운영체제가 모든 프로세서와 시스템 하드웨어를 제어합니다.
  • 프로세서 간의 통신은 공유 메모리를 통해서 이루어집니다.
  • 하나의 메모리를 사용하므로 CPU 간의 결합력이 강합니다.

 

분산 처리 시스템의 개요

분산 처리 시스템(Distributed Processing System)은 약결합 시스템으로, 독립적인 처리 능력을 가진 컴퓨터 시스템을 통신망으로 연결한 시스템입니다.

• 서로 다른 장소에 위치한 컴퓨터 시스템에 기능과 자원을 분산시켜 상호 협력할 수 있는 시스템입니다.

분산 처리 시스템의 설계 목적

• 자원 공유
  • 각 시스템이 통신망을 통해 연결되어 있으므로 유용한 자원을 공유하여 사용할 수 있습니다.
• 연산 속도 향상
  • 하나의 일을 여러 시스템에 분산시켜 처리함으로써 연산 속도가 향상됩니다.
• 신뢰도 향상
  • 여러 시스템 중 하나의 시스템에 오류가 발생하더라도 다른 시스템은 계속 일을 처리 할 수 있으므로 신뢰도가 향상합니다.
• 컴퓨터 통신
  • 지리적으로 멀리 떨어져 있더라도 통신망을 통해 정보를 교환할 수 있습니다.

 

분산 처리 시스템의 장단점

• 장점
  • 여러 사용자들 간에 통신이 용이합니다.
  • 제한된 장치를 여러 지역의 사용자가 공유할 수 있습니다.
  • 여러 사용자들이 데이터를 공유할 수 있습니다.
  • 중앙 컴퓨터의 과부하를 줄일 수 있습니다.
  • 사용자는 각 컴퓨터의 위치를 몰라도 자원을 사용할 수 있습니다.
  • 업무량의 증가에 따른 시스템의 점진적인 확장이 용이합니다.
  • 하나의 일을 여러 시스템이 처리함으로써 연산 속도, 신뢰도, 사용 가능도가 향상되고, 결함 허용이 가능합니다.
• 단점
  • 중앙 집중형 시스템에 비해 소프트웨어 개발이 어렵습니다.
  • 중앙 집중형 시스템에 비해 보안 정책이 복잡해 집니다.
  • 시스템 유지상 통일성을 잃기 쉽습니다.
  • 시스템의 설계가 복잡하고, 데이터 처리 서비스의 질이 떨어집니다.

 

※ 중앙 집중형 시스템

• 작업에 필요한 모든 처릴를 담당하는 중앙 컴퓨터와 데이터의 입 출력 기능을 담당하는 단말기로 구성된 시스템입니다.
• 메인 프레임에서 많이 사용하던 방식으로 최근에는 잘 사용되지 않습니다.

 

위상에 따른 분산 처리 시스템의 분류

• 스타(Star)형 / 성형
  • 모든 사이트가 하나의 중앙 사이트에 Pointto-Point 형태로 연결되어 있고, 그 외의 다른 사이트와는 연결되어 있지 않는 구조입니다.
  • 기본 이용은 사이트의 수에 비례하며, 통신 비용은 적게 소요됩니다.
  • 구조가 간단하고, 보수 및 관리가 용이합니다.
  • 중앙 사이트를 제외한 사이트의 고장이 다른 사이트에 영향을 미치지 않지만, 중앙 사이트가 고장날 경우 모든 통신이 단절됩니다.
  • 사이트의 증가에 따라 통신 회선도 증가합니다.
• 망형 - 완전 연결 (Fully Connection) 형
  • 각 사이트들이 시스템 내의 다른 모든 사이트들과 직접 연결된 구조입니다.
  • 사이트의 수가 n개이면 링크(연결) 수는 n(n-1)/2개입니다.
  • 기본 비용은 많이 들지만 통신 비용은 적게 들고, 신뢰성이 높습니다.
• 망형 - 부분 연결 (Partially Connection) 형
  
  • 시스템 내의 일부 사이트를 간에만 직접 연결된 형태로, 직접 연결되지 않은 사이트는 연결된 다른 사이트를 통해 통신하는 구조입니다.
  • 기본 비용은 완전 연결형보다 적게 들고, 통신 비용은 완전 연결형보다 많이 소요됩니다.
  • 완전 연결형보다 신뢰성이 낮습니다.
• 트리(Tree) / 게층(Hierarchy) 형
  • 분산 처리 시스템의 가장 대표적인 형태로,각 사이트들이 트리 형태로 연결된 구조입니다.
  • 기본 비용은 부분 연결형보다 적게 소요되고, 통신 비용은 트리의 깊이에 비례합니다.
  • 부모(상위) 사이트의 자식(하위) 사이트들은 그 부모 사이트를 통해 통신이 이루어집니다.
  • 완전 연결형보다 신뢰성이 낮습니다.
• 링(Ring)형 / 환형
  • 시스템 내의 각 사이트가 인접하는 다른 두 사이트와만 직접 연결된 구조입니다.
  • 정보는 단방향 또는 양방향으로 전달될 수 있습니다.
  • 기본 비용은 사이트 수에 비례하고, 목적 사이트에 데이터를 전달하기 위해 링을 순환할 경우 통신 비용이 증가합니다.
• 다중 접근 버스 연결 (Multi Access Bus Connection) 형
  • 시스템 내의 모든 사이트들이 공유 버스에 연결된 구조입니다.
  • 기본 비용은 사이트 수에 비례하고, 통신 비용은 일반적으로 저렴합니다.
  • 사이트의 고장은 다른 사이트의 통신에 영향을 주지 않지만, 버스의 고장은 전체 시스템에 영향을 줍니다.
  • 물리적 구조가 단순하고, 사이트의 추가, 삭제가 용이합니다.
  • 통신 회선 길이에 제한이 있습니다.

 

이미지 예시

1. 성형

 

2. 완전 연결형

3. 부분 연결형

4. 트리형

5. 링형

6. 다중 접근 버스 연결형