분산 운영체제

다중 처리기((Multi-Processor)의 개요

하나의 시스템에 여러 개의 처리기(프로세서)를 두어 하나의 작업을 각 처리기에게 할당하여 수행하도록 하는 것을 의미

 

특징 :

• 다중 처리기는 프로세서간 상호작용이 밀접한 강결합 시스템
• 여러 작업을 동시에 처리하여 실행 시간이 감소되고 전체 효율을 향상
• 일반적으로 다중 처리기라 하면 프로세서 간 상호작용이 밀접한 강결합 시스템인 공유-기억장치 시스템을 의미
• 다중 처리기의 운영체제 구조는 Master/Slave 처리기, 분리 실행 처리기, 대칭적 처리기로 분류

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Master/ Slave(주/종) 처리기

• 하나의 프로세서를 Master(주 프로세서)로 지정하고, 나머지들은 Slave(종 프로세서)로 지정하는 구조
• 주 프로세서가 고장나면 전체 시스템이 다운
• 주 프로세서만 입 출력을 수행하므로 비대칭 구조를 갖음
• 주 프로세서와 종 프로세의 역할은 다음과 같음.

주프로세서 :

• 입출격과 연산을 담당
• 운영체제를 수행

종 프로세서 :

• 연산만 담당
• 입출력 발생 시 주 프로세서에게 서비스를 요청
• 사용자 프로그램만 담당

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약결합/ 강결합시스템

약결합(Loosely Coupled)시스템

특징

• 각 프로세서마다 독립된 메모리를 가진 시스템으로, 분산 처리 시스템이라고도 함
• 둘이상의 독립된 컴퓨터 시스템을 통신망(통신 링크)을 통하여 연결한 시스템
• 각 시스템마다 독자적인 운영체제를 가지고 있음
• 각 시스템은 독립적으로 작동할 수 있고 필요한 경우에는 상호 통신할 수 있음
• 프로세서 간의 통신은 메시지 전달이나 원격 프로시저 호출을 통해 이루어짐
• 각 시스템마다 독자적인 운영이 가능하므로 CPU간의 결합력이 약함

 

예: 클라우드 컴퓨팅, 분산 데이터베이스.

 

장점: 독립적인 작동 가능, 확장성이 뛰어남.

 

단점: 통신 오버헤드 발생 가능. 강결합 시스템

 

강결합(Tightly Coupled)시스템

특징

• 동일 운영체제하에서 여러 개의 프로세서가 하나의 메모리를 공유하여 사용하는 시스템으로 다중(병렬)처리시스템이라고도 함
• 하나의 운영체제가 모든 프로세서와 시스템 하드웨어를 제어함
• 프로세서 간의 통신은 공유 메모리를 통해서 이루어짐
• 하나의 메모리를 사용하므로 CPU 간의 결합력이 강함

 

예: 슈퍼컴퓨터, 병렬 처리 서버.

 

장점: 높은 처리 속도, 효율적인 자원 공유.

 

단점: 시스템 구축 비용이 높고, 장애 시 복구 어려움.

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분산 처리 시스템의 개요

• 약결합 시스템으로, 독립적인 처리 능력을 가진 컴퓨터 시스템에 기능과 자원을 분산 시켜 상호 협력할 수 있는 시스템입니다.
• 서로 다른 장소에 위치한 컴퓨터 시스에 기능과 자원을 분산시켜 상호 협력할 수 있는 시스템

 

분산 처리 시스템의 설계 목적

자원 공유

• 각 시스템이 통신망을 통해 연결되어 있으므로 유용한 자원을 공유하여 사용

 

연산 속도 향상

• 하나의 일을 여러 시스템에 분산시켜 처리함으로써 연산 속도가 향상

 

신뢰도 향상

• 여러 시스템 중 하나의 시스템에 오류가 발생하더라도 다른 시스템은 계속 일을 처리 할 수 있으므로 신뢰도가 향상

 

컴퓨터 통신

• 지리적으로 멀리 떨어져 있더라도 통망을 통해 정보를 교환할 수 있다.

 

분산 처리 시스템의 장단점

장점 :

• 여러 사용자들 간에 통신이 용이
• 제한된 장치를 여러 지역의 사용자가 공유 가능
• 여러 사용자들이 데이터를 공유
• 중앙 컴퓨터의 과부하를 줄일 수 있다
• 사용자는 각 컴퓨터의 위치를 몰라도 자원을 사용할 수 있다.
• 업무량의 증가에 따른 시스템의 점진적인 확장이 용이
• 하나의 일을 여러 시스템이 처리함으로써 연산 속도, 신뢰도, 사용 가능도가 향상, 결함 허용이 가능

 

단점 :

• 중앙 집중형 시스템에 비해 소프트웨어 개발이 어려움
• 중앙 집중형 시스템에 비해 보안 정책이 복잡함
• 시스템 유지상 통일성을 잃기 쉽다
• 시스템의 설계가 복잡하고 데이터 처리 서비스의 질이 떨어짐

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위상에 따른 분산 처리 시스템이 분류

 

스타(Star)형/ 성형

• 모든 사이트가 하나의 중앙사이트에 Pointto-Point 구조 형태로 연결되어 있고, 그 외의 다른 사이트와는 연결되어 있지 않은 구조
• 기본비용은 사이트의 수에 비례하며, 통신 비용은 적게 소요

스타형/성형

 

망형 -완전 연결(Fully Connection)형

• 각 사이트들이 시스템 내의 다른 모든 사이트들과 직접 연결된 구조
• 사이트의 수가 n개이면 링크(연결)수는 n(n-1)/2개이다.
• 기본비용은 많이 들지만 통신 비용은 적게 들고, 신뢰성이 높다

망형 - 완전 연결형

망형- 부분연결(Partially Connection)형

• 시스템의 내의 일부 사이트들 간에만 직접 연결된 형태, 직접연결되지 않은 사이트는 연결된 다른 사이트를 통해 통신하는 구조
• 기본비용은 완전 연결형보다 적게 들고, 통신 비용은 완전 연결형보다 많이 소요
• 완전 연결형보다 신뢰성이 낮다

망형-부분 연결형

트리(Tree)/ 계층(Hierarchy)형

• 분산 처리 시스템의 가장 대표적인 형태로, 각 사이트들이 트리 형태로 연결된 구조
• 기본 비용은 부분 연결형보다 적게 들고, 통신 비용은 완전 연결형보다 많이 소요
• 부모(상위)사이트의 자식(하위)사이트들은 그 부모사이트를 통해 통신이 이루어 짐
• 부모사이트가 고장나면 그 자식 사이트들은 통신 불가

트리형

링(Ring)형/ 환형

• 시스템 내의 각 사이트가 인접하는 다른 두 사이트와만 직접 연결된 구조
• 정보는 단방향 또는 양방향으로 전달
• 기본 비용은 사이트 수에 비례하고, 목적 사이트에 데이터를 전달하기 위해 링을 순환할 경우 통신 비용이 증가

링형/ 환형

다중 접근 버스 연결(Multi Access Bus Connection)

• 시스템 내의 모든 사이트들이 공유 버스에 연결된 구조
• 기본 비용은 사이트 수에 비례하고, 통신 비용은 일반적으로 저렴
• 사이트의 고장은 다른 사이트의 통신에 영향을 주지않지만, 버스의 고장은 전체 시스템의 영향을 줌
• 물리적 구조가 단순, 사이트의 추가, 삭제가 용이
• 통신 회선길이에 제한이 있음

다중 접근 버스 연결

 

구분	장점	단점
스타형	중앙 집중 관리, 간단한 구조	중앙 사이트 고장 시 전체 네트워크 마비
망형-완전 연결형	신뢰성 높음, 통신 비용 낮음	구축 비용 높음, 복잡한 설계
망형-부분 연결형	구축 비용 낮음, 유연한 확장성	신뢰성이 낮음, 통신 경로 우회 시 비용 증가
트리형	효율적 자원 관리, 간단한 탐색	부모 사이트 고장 시 하위 노드 전체 영향
링형	간단한 구축, 저렴한 비용	순환 통신 시 시간 지연 가능성
다중 접근 버스 연결형	사이트 추가 용이, 통신 비용 낮음	버스 고장 시 전체 시스템 중단

 

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출저 및 참고

정보처리 산업기사 기본서(시나공)