Каким образом операционная система может масштабироваться так, чтобы эффективно работать и на настольных системах домашних пользователей, и на кластерах серверов с симметричной многопроцессорной обработкой, имеющих подсистему хранения емкостью миллионы терабайт и оперативную память емкостью сотни гигабайт? В качестве решения корпорация Microsoft предлагает различные варианты Windows 2000, способные удовлетворять требованиям различных категорий пользователей. Windows NT Server 4.0 и ранние версии обладают определенной масштабируемостью — вы можете приобрести обычный NT Server 4.0 или, когда вам необходимо работать с кластерными системами, — купить NT Server, Enterprise Edition (NTS/E). В своей основе эти продукты идентичны, но Microsoft ориентировала их на использование в различных ситуациях. Чтобы развить эту концепцию масштабируемости Microsoft предлагает несколько разновидностей Windows 2000. Корпорация разработала разные версии Windows 2000 в расчете на конкретные сегменты рынка. К примеру, Windows 2000 Professional (Windows 2000 Pro) предназначена для использования на корпоративных настольных системах. Windows 2000 Server — для применения в подразделениях и рабочих группах. Windows 2000 Advanced Server (Windows 2000 AS) — для компаний, которым требуется высокая готовность. Windows 2000 Datacenter Server (Datacenter) — для организаций, имеющих самые ресурсоемкие задачи.

Чтобы предложить так много версий Windows 2000 разработчикам Microsoft пришлось усовершенствовать масштабируемость NT в основных областях: память, подсистема хранения, симметрическая многопроцессорная обработка и службы каталогов. В данной статье мы поговорим о каждой из этих областей применительно к различным версиям Windows 2000.

Вспомните времена, когда оперативная память емкостью 4 Гбайт воспринималось равной по объему жесткому диску? На уровне предприятия и центра данных адресуемая оперативная память емкостью 4 Гбайт для некоторых приложений оказывается явно недостаточной. Основным ограничителем для оперативной памяти при работе с NT 4.0 и более ранними версиями этой операционной системы был процессор.

В мире 32-разрядных процессоров уникальным 32-разрядным адресом обладает каждый байт памяти. Поскольку каждый разряд адреса может быть равен или 0, или 1, процессор может обращаться к 232 (или 4 294 967 296) байтам оперативной памяти, то есть памяти емкостью 4 Гбайт. Но более крупные приложения (например, приложения оперативной обработки транзакций или приложения электронной коммерции) требуют минимального времени ответа и один из способов значительно сократить время ответа как раз и состоит в том, чтобы хранить данные в оперативной памяти. Память емкостью 4 Гбайт может оказаться недостаточной для работы таких приложений.

Чтобы преодолеть ограничение в 4 Гбайт, в процессорах Intel Pentium II Xeon используется новая возможность расширения физического адреса Physical Address Extension (PAE), которая позволяет процессору применять для обращения к физической памяти 36 разрядов. Результат такого, казалось бы незначительного изменения состоит в том, что за счет использования 36 разрядов процессор может обращаться к 236 (или 68 719 476 736) байт оперативной памяти, то есть к памяти емкостью 64 Гбайт. Иными словами, размер поддерживаемой памяти по сравнению с 32-разрядным вариантом увеличивается в 16 раз.

Чтобы реализовать преимущества 36-разрядной аппаратной адресации, ее должна поддерживать и операционная система. Microsoft реализовала поддержку 36-разрядной адресации в ядре Windows 2000. Однако, представители корпорации отмечают, что 36-разрядную адресацию будут поддерживать лишь некоторые версии Windows 2000. На момент подготовки статьи Windows 2000 AS и Datacenter оставались единственными версиями Windows 2000, в которых была реализована поддержка такой адресации.

Что касается совместимости приложений, то разработчикам не придется менять тексты существующих программ для того, чтобы воспользоваться преимуществами PAE. Благодаря тому, что Windows 2000 поддерживает PAE на уровне ядра, существующие приложения могут распознавать всю доступную память, в том числе и память емкостью более 4 Гбайт, без каких-либо изменений. Microsoft также реализовала новый набор API-интерфейсов — Address Windowing Extensions (AWE), который позволяет разработчикам реализовывать и совершенствовать уровень управления дополнительным адресным пространством.

Для любой системы хранения априори верно то, что на предприятии спрос на объем хранения всегда будет расти быстрее, чем этот объем. Вне зависимости от того, каковы ваши требования к объему дисковой памяти сейчас, высока вероятность того, что в течение одного — двух лет вам потребуется дисковое пространство еще большей емкости. Хотите ли вы приобрести ОС, которая могла бы бесконфликтно масштабироваться с ростом ваших требований, или хотите создать более крупную подсистему, Microsoft внесла в Windows 2000 усовершенствования, благодаря которым эта ОС способна удовлетворить и те, и другие требования.

Один из основных факторов увеличения масштабируемости в Windows 2000, касающийся подсистемы хранения, состоит в добавлении к NTFS точек монтирования (reparse point). Точки монтирования — это специальные объекты NTFS, которые указывают Windows 2000 на необходимость в момент их встречи выполнять функции расширенной файловой системы. Запрос может возвращать объекты NTFS или напрямую, или через серию драйверов файловой системы, как показано на Рисунке 1. Администраторы могут реализовать эту расширенную функциональность за счет установки драйвера файловой системы, который имеет тег, соответствующий точке монтирования. Точки монтирования интегрированы в ОС так, что независимые производители могут расширить функциональность Windows 2000. Microsoft также добавила в Windows 2000 две новые возможности масштабирования, которые используют точки монтирования — NTFS Volume Mount Point и Remote Storage Service (RSS).

Вы никогда не задумывались о том, что произойдет с компьютером, на котором установлена NT 4.0, когда вы попытаетесь добавить к системе дисков или томов больше, чем есть букв в алфавите? Каждый том на сервере с NT 4.0 должен иметь уникальное имя (букву) и после того, как вы в качестве имени присвоили Z последнему из добавленных дисков, добавить еще хотя бы один вы не можете. Надеюсь, что пока такая ситуация у вас не возникала, но в корпоративных системах может потребоваться несколько десятков дополнительных букв для названия дисков. С целью решения именно этой задачи Microsoft создала NTFS Volume Mount Point.

NTFS Volume Mount Point представляет собой точку монтирования, которая указывает файловой системе о необходимости смонтировать том в ответ на запрос пользователя в конкретной точке структуры файловой системы. Предположим, что есть сервер с шестью дисководами для компакт-дисков. Каждый из этих дисководов представляет собой отдельный том и, в соответствии с принципами NT, требует использования в качестве названия одной из букв английского алфавита. Чтобы сделать эти тома разделяемыми, то есть разрешить пользователям доступ к этим дисководам, необходимо создать шесть различных разделяемых объектов: по одному для каждой из букв (имен дисков), присвоенных дисководам для компакт-дисков. В Windows 2000 можно определить каталог на существующем томе NTFS, назвав его C:cdroms, а затем определить подкаталоги, такие как cdrom1, cdrom2 и так далее. В каждом из таких подкаталогов вы можете разместить NTFS Volume Mount Point, которая указывает операционной системе на необходимость смонтировать для пользователя соответствующий дисковод для компакт-дисков и вернуть запрашиваемый результат, как показано на рисунке 2. Эта возможность весьма желательна для администраторов, которые вот-вот исчерпают алфавит и которым необходимо увеличить емкость подсистемы хранения.

Кроме того, можно также увеличить емкость хранения за счет создания NTFS Volume Mount Point и установить эту точку монтирования для нового тома, вместо того, чтобы добавлять новый дисковод к системе и, как следствие, использовать еще одну букву алфавита. Поскольку расширение множества томов в NT 4.0 имеет тот же эффект, что и добавление нового диска, существующие наборы томов могут оказаться не лучшим решением для крупномасштабных систем хранения.

Вторая возможность масштабирования, которая была реализована благодаря использованию точек монтирования, — это RSS, представляющая собой выполненную Microsoft реализацию концепции иерархического управления памятью Hierarchical Storage Management. Эта возможность позволяет Windows 2000 автоматически переносить данные с томов основной памяти (например, из системы хранения) во вторичную память, такую как оптические носители или магнитные ленты (то есть на устройства с автоматически устанавливаемыми носителями).

Можно определить временные интервалы, которые определяют, когда именно Windows 2000 должна перенести данные, и Windows 2000 автоматически будет находить данные, срок хранения которых превышает установленные параметры, и переносить их из основной памяти в предопределенные области вторичной памяти. Затем, для того чтобы пометить удаляемые файлы и каталоги, Windows 2000 поместит в места бывшего размещения файлов точки монтирования удаленной памяти, которые укажут Windows 2000, что для доступа к требуемым данным необходимо обратиться к устройствам хранения с автоматически монтируемыми носителями.

Предположим, что вы управляете сетью Windows 2000, установленной в компании, торгующей акциями. В соответствии с правилами Securities and Exchange Commission копии всей информации о транзакциях должны храниться в течение 7 лет. Для того чтобы Windows 2000 переносила данные, которые появились до конкретной даты, с основного дискового массива на носители вторичной памяти для того, можно воспользоваться RSS. Затем, когда пользователю понадобится найти данные пятилетней давности, пользователи просто перемещаются по структуре каталогов своей системы. Когда Windows 2000 «встречает» точку монтирования удаленной памяти, она выполняет команды в точке монтирования для извлечения файла со вторичных носителей и передает данные пользователям. Этот процесс прозрачен для пользователей и позволяет обойтись без помощи специалистов службы поддержки, которым раньше приходилось монтировать магнитные ленты с данными о старых транзакциях. Для крупных приложений систем хранения RSS — крайне полезное дополнение к Windows 2000.

Чтобы увеличить масштабируемость Microsoft усовершенствовала работу с SMP в Windows 2000. Однако, в бета-версиях Windows 2000 корпорация сократила возможности масштабирования базовой ОС по сравнению с возможностями ее предшественника — NT Server 4.0. Как вы помните, стандартная реализация NT Server поддерживает до четырех процессоров, а NTS/E рассчитана на использование 8 процессоров. Microsoft запланировала в Windows 2000 Server поддержку только 2-процессорных архитектур, а в Windows 2000 AS — 4-процессорных, то есть изъять возможности, которыми обладала предыдущая версия NT. Те, кто модернизируют свои системы до Windows 2000, могут рассчитывать на тот же уровень поддержки SMP. Однако пользователям, устанавливающим Windows 2000 впервые и желающим воспользоваться возможностями 4-процессорной обработки, пришлось бы покупать Windows 2000 AS (и платить за дополнительную функциональность, которая, возможно, им никогда не понадобится, такую как поддержка кластеризации).

Однако Недавно Microsoft пересмотрела свое отношение к SMP и анонсировала окончательную конфигурацию Windows 2000. Сейчас Microsoft планирует изначально поддерживать в Windows 2000 Server 4-процессорные архитектуры, в Windows 2000 AS — 4-процессорные, а в Datacenter — 32-процессорные.

Вдобавок, чтобы обеспечить поддержку 32-процессорной симметричной обработки в Datacenter корпорация Microsoft увеличила масштабируемость и производительность SMP. С этой целью Microsoft реализовала более тонкую настройку при резервировании и блокировки памяти с тем, чтобы снизить конкуренцию между процессорами в борьбе за ресурсы.

Одной из наиболее широко обсуждаемых возможностей Windows 2000 стала Active Directory (AD), которая позволяет каталогизировать всех пользователей, компьютеры и соответствующие данные о сетевой конфигурации в рамках всего предприятия.

В NT 4.0 и более ранних версиях домены могут хранить от 30 до 40 тыс. объектов. Для большинства международных организаций ограничения на число объектов не гарантирует достаточную емкость и часто вынуждает администраторов реализовать многодоменные структуры и организовывать сложные доверительные взаимосвязи для поддержки необходимых объектов.

Служба AD позволяет преодолеть указанные ограничение; теперь домены могут поддерживать более 1 млн. объектов. Compaq тестировала структуру AD, содержащую более 16 млн. объектов в системе с оперативной памятью емкостью 2 Гбайт. Хотя общий объем объектной базы данных превысил в результате 60 Гбайт, AD продолжала своевременно выполнять запросы клиентов на обслуживание. Объектная база данных объемом 60 Гбайт показывает, что AD может масштабироваться и соответствовать требованиям еще более крупных организаций.

Кроме того, Windows 2000 использует транзитивные доверительные отношения, что тоже можно отнести к усовершенствованиям, касающимся масштабируемости. При работе с доменами NT 4.0, даже если домен A поддерживает доверительные связи с доменом B, а домен B поддерживает доверительные связи с доменом C, домен A не будет поддерживать доверительные связи с доменом C до тех пор, пока вы не определите такие доверительные взаимоотношения вручную. Определение конкретных доверительных связей — отнюдь не проблема, если приходится управлять лишь несколькими доменами, но в крупной организации, где имеется несколько сот доменов разнесенных географически, это может вылиться в серьезную задачу. При добавлении нового домена NT 4.0 в крупной организации администраторам скорее всего придется определить сотни новых доверительных связей. Windows 2000 решает эту задачу за счет транзитивных доверительных отношений (то есть, если A поддерживает доверительные отношения с доменом B, а домен B поддерживает доверительные отношения с доменом C, то A будет поддерживать доверительные отношения с C) и позволяет поддомену в дереве AD поддерживать доверительные отношения со всеми доменами, с которыми поддерживает доверительные связи его родитель. Транзитивные доверительные отношения упрощают работу, которую следует выполнить при добавлении новых доменов.

В зависимости от уровня масштабируемости, который необходим серверной операционной системе, в линейке Windows 2000 найдется именно тот продукт, который требуется. Версией самого старшего класса является сервер Datacenter, представляющий собой кластеризованный сервер с 32-процессорной симметричной обработкой и оперативной памятью емкостью 64 Гбайт, способный поддерживать систему хранения неограниченной емкости. Но вне зависимости от конкретных требований, в том случае, если потребуется больше оперативной памяти, больше процессорных возможностей или система хранения большей емкости, возможности масштабирования Windows 2000 намного упростят задачу администратора больших систем.