В узком смысле сетевая операционная система. Сетевые ос, функции и компоненты сетевых операционных систем
Реферат по курсу “ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ ”
СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Студента группы К7-05П
Ненарокова С.С.
Общий обзор сетевых ОС
Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщении между рабочими станциями и серверами. Она может позволить любой рабочей станции работать с разделяемым сетевым диском или принтером, которые физически не подключены к этой станции.
В некоторых компьютерных сетях есть выделенный автономный компьютер который выполняет функции только файлового сервера. Такие системы называются ЛВС с файловым сервером. В других, малых ЛВС, рабочая станция может одновременно выполнять и функии файлового сервера. Это одноранговые ЛВС.
Компоненты сетевой операционной системы на каждой рабочей станции и файловом сервере взаимодействуют друг с другом посредством языка, называемым протоколом.Одним из общих протоколов является протокол фирмы IBM NetBIOS (Network Basic Input Output System - Сетевая операционная система ввода-вывода). Другим распространенным протоколом является IPX (Internet-work Packet Exchange - Межсетевой обмен пакетами) фирмы Novell.
Ниже приведен список некоторых сетевых опнрационных систем с указанием их производителей:
| Операционная система | Производитель |
| Apple Talk | Apple |
| LANtastic | Artisoft |
| NetWare | Novell |
| NetWare Lite | Novell |
| Personal NetWare | Novell |
| NFS | Sun Microsystems |
| OS/2 LAN Manager | Microsoft |
| OS/2 LAN Server | IBM |
| Windows NT Advanced Server | Microsoft |
| POWERfusion | Performance Technology |
| POWERLan | Performance Technology |
| Vines | Ba |
ОС NetWare фирмы Novell
Novell была одной из первых компаний, которые начали создавать ЛВС.
Она производила как аппаратные средства, так и программные, однако в последнее время фирма Novell сконцентрировала усилия на программных средствах ЛВС.
В среде NetWare способно работать большее количество приложений чем в любой другой ЛВС.
ОС NetWare способна поддерживать рабочие станции, управляемые DOS, DOS и Windows, OS/2, UNIX, Windows NT, Mac System 7 и другими ОС.
ЛВС NetWare может работать с большим количеством различных типов сетевых адаптеров, чем любая другая операционная система.Для достижения поставленных целей вы можете выбрать аппарвтные средства от множества разных поставщиков. С NetWare можно использовать ARCnet, EtherNet, Token Ring или практически любой другой тип сетевого адаптера.
ЛВС NetWare может разростаться до огромных размеров.
ЛВС NetWare надежно работает.
Средства защиты данных, предоставляемые NetWare, более чем достаточны для большинства ЛВС.
NetWare допускает использование более, чем 200 типов сетевых адаптеров, более чем 100 типов дисковых подсистем для хранения данных, устройств дублирования данных и файловых серверов.
Фирма Novell имеет контракты о поддержке ОС NetWare с наиболее крупными и мощными из независимых организаций, таких как Bell Atlantic, DEC, Hewlett-Packard, Intel, Prime, Unisys и Xerox.
Рассмотрим подробнее структуру данной ОС
Файловый сервер в NetWare является обычным ПК, сетевая ОС которого осущест-вляет управление работой ЛВС.Функции управления включают координацию рабочих станций и регулирование процесса разделения файлов и принтера в ЛВС.Сетевые файлы всех рабочих станций хранятся на жестком диске файлового сервера, а не на дисках рабочих станций.
Имеется три версии ОС NetWare. Версия 2.2 может работать на компьютере 80286 (или более поздних моделях), используемом в качестве файлового сервера. При покупке ОС необходимо приобретать лицензию на число пользователей (5, 10, 50, 100). Версии ОС NetWare 3.12 и более новая 4.0 ориентированы на 32 разрядные шинные архитектуры и процессоры 80386, 80486 или Pentium. Есть также варианты сетевой ОС NetWare, предназначенные для работы под управлением многозадачных, многопользовательских операционных систем OS/2 и UNIX. Версию 3.12 ОС NetWare можно приобрести для 20, 100 или 250 пользователей, а версия 4.0 имеет возможность поддержки до 1000 пользователей.
Все версии ОС хорошо совместимы между собой, поэтому в одной и той же компьютерной сети можно иметь файловые серверы с разными версиями ОС NetWare.
Некоторые команды ОС NetWare .
NPRINT - передача текстового файла на принтер.
LOGIN - команда подсоединения к серверу (для отсоединения - LOGOUT)
WHOAMI - идентификация пользователя (информация о текущем сеансе).
USERLIST - выдача имен пользователей, подсоединенных к ЛВС в данный момент.
SEND - посылка сообщения какому-либо пользователю.
В NetWare различают три типа накопителей: локальные накопители, сетевые накопители и поисковые накопители. Локальные накопители физически подключены к рабочим станциям. Сетевые накопители - это накопители на жестких дисках файлового сервера. Аналогично тому, как в DOS, применяется средство PATH для задания списка накопителей и директорий, в которых по умолчанию разыскиваются прикладные программы, в ОС NetWare используется понятие поискового накопителя.
МАР - просмотр текущего статуса накопителей (без параметров), и переназначение их (с параметрами).
ОС NetWare позволяет манипулировать файлами и директориями различными способами.Можно копировать, уничтожать, переименовывать, записывать, распечатывать и разделять файлы в ЛВС. Есть также определённая система прав доступа к файлам и директориям.
Как файлы так и директории на сервере в ЛВС под управлением ОС NetWare имеют аттрибуты.Эти аттрибуты могут отменять права, предоставленные пользователям в ЛВС.
RIGHTS - список прав которыми вы обладаете для данной директории.
NCOPY - копирование файлов.
NDIR - список файлов данной директории. В отличие от команды DOS DIR она выводит дополнительную информацию для каждого файла и директории.
CAPTURE - перенапрвление печати на разделяемый сетевой принтер.
Сервер и файловая система с ОС NetWare
Есть некоторые отличия сервера ЛВС NetWare от обычного ПК. Для накопителя на жестком диске этого компьютера применена структура форматирования совершенно отличная от той, которая применяется в DOS. Невозможно получить доступ к жесткому диску такого сервера, если вы загрузили DOS с дискеты. Но для пользователя ЛВС который работает под управлением DOS и получил доступ к серверу со своего терминала,жесткий диск сервера представляется просто как дополнительный к уже существующим.
Формат записи данных на жестком диске, который применен в ОС NetWare, включает большее количество информации о файлах и директориях, чем это было возможно в DOS. Файлы в ОС NetWare наряду с аттрибутами “только для чтения”, “скрытый” и “архивный” могут дополнительно иметь атрибут “неразделяемый” и “разделяемый” (он указывает на возможность разделения файла в ЛВС многими пользователями одновременно). Кроме этого, ОС NetWare добавляет к информации о файле следующие элементы: исходную дату создания, имя создателя файла, дату последнего доступа к файлу, дату последней модификации файла, дату и время последней архивации файла.
Защита данных в ОС NetWare
Система защиты данных в ЛВС NetWare включает в себя следующие меры:
Защита от несанкционированного присоединения к ЛВС путем присвоения имен и паролей пользователям, а также ограничениями на доступ к ЛВС пользователей с определенными именами в определенное время дня.
Система доверяемых прав (trustee rights), позволяющая контролировать, к каким файлам и директориям может имет доступ пользователь, а также какие операции он может производить с ними.
Система аттрибутов для директорий или файлов, которые определяют возможность копирования, просмотра, записи и разделения их в ЛВС.
Для каждой директории существует маска максимальных прав , хранящая максимальные привелегии, которые может в ней иметь пользователь. Ниже перечислены восемь прав, которые могут быть указаны в этой маске:
Право чтения из открытых файлов
Право записи в открытые файлы
Право открывать файлы
Право создавать новые файлы
Право уничтожать файлы
Право создавать, переименовывать или стирать поддиректории, и устанавливать доверяемые права над директориями внутри директории и ее поддиректориях
Право производить поиск файлов в директории
Право модификации аттрибутов файла
Отказоустойчивость системы NetWare
Отказоустойчивость является на сегодняшний день одной из наиболее важных характеристик, и разработчики NetWare уделили должное внимание этому вопросу. В версиях 2.2, 3.12 и 4.0 ОС NetWare применена технология SFT (System Fault Tolerant - C истема защиты при отказах оборудования ). C истема защиты при отказах оборудо -вания означает бесперебойную работу файлового сервера при различного рода отказах аппаратных средств. Во всех версиях NetWare имеются средства минимизации потерь данных в случае физических повреждений поверхности накопителей. Система SFT пошла дальше в этом отношении предложив методы зеркального отображения дисков и дублирования дисков
В системе NetWare имеется возможность контроля сигналов источника беспере-бойного питания UPS. При обнаружении перебоя с подачей электроэнергии ОС уведомляет пользователей об этом и сообщает им каким промежутком времени они распологают для завершения своей работы. По истечении этого промежутка времени ОС автоматически закроет все файлы в системе и выключит себя.
Наконец, система SFT предлагает систему TTS (трассировки обработки запроса). Прикладные программы, использующие эту систему, интерпретируют последова-тельность действий с базами данных как одну операцию - либо все действия выполнены успешно, либо ни одно из них
Сравнительные характеристики различных версий
Операционная система компьютерной сети во многих отношениях подобна ОС независимого компьютера - также представляет комплекс соединенных программ, который обеспечивают удобство работы потребителям и программистам путем предоставления им некоторой виртуальной вычислительной системы, и реализует эффективный метод совместного использования ресурсов между набором исполнимой программы процессов в сети.
Компьютерная сеть - комплекс из компьютеров, соединенных коммуникационной системой и предоставленным адекватным ПО, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этого набора компьютеров. Компьютеры различных типов, которые могут быть малыми микропроцессорами, рабочими станциями, мини-ЭВМ, персональными компьютерами или суперкомпьютерами, могут сформировать сеть. Коммуникационная система может включать кабели, повторители, кнопочные формы, коммутаторы - распределители и другие устройства, обеспечивающие передачу данных между любой парой компьютеров сети Таненбаум, Э. Современные операционные системы [Текст]/ Э. Таненбаум. - 2-е изд. - СПб.: Питер, 2008. - С. 17. Компьютерная сеть позволяет потребителю работать с компьютером автономно и добавляет в него возможность доступа к информации и аппаратным ресурсам других компьютеров сети.
Первая сетевая ОС представляла собой набор существующих локальной ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки. Таким образом, в локальную ОС вставляются минимум сетевых функций, необходимых для работы сетевой оболочки, которая выполняет главную роль, функционирования сети Пример такого подхода - использование каждой машиной сети операционной системы MS DOS (который начиная с его третьей версии имел такие встроенные функции, как блокировка файлов и записей, необходимых для объединенного доступа к файлам). Принцип построения сетевых ОС в виде сетевой оболочки над локальной ОС используется и в современных ОС, таких, например, как LANtastic или Personal Ware.
В устройстве сетевой работы операционная система играет роль интерфейса, скрывающего от потребителя все подробные данные низкоуровневых средств аппаратного ПО сети. Например, вместо численных адресов компьютеров сети, такой как МАС-адрес и IP-адрес, операционная система компьютерной сети позволяет работать с именами пользователей, удобными для хранения. В результате в представлении потребителя сеть с ее набором трудных и спутанных реальных подробных данных переворачивает, чтобы очистить достаточно понятный набор разделяемых ресурсов.
В Приложении А показаны основные функциональные компоненты сетевой ОС:
Средства управления локальными ресурсами компьютера реализуют все функции ОС автономного компьютера (выделение оперативной памяти между процессами, планируя и диспетчеризируя процессом, управление процессами в многопроцессорных машинах, управление внешней памяти большого объема, интерфейса с потребителем и т.д.);
Сетевые средства, поочередно, могут быть разделены на три компонента:
Средства условия местных средств и служб в общем использовании - серверная часть ОС;
Средства запроса доступа, чтобы отдалить ресурсы и службы - клиентская часть ОС;
Механизмы ОС, которые вместе с коммуникационной системой обеспечивают передачу сообщений между сетевыми компьютерами.
Основное требование, показанное операционной системе, производительности основных функций эффективного управления этим ресурсы и поддержка удобного интерфейса для пользовательских и прикладных программ. Современный ОС, как правило, должен поддерживать обработку ПО, виртуальную память, свопинг, графический интерфейс потребителя, и также выполнить много других необходимых функций и служб. Кроме этих необходимых условий функциональной полноты не менее важные операционные требования, которые перечисляются более низкие, выдвигаются к операционным системам.
Расширяемость;
Переносимость;
Совместимость;
Надежность и отказоустойчивость;
Безопасность;
Производительность.
В сети узкого смысла ОС - операционная система отдельного компьютера, возможность, обеспечивающая для этого, чтобы разогреваться сеть.
В сетевой операционной системе отдельной машины возможно выбрать некоторые части:
Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции выделения оперативной памяти между процессами, планированиями и диспетчеризациями процессов, средствами управления процессоров в многопроцессорных тренажерах, средствами управления периферийных устройств и другими функциями рационального использования природных ресурсов локального ОС Голицына О.Л., Программное обеспечение [Текст]/О.Л. Голицына, И.И. Попов, Т.Л. Партыка. - М.: Форум, 2008. - С. 33.
Средства условия собственных ресурсов и служб в общем использовании - часть сетевой ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, который необходим для их совместного использования; руководство справочников имен сетевых ресурсов; обработка запросов удаленного доступа, чтобы иметь файловую систему и базу данных; управление очередей запросов удаленных потребителей к периферийным устройствам.
Средства запроса доступа, чтобы отдалить ресурсы и службы и их использования - клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сети запросов, чтобы отдалить ресурсы из приложений и потребителей, таким образом, запрос приходит из приложения в локальную форму, и передается в сети в другой форме, соответствующей необходимым условиям подающего. Клиентская часть также выносит получение ответов от подающих и их преобразования в локальный формат, таким образом, для производительности приложения локальных и удаленных запросов неразличимо.
Коммуникационные средства ОС, кс помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения в сетях, надежности передачи, и т.д., который является, средства перевозки сообщений.
В зависимости от функций, положенных к определенному компьютеру, в его операционной системе, могут отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.
Виды сетевых ОС
Сетевая служба может быть представлена в ОС либо обеими (клиент и сервер) частями, либо только одному из них.
В первом случае операционная система названа одноранговой, не только позволяет адресоваться к ресурсам других компьютеров, но также и хранению собственные ресурсы в инструкции потребителей других компьютеров. Например, если на всех компьютерах сети устанавливаются и клиенты, и подающие файловой службы, все пользователи сети могут применить совместно файлы друг друга. Компьютеры, комбинирующие функции клиента и сервера, называются одноранговыми зонами Таненбаум Э. Компьютерные сети. - 4 изд. [Текст]/ Пер. с англ. - СПб.: Питер, 2007. - С. 190.
Операционную систему, которая избирательно содержит клиентские части сетевых служб, называют как клиент. Клиент ОС устанавливается на компьютерах, адресующихся с запросами к ресурсам других компьютеров сети. Позади таких компьютеров также назвал клиент, обыкновенные потребители работают. Обычно клиентские компьютеры принадлежат классу относительно простых устройств.
Серверная ОС касается другого типа операционных систем - ориентируется на обработку запросов от сети до ресурсов компьютера и включает в себя части серверных сетевых служб. Компьютер с серверным ОС, установленный на нем, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, называют выделенным сервером сети. За выделенным сервером, как правило, обычные пользователи не работают.
Примеры сетевых ОС:
Повторюсь, что сегодня практически все ОС являются сетевыми. Наиболее распространенные из них:
Novell NetWare
Microsoft Windows (95, NT, XP, Vista, Seven)
Различные UNIX системы, такие как Solaris, FreeBSD
Различные GNU/Linux системы
ZyNOS компании ZyXEL
Chrome OS от Google.
График использования сетевых операционных систем на предприятиях представлен в Приложении Б.
Сетевая операционная система - операционная система со встроенными возможностями для работы в компьютерных сетях. К таким возможностям можно отнести: поддержку сетевого оборудования; поддержку сетевых протоколов; поддержку протоколов маршрутизации; поддержку фильтрации сетевого трафика; поддержку доступа к удалённым ресурсам, таким как принтеры, диски и т. п. по сети; поддержку сетевых протоколов авторизации; наличие в системе сетевых служб, позволяющих удалённым пользователям использовать ресурсы компьютера.
Примеры сетевых операционных систем : Novell NetWare; Microsoft Windows (95, NT и более поздние); Различные UNIX системы, такие как Solaris, FreeBSD; Различные GNU/Linux системы; IOS; ZyNOS компании ZyXEL.
Основное назначение . Главными задачами являются разделение ресурсов сети (например, дисковые пространства) и администрирование сети. С помощью сетевых функций системный администратор определяет разделяемые ресурсы, задаёт пароли, определяет права доступа для каждого пользователя или группы пользователей. Отсюда деление:
— сетевые ОС для серверов;
— сетевые ОС для пользователей.
Существуют специальные сетевые ОС, которым приданы функции обычных систем (Пр.: Windows NT) и обычные ОС (Пр.: Windows XP), которым приданы сетевые функции. Сегодня практически все современные ОС имеют встроенные сетевые функ
Структура сетевой операционной системы
Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам — протоколам. В узком смысле сетевая ОС — это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.
В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей (рисунок 1.1):
Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.
Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование — серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.
Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования — клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.
Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.
В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.
Первые сетевые ОС представляли собой совокупность существующей локальной ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки. При этом в локальную ОС встраивался минимум сетевых функций, необходимых для работы сетевой оболочки, которая выполняла основные сетевые функции. Примером такого подхода является использование на каждой машине сети операционной системы MS DOS (у которой начиная с ее третьей версии появились такие встроенные функции, как блокировка файлов и записей, необходимые для совместного доступа к файлам). Принцип построения сетевых ОС в виде сетевой оболочки над локальной ОС используется и в современных ОС, таких, например, как LANtastic или Personal Ware.
Однако более эффективным представляется путь разработки операционных систем, изначально предназначенных для работы в сети. Сетевые функции у ОС такого типа глубоко встроены в основные модули системы, что обеспечивает их логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, а также высокую производительность. Примером такой ОС является система Windows NT фирмы Microsoft, которая за счет встроенности сетевых средств обеспечивает более высокие показатели производительности и защищенности информации по сравнению с сетевой ОС LAN Manager той же фирмы (совместная разработка с IBM), являющейся надстройкой над локальной операционной системой OS/2.
Лекция 2 Структура сетевой операционной системы
Лекция 2
Тема: Структура и основные компоненты сетевых ОС. Функции по управлению сетевыми и локальными ресурсами.
Управление использованием ресурсов – одна из основных задач ОС.
ОС должна управлять использованием ресурсов вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность (под реактивностью понимают скорость реакции) системы. Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:
Планирование использования ресурса, а именно - определение какому процессу, когда, в каком объеме, необходимо выделить данный ресурс;
Отслеживание состояния ресурса, то есть поддерживать набор оперативной информации о степени занятости ресурса.
Сетевая ОС (СОС) позволяет разделять ресурсы не только локально, но и в рамках сети объединяющей машины со своими средствами межсетевого взаимодействия. Она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств, а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным ресурсам, однако эти дополнения существенно не меняют структуру самой операционной системы. Фактически на современном уровне развития компьютерных технологий наличие у ОС возможностей для сетевого взаимодействия из разряда желательного перешло в разряд необходимого для полноценной работы пользователя.В отличии от СОС, распределенные ОС (РОС), реализует сетевое разделения ресурсов, моделируя единую виртуальную машину над сетью. Работая с РОС пользователю нет необходимости знать подключена его машина к сети, является ли данный ресурс локальным и где на планете выполняется его программа. Основное отличие СОС от РОС – в сети взаимодействуют несколько СОС (по одной на абонента), в то время как в РОС – есть одна операционная система, которая скрывает сеть.
Набор характеристик СОС.
Многопользовательские : позволяют 2 и более пользователям запускать программы в рамках одной ОС. Таким образом ОС UNIX многопользовательские, а Windows NT - нет. Последняя не позволяет нескольким пользователям одновременно работать (запускать свои приложения). В NT предоставление возможности использования мощностей процессора нескольким пользователям одновременно перекладывается с ОС на программистов (например используется технология клиент-сервер)
1) Поддерживающие многопроцессорность: Последняя может быть симметричной (процессоры равномерно нагружаются кодами разных программ), асимметричной (один процессор выполняет один процесс).
2) Многозадачность: Многозадачная ОС управляет ресурсами разделяемыми несколькими одновременно выполняющимися конкурирующими программами. Многозадачность разделяется на несколько типов, в зависимости от реализованного алгоритма управления разделением процессорного времени. Основные виды многозадачности – вытесняющая (ОС выделяет квант времени процессу или нити, затем прерывает их выполнение и выделяет квант времени следующему процессу или нити) и кооперативная (сам процесс определяет в какой момент времени вернуть ОС управление, например во время ожидания ввода)
3) Многонитеевые: Позволяет распараллеливать вычисления в рамках одного процесса. С точки зрения программирования нить – информация о состоянии (контексте) процесса. Нить создается и используется таким образом, что несколько процессов (нитей) может выполняться в рамках одного кода, но с использованием разных данных об окружении (контекстах). Обычно многонитиевость используется при написании программ-серверов, которым надо взаимодействовать единым образом с заранее неизвестным числом пользователей.
ОС делятся по критерию оптимизации на системы:
1) Пакетные: критерий эффективности – максимальное число решенных задач, которые поступают в ОС наборами (пакетами). ОС оптимизирует выполнение задач, а не взаимодействие с пользователем.
2) Реального времени: Отвечают на входящие данные немедленно. Критерий эффективности – гарантированное время реакции системы (скорость выполнения процессов и разделение процессорного времени) на информационный сигнал. Неспециализированные UNIX и DOS ОС не являются системами реального времени, т.к. не гарантируют одинаковое время реакции системы на входные данные.
3) Разделения времени: процессорное время равномерно распределяется между задачами, что делает работу пользователя более удобной. Критерий оптимальности – честное распределение (по потребностям) процессорного времени между разными задачами с одинаковым приоритетом на использование этого ресурса.
Большинство СОС можно отнести к последним двум типам.
Также сетевые ОС делятся на СОС со встроенными сетевыми функциями и на оболочки с сетевыми функциями над локальными ОС.
Набор критериев.
Рассмотрим набор критериев, на основе которого решается на сколько хорошо данная ОС может выполнять функции СОС.
Основные требования предъявляемые фирмами к современным СОС:
1) Системная архитектура – управление какими ресурсами и какие алгоритмы управления она поддерживает, можно ли ее запустить на многопроцессорной архитектуре, какие микропроцессорные архитектуры (Intel x86, Alpha, PowerPC) она поддерживает
2) Масштабируемость – количество ресурсов, которыми сможет управлять ОС (вдруг ваша распределенная гигабайтовая БД станет терабайтовой или количество одновременно открытых TCP соединений увеличиться на порядок)
3) Производительность – скорость выполнения СОС требуемого класса задач, количество одновременных обращений пользовательских процессов которое в состоянии обслужить система
4) Надежность – поддержка средствами СОС средств резервирования данных, транзакций, поддержка или нахождение в составе СОС надежной файловой системы.
5) Безопасность – какой уровень защиты информации поддерживает СОС, ограничения на доступ к каким ресурсам она поддерживает, какая система прав доступа поддерживается.
6) Средства администрирования – какие утилиты и как помогают администировать СОС
7) Поддержка сетевых сред – поддерживает ли СОС физические устройства работающие с Ethernet, Token ring, оптоволокном и т.п.
8) Поддержка стеков протоколов – на каких и скольких стеках протоколов может функционировать СОС и поддержка программного обеспечения для работы с данными в рамках всемирной сети Интернет
9) Сетевая печать – сколько поддерживается средствами СОС принтеров на сервер, очередей на принтер
10) Приложения – какие приложения включены в стандартную поставку СОС, какую минимальную функциональность обеспечивает СОС (это могут быть почтовые сервера и клиенты, средства разработки, сервера печати, Интернет сервера и т.п.)
11) Совместимость – на сколько СОС совместима с уже имеющимися программно-аппаратными комплексами предприятия.
Исходя из описанных выше требований можно заключить, что хорошо спроектированная СОС должна:
Поддерживать возможность работы на многопроцессорной ЭВМ (с симметричной многопроцессорностью)
Быть многозадачной и поддерживать нити в рамках одного процесса.
При необходимости быть многопользовательской.
В общем случае для большинства современных коммерческих СОС вопрос, какая из них лучше задавать бессмысленно – раз все выдерживают конкуренцию, значит у каждой есть какие-то достоинства. Решение о выборе СОС обычно основываются на оценке набора критериев, подобно приведенному выше, применительно к конкретной ситуации.
Структура СОС
Каждый компьютер с установленной СОС в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле сетевая ОС – это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.
В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей (рисунок 1):
1) Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, функции планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.
2) Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование - серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.
3) Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования - клиентская часть ОС. Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.
4) Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями между СОС в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.
Все множество СОС можно разбить на две группы:
1) Первые сетевые ОС представляли собой совокупность неспециализированной (General) ОС и надстройки, добавляющей к ней сетевые функции (рисунок 2).
2) Однако более эффективным представляется путь разработки операционных систем, изначально предназначенных для работы в сети. Сетевые функции у ОС такого типа встроены в основные модули системы, что обеспечивает их логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, а также высокую производительность.
Как видно из структуры, СОС это - ОС с добавлением сетевых функций.
Основополагающим критерием по значительности влияния на производительность и масштабируемость операционной системы является ее архитектура. Операционные системы прошли длительный путь развития от монолитных систем к хорошо структурированным модульным системам, способным к развитию, расширению и обладающие хорошей переносимостью.
1. Монолитные системы
В общем случае "структура" монолитной системы представляет собой отсутствие структуры (рисунок 3). ОС написана как набор процедур, каждая из которых может вызывать другие, когда ей это нужно. При использовании этой техники каждая процедура системы имеет хорошо определенный интерфейс, и каждая может вызвать любую другую при необходимости.
Монолитная ОС собирается из программных модулей и затем компилируется как единая система. И хотя как программа такая СОС может и быть модульной, на практике взаимодействие ее процедур происходит в единой области видимости и любая процедура может вызвать любую.
2. Многоуровневые системы
При структуризации от монолитных систем переходят к многоуровневым. Уровни образуются группами функций операционной системы - файловая система, управление процессами и устройствами и т.п. Каждый уровень может взаимодействовать только со своим непосредственным соседом - выше- или нижележащим уровнем. Прикладные программы или модули самой операционной системы передают запросы вверх и вниз по этим уровням (рисунок 4).
Хотя такой структурный подход на практике обычно работал неплохо, сегодня он все больше воспринимается монолитным, старые ОС UNIX с многоуровневой структурой сейчас характеризуются как ОС с монолитными ядрами. В системах, имеющих многоуровневую структуру было нелегко удалить один слой и заменить его другим в силу множественности и размытости интерфейсов между слоями. Добавление новых функций и изменение существующих требовало хорошего знания операционной системы и массы времени. Когда стало ясно, что операционные системы живут долго и должны иметь возможности развития и расширения, монолитный подход сменился моделью клиент-сервер с тесно связанной с ней концепция микроядра.
3. Модель клиент-сервер и микроядра
Применительно к структурированию ОС идея использования взаимодействия клиент-сервер и микроядра состоит в разбиении ее на несколько процессов - серверов, каждый из которых выполняет отдельный набор сервисных функций - например, управление памятью, управление файловой системой. Каждый сервер выполняется в пользовательском режиме. Клиент, которым может быть либо другой компонент ОС, либо прикладная программа, запрашивает сервис, посылая сообщение на сервер. Ядро ОС (называемое здесь микроядром), работая в привилегированном режиме, доставляет сообщение нужному серверу, сервер выполняет операцию, после чего ядро возвращает результаты клиенту с помощью другого сообщения (рисунок 5).
Подход с использованием микроядра заменил вертикальное распределение функций операционной системы на горизонтальное. Компоненты, лежащие выше микроядра, хотя и используют сообщения, пересылаемые через микроядро, взаимодействуют друг с другом непосредственно. Это свойство микроядерных систем позволяет естественно использовать их в распределенных средах. При получении сообщения микроядро может его обработать или переслать другому процессу. Поскольку для микроядра безразлично, поступило ли сообщение от локального или удаленного процесса, подобная схема передачи сообщений является удобной основой удаленных вызовов процедур (RPC - remote procedure calls). Микроядро занимается основной функцией ОС – управлением ресурсами, зачастую оно берет на себя функции взаимодействия с аппаратурой, хотя предпочтительно в рамках микроядра выделять машиннозависимый функции в отдельные подмодули для улучшения переносимости. Различные варианты реализации модели клиент-сервер в структуре ОС могут существенно различаться по объему работ, выполняемых в режиме ядра. На одном краю этого спектра находится разрабатываемая фирмой IBM на основе микроядра Mach операционная система Workplace OS, придерживающаяся чистой микроядерной доктрины, состоящей в том, что все несущественные функции ОС должны выполняться не в режиме ядра, а в непривилегированном (пользовательском) режиме. На другом - Windows NT, в составе которой имеется исполняющая система (NT executive), работающая в режиме ядра и выполняющая функции обеспечения безопасности, ввода-вывода и другие.
Микроядерный подход при проектировании архитектуры ОС требует ответа на вопрос, какие функции ОС следует оставить в ядре, а какие вынести из него. Модули, содержащиеся в ядре, нельзя заменить без его перекомпиляции. Причем если само микроядро является плохо структурированным, то замена одного его модуля на другой (например замена планировщика задач) может стать очень трудной задачей. С другой стороны хотя вынос за пределы ядра не основных и динамически изменяемых функций хотя и делает ОС хорошо масштабируемой и более надежной (ядро обычно выступает как единый домен сбоев, в то время как гибель внешнего сервера ОС может пережить безболезненно), это сказывается на ее производительности.
В состав микроядра обычно не включают сетевые функции, пользовательский интерфейс, файловую систему, а лишь основные функции управления???
Достоинства и недостатки микроядерного подхода
В настоящее время именно операционные системы, построенные с использованием модели клиент-сервер и концепции микроядра, в наибольшей степени удовлетворяют требованиям, предъявляемым к современным СОС.
Высокая степень переносимости и совместимости обусловлена тем, что весь машинно-зависимый код изолирован в микроядре, поэтому для переноса системы на новый процессор требуется меньше изменений и все они логически сгруппированы вместе.
Микроядерный подход позволяет легко перестраивать специализацию ОС. Является ли операционная система маленькой, как DOS, или большой, как UNIX, для нее неизбежно настанет необходимость приобрести свойства, не заложенные в ее конструкцию. Увеличивающаяся сложность монолитных операционных систем делала трудным, если вообще возможным, внесение изменений в ОС с гарантией надежности ее последующей работы. Ограниченный набор четко определенных интерфейсов микроядра открывает путь к упорядоченному росту и эволюции ОС. Обычно операционная система выполняется только в режиме ядра, а прикладные программы - только в режиме пользователя, за исключением тех случаев, когда они обращаются к ядру за выполнением системных функций. В отличие от обычных систем, система построенная на микроядре, выполняет свои серверные подсистемы в режиме пользователя, как обычные прикладные программы. Такая структура позволяет изменять и добавлять серверы, не влияя на целостность микроядра.
Надежность микроядерной архитектуры выше, чем у монолитной. Микроядро легче тестировать, при этом оно выполняется в привилегированном, защищенном режиме процессоров и сбой внешних служб, выполняющихся в отдельных виртуальных машинах в непривилегированном режиме, не приведет к краху системы в целом. Одной из проблем традиционно организованных операционных систем является наличие множества интерфейсов прикладного программирования (API - Application Programming Interface), не все из которых хорошо документированы. В результате невозможно гарантировать правильность программ, использующих несколько API, и даже правильность работы самой операционной системы. Микроядро, обладающее небольшим набором API, увеличивает шансы получения качественных программ. Конечно, этот компактный интерфейс облегчает жизнь только системных программистов; прикладной программист по прежнему должен бороться с сотнями вызовов.
Поддержка распределенных и сетевых приложений хорошо вписывается в концепцию микроядра, основанном на горизонтальному разделению служб ОС.
Основным недостатком использования микроядерного подхода на практике является снижение быстродействия на локальных задачах - замедление скорости выполнения системных вызовов при передаче сообщений через микроядро по сравнению с классическим подходом.
Основные ресурсы и службы СОС. Способы управления ими.
Важнейшей функцией операционной системы является организация рационального использования всех аппаратных и программных ресурсов системы. К основным ресурсам могут быть отнесены: процессоры, память (виртуальная память), внешние устройства.
Процесс - абстракция, описывающая выполняющуюся программу. Для операционной системы процесс представляет собой единицу выполнения и динамически изменяющуюся заявку на потребление системных ресурсов. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие между процессами.
СОС реализует в этой подсистеме удаленное межпроцессное взаимодействие, работу процессов с удаленными ресурсами.
1. Планирование процессов
Планирование процессов включает в себя решение следующих задач:
1) определение момента времени для смены выполняемого процесса
2) выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов
3) переключение контекстов "старого" и "нового" процессов
Существует множество различных алгоритмов планирования процессов, по разному решающих вышеперечисленные задачи. Они преследуют различные цели и обеспечивают различное качество мультипрограммирования. Среди этого множества алгоритмов выделяются две группы наиболее часто встречающихся алгоритмов: алгоритмы, основанные на квантовании, и алгоритмы, основанные на приоритетах.
В соответствии с алгоритмами, основанными на квантовании, смена активного процесса происходит, если:
1) процесс завершился и покинул систему
2) произошла ошибка
3) процесс перешел в состояние ожидания
4) исчерпан квант процессорного времени, отведенный данному процессу
Процесс, который исчерпал свой квант, переводится в состояние готовность и ожидает, когда ему будет предоставлен новый квант процессорного времени, а на выполнение в соответствии с определенным правилом выбирается новый процесс из очереди готовых. Таким образом, ни один процесс не занимает процессор надолго, поэтому квантование широко используется в системах разделения времени.
Приоритет может выражаться целыми или дробными, положительным или отрицательным значением.Чем выше привилегии процесса, тем меньше времени он будет проводить в очередях. Приоритет может назначаться директивно администратором системы в зависимости от важности работы или внесенной платы, либо вычисляться самой ОС по определенным правилам, он может оставаться фиксированным на протяжении всей жизни процесса либо изменяться во времени в соответствии с некоторым законом. В последнем случае приоритеты называются динамическими.
Существует две разновидности приоритетных алгоритмов: алгоритмы, использующие относительные приоритеты, и алгоритмы, использующие абсолютные приоритеты.
В обоих случаях выбор процесса на выполнение из очереди готовых осуществляется одинаково: выбирается процесс, имеющий наивысший приоритет. По разному решается проблема определения момента смены активного процесса. В системах с относительными приоритетами активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не покинет процессор, перейдя в состояние ожидания (или же произойдет ошибка, или процесс завершится). В системах с абсолютными приоритетами выполнение активного процесса прерывается еще при одном условии: если в очереди готовых процессов появился процесс, приоритет которого выше приоритета активного процесса.
Во многих операционных системах алгоритмы планирования построены с использованием как квантования, так и приоритетов. Например, в основе планирования лежит квантование, но величина кванта и/или порядок выбора процесса из очереди готовых определяется приоритетами процессов.
Существует два основных типа процедур планирования процессов - вытесняющие (preemptive) и невытесняющие (non-preemptive).
Non-preemptive multitasking - невытесняющая многозадачность - это способ планирования процессов, при котором активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление планировщику операционной системы для того, чтобы тот выбрал из очереди другой, готовый к выполнению процесс. Программист должен обеспечить "дружественное" отношение своей программы к другим выполняемым одновременно с ней программам, достаточно часто отдавая им управление. Крайним проявлением "недружественности" приложения является его зависание, которое приводит к общему краху системы. В системах с вытесняющей многозадачностью такие ситуации, как правило, исключены, так как центральный планирующий механизм снимет зависшую задачу с выполнения.
Preemptive multitasking - вытесняющая многозадачность - это такой способ, при котором решение о переключении процессора с выполнения одного процесса на выполнение другого процесса принимается планировщиком операционной системы, а не самой активной задачей.
Для сетевых ОС наиболее рациональным является вытесняющая многозадачность, которая гарантирует обработку сетевого взаимодействия со временем реакции приближенным к системам реального времени.
Совместное использование ресурсов несколькими одновременно работающими процессами в рамках локальной ОС создает проблемы как синхронизации, так и взаимной блокировки ресурсов (для чего ОС должна реализовывать алгоритмы регламентирующие выделение ресурсов.
2. Управление памятью
Память, к которой может иметь доступ СОС может быть локальной, разделяемой, распределенной, для работы со всеми видами памяти в ОС создается менеджер памяти.
Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти, выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов, вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.
Современная СОС должна уметь работать с виртуальной памятью, так как это позволяет оптимально использовать ресурс и добиваться увеличения быстродействия по сравнению с работой с физической памятью.
Виртуальная память - это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер кода и данных которых превосходит имеющуюся оперативную память; для этого виртуальная память решает следующие задачи:
Размещает данные в запоминающих устройствах разного типа, например, часть программы в оперативной памяти, а часть на диске;
Перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами разного типа, например, подгружает нужную часть программы с диска в оперативную память;
Преобразует виртуальные адреса в физические.
Не вдаваясь в подробности можно заметить, что наиболее эффективные алгоритмы работы с памятью наиболее сложны в реализации. Наиболее оптимальны сегментно-страничная организация виртуальной памяти с использованием упреждающих алгоритмов подкачки и выталкивания страниц.
Также необходимо стремиться к оптимальному использованию кэширования данных (рис. 6 – иерархия ЗУ)
Рис. 6. (Иерархия ЗУ)
3. Управление вводом-выводом
Одной из главных функций ОС является управление всеми устройствами ввода-вывода компьютера. ОС должна передавать устройствам команды, перехватывать прерывания и обрабатывать ошибки; она также должна обеспечивать интерфейс между устройствами и остальной частью системы.
В том случае, когда перед пользователями стоят задачи оптимального разделения сетевых ресурсов (к примеру - дискового пространства), они могут использовать сетевые Такие системы обеспечивают возможность перенести многие функции администрирования в сетевое пространство. При помощи сетевых ресурсов, которые значительно превосходят пользовательские, администратор получает возможность профессионально определить разделяемые ресурсы и путем присвоения уникальных паролей каждому из них, сделать их автономными и доступными для каждого отдельного пользователя или группы пользователей. Такое деление определяет и классификацию сетевых ОС на серверные и ОС, предназначенные для пользователей.
Сегодня разработаны и широко применяются специальные сетевые операционные системы, но которые обладают характеристиками привычных нам, операционных систем. Разработаны специальные сетевые ОС, обладающие параметрами обычных, такой, к примеру, выступает операционная система windows xp. Следует также отметить, что на сегодняшний день, практически все обычные системы имеют встроенные опции и функции сетевых систем.
Следовательно, сетевая ОС - это такая встроенные опциональные возможности которой позволяют эффективно работать в сетевом пространстве. К таким свойствам следует отнести:
Обеспечение поддержки широкого спектра сетевого оборудования;
Возможность использования сетевых протоколов;
Обеспечение использования и поддержку маршрутизации;
Фильтрацию траффика;
Обеспечение бесперебойного доступа к удалённым сетевым ресурсам (дискам и принтерам);
Реализацию возможности удаленного доступа для решения сетевых задач.
Наиболее распространенными сетевыми ОС являются: Novell NetWare, различные версии ОС GNU/Linux, ZyNOS, ну и, конечно же, самые распространенные Microsoft Windows (95, NT, XP, Vista, 7).
Современные сетевые и их разнообразие обусловлено тем, что на сегодняшний день в мире присутствует множество типов компьютеров. Именно поэтому, разрабатываются и распространяются системы для мобильных устройств, домашних рабочих станций, серверные системы, корпоративные ОС. Сама такая классификация подчеркивает разнообразие тех характеристик производительности и опциональности, которыми различаются рассматриваемые ресурсы. Это разнообразие, положительное с одной стороны (предоставляет выбора пользователем, ОС по своим финансовым возможностям и в соответствии со стоящими задачами), создает определенные неудобства, с другой. Это неудобство состоит в необходимости обеспечения совместимости ОС, особенно для подразделений корпораций, работающих в рамках одной сетевой политики. Очень важным свойством, характеризующим параметры той или иной сетевой ОС, является доступная загрузка операционной системы и возможность ее оперативного обновления.
Наиболее широко применяются такие ОС в работе различных предприятий и учреждений, где требуется обработка больших массивов данных. Естественным образом встает вопрос, как правильно подобрать сетевые операционные системы для эффективного ведения бизнеса, не расходуя лишних денежных средств. Представляется, что основным критерием при выборе соответствующей ОС должно быть следующее. Если вам необходим ресурс масштаба крупного предприятия или корпорации, то обратите внимание на такой параметр, как масштабируемость, т.е. устойчивость работы в различных сетевых условиях. Важна также и высокая степень совместимости - способности эффективно использовать режим оперативного обновления. Кроме того, такая ОС, желательно, должна обеспечивать интеграцию разнородных ресурсов - серверов и компьютеров.
Безусловно, достаточно сложно найти и подобрать операционную систему, полностью удовлетворяющую требованиям конкретного пользователя. Поэтому их выбор желательно проводить с учетом критической оценки реальных задач и конкретной ситуации, которые будет решать данное ПО.