Проектирование и построение учебного класса на основе виртуальных машин

VMware ESX Server 2.5 поддерживает эмуляцию до 80 виртуальных процессоров и одновременное выполнение до 32 виртуальных машин с гостевыми ОС, включающими серверные версии Windows, Linux, FreeBSD, Novell NetWare. Для некоторых их версий Windows и Linux поддерживаются виртуальные симметричные многопроцессорные конфигурации.

Данный продукт также содержит в своем составе средства для организации удаленного администрирования, основанные на Web-интерфейсе и выполняющиеся под управлением Windows или Linux (рис. 1.6). В отличие от VMware GSX Server 3.1, он рассчитан на удаленное администрирование и не включает инструментов, выполняющихся локально на самом сервере (за исключением, естественно, процедуры установки и первоначальной конфигурации самого ESX Server).

Рисунок 1.6. Средства удаленного администрирования VMware ESX Server 2.5

Для VMware ESX Server существует дополнение под названием VMware Virtual SMP, которое позволяет одной виртуальной машине выполняться на нескольких физических процессорах. Указанное дополнение дает возможность осуществлять дополнительное масштабирование наиболее ресурсоемких приложений, выполняющихся на виртуальных машинах, а также тестировать работу подобных приложений на нескольких процессорах.

Отметим, что ряд производителей аппаратного обеспечения, в частности IBM, поставляет на рынок аппаратно-программные решения, включающие предустановленный VMware ESX Server.

Средства управления виртуальными машинами и другие инструменты

VMware VirtualCenter 1.2 и VMotion

VMware VirtualCenter 1.2 -- это средство управления виртуальными машинами под управлением ESX Server и GSX Server и содержащими их серверами. Данный продукт позволяет осуществлять конфигурацию операционных систем, служб и приложений, выполняющихся на виртуальных машинах, переносить их с одной машины на другую, производить быстрое развертывание серверов с предустановленной операционной системой и приложениями (рисунок 1.7.).

Рисунок 1.7. VMware VirtualCenter

Для динамического перемещения виртуальных машин с серверным ПО между физическими серверами в комплект поставки VMware VirtualCenter входит средство VMotion. Динамическое перемещение серверного ПО с помощью VMotion не влияет на настройки рабочих станций и осуществляется незаметно для конечных пользователей, что позволяет оперативно осуществлять баланс загрузки серверов и оптимизацию использования вычислительных ресурсов.

VMware P2V Assistant

VMware P2V Assistant -- средство создания виртуальных машин на основе реально существующих физических машин, выполняющихся под управлением различных версий Windows, начиная с Windows NT 4.0. Этот продукт создает «моментальный снимок» исходной операционной системы и превращает его в виртуальную машину, избавляя администраторов от необходимости установки и конфигурации последней. Созданные с его помощью виртуальные машины могут выполняться под управлением VMware ESX Server, VMware GSX Server и VMware Workstation.

VMware ACE

VMware ACE -- это инструмент, рассчитанный на администраторов сетей и предназначенный для создания стандартных виртуальных машин и конфигураций для рабочих станций. Его основное назначение -- упрощение администрирования рабочих станций за счет создания однотипных конфигураций и переноса их на рабочие станции.

Особенностью данного продукта является широкий набор возможностей, связанных с обеспечением безопасности сети, таких как поддержка рабочих станций-«гостей» (например, ноутбуков посетителей), установка срока действия той или иной конфигурации.

Важным достоинством данного продукта является возможность создания стандартных аппаратно-независимых конфигураций рабочих станций и перенос их на компьютеры с разным аппаратным обеспечением, что сегодня весьма актуально для большинства предприятий.

В качестве гостевых ОС VMware ACE поддерживает различные версии DOS, Windows, Linux, FreeBSD, Novell Netware, Sun Solaris, а в качестве операционных систем хоста и средств управления VMware ACE Manager (рис. 4) -- все версии Windows, начиная с Windows 2000.

За последние пять лет выбор продуктов подобного назначения стал весьма обширен и включает сегодня не только инструменты для выполнения виртуальных машин на рабочих станциях и однопроцессорных компьютерах, но и разнообразные средства создания и сопровождения серверных решений, по своим функциональным возможностям приближающиеся к средствам поддержки виртуальных машин для мэйнфреймов, а кое в чем и превосходящие их. На наш взгляд, в ближайшее время следует ожидать значительного расширения применения подобных продуктов разработчиками, сотрудниками тестовых лабораторий и администраторами сетей, а также использования их в составе инфраструктуры крупных предприятий, задействующих унаследованные и распределенные приложения.

2. Постановка задачи и ее реализация

2.1 Требования к учебному классу на основе виртуальных машин

Приложения виртуальных машин сами по себе не предъявляют высоких требований к аппаратному обеспечению и в большинстве случаев требования к аппаратному обеспечению ПК как платформы для запуска приложений виртуальных машин определяются гостевыми операционными системами, которые будут запущены под управлением этих виртуальных машин.

Для вычисления аппаратных требований к ПК нашего учебного класса необходимо взять минимальные требования к аппаратному обеспечению каждой из гостевых операционных систем, которые планируется запускать и добавить к ним аппаратные требования для хостовой операционной системы, в данном случае Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2.

Данная операционная система была выбрана в качестве хостовой ввиду ее популярности, доступности программного обеспечения под нее, а также благодаря традиции в нашей стране, согласно которой со времен начала компьютеризации используются программные продукты компании Microsoft.

Минимальные аппаратные требования, необходимые для нормального функционирования этой системы приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 Минимальные аппаратные требования операционной системы Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2

Тактовая частота процессора (МГц)	233
Объем оперативной памяти (Мб)	64
Объем пространства на жестком диске (Гб)	1,5
Разрешение видеоадаптера	800x600

Аппаратные требования для каждой из гостевых операционных систем приведены в таблицах 3, 4, 5 и 6. Аппаратные требования приведенные ниже являются не минимальными фактическими конфигурациями, но требованиями, необходимыми для комфортной работы в той или иной среде, так как учащийся должен иметь возможность “нормально” работать с каждой из гостевых операционных систем т.е. без долгосрочного ожидания окончания той или иной операции. Так как запуск нескольких гостевых операционных систем не планируется, то для расчета аппаратных требований к одной реальной машине проектируемого учебного класса необходимо воспользоваться следующим алгоритмом: Для расчета тактовой частоты процессора: выбрать максимальную тактовую частоту из таблиц, приведенных выше и удвоить ее. Для расчета объема оперативной памяти: выбрать максимальный объем оперативной памяти из таблиц, приведенных выше и удвоить его.

Таблица 2.2 Аппаратные требования гостевой операционной системы Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2

Тактовая частота процессора (МГц)	600
Объем оперативной памяти (Мб)	256
Объем пространства на жестком диске (Гб)	4,3

Таблица 2.3 Аппаратные требования гостевой операционной системы Debian GNU/Linux (Sarge) 3.1 Ядро 2.4.27 (Текстовый режим)

Тактовая частота процессора (МГц)	200
Объем оперативной памяти (Мб)	128
Объем пространства на жестком диске (Гб)	1,0

Таблица 2.4 Аппаратные требования гостевой операционной системы Debian GNU/Linux (Sarge) 3.1 Ядро 2.4.27 (Графический режим оконного менеджера KDE)

Тактовая частота процессора (МГц)	600
Объем оперативной памяти (Мб)	128
Объем пространства на жестком диске (Гб)	1,8

Таблица 2.5 Аппаратные требования гостевой операционной системы Microsoft DOS 3.30

Тактовая частота процессора (МГц)	40
Объем оперативной памяти (Мб)	4
Объем пространства на жестком диске (Мб)	50

Для расчета пространства на жестком диске хостовой машины: суммировать все значения объема пространства на жестком диске из таблиц 2-6.Получившиеся значения приводятся в таблице 2.6.

Таблица 2.6 Минимальные аппаратные требования к машине-хосту исходя из характеристик каждой из гостевых операционных систем.

Тактовая частота процессора (МГц)	1200
Объем оперативной памяти (Мб)	500
Объем пространства на жестком диске (Гб)	9

Следовательно, каждая из машин в учебном классе должна быть оснащена в соответствии с таблицей 7.

Среди дополнительных аппаратных требований к машинам-хостам следует отметить наличие сетевого адаптера для сетевого взаимодействия на скорости не менее 100 Мбит/с, видеоадаптеров и мониторов поддерживающих разрешение не менее 1280х1024.

2.2 Постановка задачи

Требуется спроектировать и создать учебный класс на основе виртуальных машин для следующих гостевых операционных систем:

- Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2

- Debian GNU/Linux 3.1 (Sarge) ядро 2.4.27 (в режиме KDE)

- MS-DOS 3.30

Для упрощения следует разбить задачу на несколько основных этапов:

- анализ преимуществ и недостатков имеющихся программных приложений виртуальных машин и выбор одного приложения, на базе которого будет осуществляться дальнейшая реализация проекта;

- планирование виртуального учебного класса;

- подготовка к развертыванию системы виртуальных машин (включает в себя конфигурирование отдельно взятой виртуальной машины под каждую из гостевых операционных систем);

- перенос образов дисков и настроек на все реальные машины учебного класса и настройка виртуальной учебной сети;

- тестирование учебного класса.

Вначале необходимо проанализировать и выбрать наиболее подходящее приложение виртуальной машины. Приложения виртуальных машин были подробно рассмотрены в главе 1.

Выбор приложения виртуальной машины для проектируемого учебного класса будет произведен из трех наиболее доступных виртуальных машин для рабочих станций, а именно:

- Vmware Workstation;

- Microsoft Virtual PC;

- Bochs.

Перечислим ниже их преимущества и недостатки:

Vmware Workstation:

Преимущества:

- поддержка множества операционных систем;

- поддержка сетевого взаимодействия и сетевой интеграции;

- возможность создания “моментальных снимков” состояния виртуальных машин;

- поддержка обмена данными с операционной системой хоста посредством буфера обмена.

Недостатки:

- высокая цена продукта;

- относительно высокие системные требования;

- недостаточно тщательная эмуляция, в результате чего происходят сбои в работе.

Microsoft Virtual PC:

Преимущества:

- поддержка сетевого взаимодействия и сетевой интеграции;

- гибкость настройки;

- возможность загрузить неактивную установленную операционную систему в качестве гостевой;

- возможность создания “моментальных снимков” состояния виртуальных машин;

- возможность использования файлов динамического размера для жестких дисков виртуальных машин.

Недостатки:

- ограниченная поддержка операционных систем;

- отсутствие возможности отмены всех изменений, сделанных пользователем в данном сеансе работы.

Bochs:

Преимущества:

- бесплатный программный продукт с открытым кодом;

- очень тщательная эмуляция инструкций процессора;

- кроссплатформенность;

- возможность использовать различные прошивки BIOS.

Недостатки:

- отсутствие поддержки динамических дисков;

- отсутствие поддержки создания “моментальных снимков” состояния;

- отсутствие поддержки сетевой интеграции и трансляции сетевых адресов.

Из приведенного выше списка следует, что наиболее подходящим программным продуктом для построения учебного класса является Microsoft Virtual PC, ввиду того, что у последнего продукта отсутствует возможность сетевой интеграции, необходимая для построения полнофункционального учебного класса, а первый отличается высокой ценой и системными требованиями.

2.3 Краткое описание операционных систем

2.3.1 Debian GNU/Linux

GNU/Linux (произносится «гну слэш лимнукс») -- свободная UNIX-подобная операционная система. Она основана на системных программах, разработанных в рамках проекта GNU, и на ядре Linux. Обычно по историческим причинам (и для краткости) эта система называется просто «Linux».

К операционной системе GNU/Linux также часто относят программы, дополняющие эту операционную систему, и прикладные программы, делающие её полноценной многофункциональной операционной средой.

В отличие от большинства других операционных систем, GNU/Linux не имеет единой «официальной» комплектации. Вместо этого GNU/Linux поставляется в большом количестве так называемых дистрибутивов, в которых программы GNU соединяются с ядром Linux и другими программами. Наиболее известными дистрибутивами GNU/Linux являются Slackware, Red Hat, Fedora Core, Mandriva, SuSE, Debian, Gentoo, Ubuntu. Из дистрибутивов российских разработчиков наиболее известны ALT Linux и ASPLinux.

В отличие от Microsoft Windows, Mac OS (Mac OS X) и коммерческих UNIX-подобных систем, GNU/Linux не имеет географического центра разработки. Нет и организации, которая владела бы этой системой; нет даже единого координационного центра. Программы для GNU/Linux -- результат работы тысяч проектов. Некоторые из этих проектов централизованы, некоторые сосредоточены в фирмах, но большинство объединяют программистов со всего света, которые знакомы только по переписке. Создать свой проект или присоединиться к уже существующему может любой и, в случае успеха, результаты работы станут известны миллионам пользователей. Пользователи принимают участие в тестировании свободных программ, общаются с разработчиками напрямую, что позволяет быстро находить и исправлять ошибки и реализовывать новые возможности.

Именно такая гибкая и динамичная система разработки, невозможная для проектов с закрытым кодом, определяет исключительную экономическую эффективность GNU/Linux. Низкая стоимость свободных разработок, отлаженные механизмы тестирования и распространения, привлечение людей из разных стран, обладающих разным видением проблем, защита кода лицензией GPL -- всё это стало причиной успеха свободных программ.

Конечно, такая высокая эффективность разработки не могла не заинтересовать крупные фирмы, которые стали открывать свои проекты. Так появились Mozilla (Netscape, AOL), OpenOffice.org (Sun), свободный клон Interbase (Borland), SAP DB (SAP). IBM способствовала переносу GNU/Linux на свои мейнфреймы.

С другой стороны, открытый код значительно снижает себестоимость разработки закрытых систем для Linux и позволяет снизить цену решения для пользователя. Вот почему Linux стала платформой, часто рекомендуемой для таких продуктов, как Oracle, DB2, Informix, SyBase, SAP R3, Domino.

Большинство пользователей для установки GNU/Linux используют дистрибутивы. Дистрибутив -- это не просто набор программ, а ряд решений для разных задач пользователей, объединённых едиными системами установки, управления и обновления пакетов, настройки и поддержки. Самые распространённые в мире дистрибутивы:

- американский Red Hat и его наследник Fedora Core;

- немецкий SuSE;

- французский Mandriva (бывший Mandrake);

- не имеющий национальной принадлежности международный дистрибутив Debian GNU/Linux;

- один из самых старых дистрибутивов Slackware;

- сравнительно молодой и активно развивающийся дистрибутив Gentoo;

- очень молодой, но перспективный дистрибутив Ubuntu Linux.

Помимо перечисленных, существует множество других дистрибутивов, как базирующихся на перечисленных, так и созданных с нуля и зачастую предназначенных для выполнения ограниченного количества задач. Каждый из них имеет свою концепцию, свой набор пакетов, свои достоинства и недостатки. Ни один не может удовлетворить всех пользователей, а потому рядом с лидерами благополучно существуют другие фирмы и объединения программистов, предлагающие свои решения, свои дистрибутивы, свои услуги. Существует множество LiveCD, построенных на основе GNU/Linux, например, Knoppix. LiveCD позволяет запускать GNU/Linux непосредственно с компакт-диска, без установки на жёсткий диск.

Для желающих досконально разобраться с GNU/Linux подойдёт любой из дистрибутивов, однако довольно часто для этой цели используются так называемые source-based дистрибутивы, то есть предполагающие самостоятельную сборку всех (или части) компонентов из исходных кодов, такие как LFS, Gentoo или CRUX. Однако для начинающих изучать основы UNIX-систем, наилучшим вариантом будет уже “собранный” и готовый к использованию дистрибутив. Для нашего учебного курса мы выбрали Debian.

Debian -- проект по созданию дистрибутивов свободных операционных систем. Наиболее законченный и наиболее используемый дистрибутив -- Debian GNU/Linux. Также существуют проекты по использованию других ядер: Debian GNU/Hurd, Debian GNU/NetBSD и Debian GNU/kFreeBSD.

Debian -- наиболее строгий из всех дистрибутивов в отношении лицензий программ. Имеет наибольшее хранилище пакетов -- готовых к использованию программ, -- и если даже не по их числу, то по числу поддерживаемых архитектур: начиная с ARM, используемой во встраиваемых устройствах, наиболее популярных x86 и PowerPC, новых 64-разрадных AMD и заканчивая IBM S/390, используемой в мейнфреймах. Хранилище разделено на три ветки:

стабильную (stable), содержащую пакеты, вошедшие в последний официальный дистрибутив (обновление пакетов в нём происходит только для устранения уязвимостей);

тестируемую (testing), из которой будет формироваться следующий стабильный дистрибутив;

нестабильную (unstable), в которой пакеты готовятся к помещению в тестируемую ветку.

Существует также ветка, называемая экспериментальной (experimental); в неё помещаются пакеты, претерпевающие особо большие изменения. В Debian серьёзно относятся к любым изменениям, благодаря чему проблемы с обновлением бывают очень редко (ценой этому является не совсем быстрая реакция на выход новых версий программ). Для работы с хранилищем разработаны разные средства, самое популярное из которых -- APT.

Debian стал основой целого ряда дистрибутивов (более 100). Самые известные из них -- Adamantix, Bioknoppix, Clusterix, Gnoppix, Knoppix, Kubuntu, Libranet, Linspire, MEPIS, Ubuntu Linux и Xandros Desktop OS.

Стабильные версии операционной системы Debian называются именами персонажей мультфильма «Toy Story». Само название «Debian» составлено из имён основателя проекта Яна Мёрдока (Ian Murdock) и его подруги (теперь -- жены) Дебры (Debra).

Создание Debian начал в августе 1993 года Ян Мёрдок. Он намеревался создать новый дистрибутив, который будет создаваться открыто, в духе Linux и GNU. Debian был задуман как дистрибутив, который будет собран тщательно и добросовестно, и так же качественно будет сопровождаться и поддерживаться. Проект начался как небольшая, тесно сплочённая группа хакеров мира свободного ПО, а затем постепенно рос, став большим, организованным сообществом разработчиков и пользователей. Подробности истории можно прочесть на сайте www.debian.org.

История релизов Debian:

Версия/Кодовое имя Дата выхода

0.93R6 26 октября 1995

1.1 Базз (Buzz) 17 июня 1996

1.2 Рекс (Rex) 12 декабря 1996

1.3 Бо (Bo) 5 июня 1997

2.0 Хэмм (Hamm) 24 июля 1998

2.1 Слинк (Slink) 9 марта 1999

2.2 Потэйто (Potato) 15 августа 2000

3.0 Вуди (Woody) 19 июля 2002

3.1 Сарж (Sarge) 6 июня 2005

Следующая стабильная версия будет иметь название «Этч» (Etch).

2.3.2 DOS (MS-DOS 3.30)

Дисковая операционная система фирмы Майкрософт -- MS-DOS -- в своё время была довольно широко распространена на PC-совместимых компьютерах. Со временем она была заменена различными вариантами операционной системы Windows.

MS-DOS была выпущена в 1981 году и вышла в восьми версиях, пока Майкрософт не прекратила её разработку в 2000 г. Это был ключевой продукт фирмы, дававший ей существенный доход и маркетинговый ресурс, в ходе развития Майкрософт от разработчика языка программирования до крупной компании, производящей самое разнообразное ПО.

В 1980 Тимом Патерсоном (Tim Paterson) из Seattle Computer Products (SCP) была создана QDOS (Quick and Dirty Operating System). QDOS, по большей части, была 16-разрядным клоном CP/M, но с новой файловой системой -- FAT. QDOS была переименована в 86-DOS, поскольку разрабатывалась для работы на процессоре Intel 8086. Майкрософт приобрела QDOS за $50 000 и продала её IBM уже как PC-DOS (MS-DOS).

MS-DOS является одной из версий DOS.

DOS является однозадачной операционной системой: управление передаётся прикладной программе, которая по мере необходимости вызывает прерывание int 21h. Это очень удобно как для прикладных программистов, предпочитающих языки низкого уровня, так и для авторов вирусов -- что может быть проще подмены системного прерывания в реальном режиме?

DOS возник из QDOS, бывшего клоном операционной системы CP/M, и поэтому очень похож на неё. Начиная с версии 2.0, DOS унаследовал понятие хендла (file handle) у UNIX-подобных систем.

DOS имеет консольную систему ввода/вывода и поддерживает три стандартных потока: stdin, stdout и stderr.

DOS -- 16-битная операционная система, работающая в реальном режиме, поэтому для расширения возможностей и преодоления ограничений реального режима создали так называемые расширители DOS. Они запускают программы в защищённом 32-битном режиме и эмулируют привычные программисту сервисы int 21h. Обычно они поддерживают стандарт DPMI -- DOS Protected Mode Interface. Самый известный и широко используемый (в игрушках) расширитель -- DOS4GW.

Существует несколько ветвей ДОС для PC. Все они схожи по наборам команд и базовой функциональности, но отличаются производительностью, стабильностью работы и дополнительными функциями.

DR-DOS (Novell DOS, Caldera DR-DOS) -- выпущен Digital Research в 1991 г., перекуплен компанией Novell в 1993 г., перекуплен компанией Caldera и распространяется с открытым исходным кодом.

MS-DOS -- выпущен компанией Microsoft в 1982 г.

PC-DOS -- выпущен компанией IBM в 1981 г.

PTS-DOS -- выпущен компанией ФизТехСофт в 1993 г.

Paragon Dos Pro (первоначальное название -- PT$-DOS). Ветка PTS-DOS, выпущенная компанией Paragon Software после того, как её основатели, включая ведущего разработчика PTS-DOS ушли из ФизТехсофта, основав собственную компанию. Последние версии этой ветки включают поддержку FAT32.

FreeDOS -- выпущен в 1994 г. Это свободный ДОС, изначально назывался PD-DOS.

FreeDOS32 -- свободный и полностью 32-битный ДОС. Не требует расширителей для запуска 32-битных приложений. Планируется избавиться и от других ограничений ДОС (поддержка других файловых систем, многозадачности и т. п.).

Появление FreeDOS, а так же развитие свободного программного обеспечения и особенно DJGPP привело к появлению полностью свободного дистрибутива ДОС GNU/DOS. В его состав входят популярные GNU-приложения, такие как vim (текстовый редактор), Arachne (web-браузер, почтовый клиент и файловый менеджер), OpenGEM (графический пользовательский интерфейс), различные средства разработки программного обеспечения для ДОС. Его объём составляет более 70 Мб двоичных программ, а также более 200 Мб двоичных программ и их исходников. GNU/DOS очень полезен для пользователей старых компьютеров, желающих пользоваться самыми современными версиями программ, а также для разработчиков, желающих держать под полным контролем всё железо компьютера. Выбор именно этой ветви операционных систем для курса “Системного Программирования” вполне понятен и обоснован исторически.

2.3.3 Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2

Вот краткая справка по данной операционной системе с сайта производителя, компании Microsoft:

Microsoft Windows XP Professional Edition -- это выбор организаций, которые хотят в полном объеме использовать возможности вычислительной техники. Предоставляя передовые возможности, например поддержку беспроводных сетей и услуги удаленного помощника, Windows XP Professional устанавливает новый уровень эффективности и надежности в обработке данных.

Новые возможности, отсутствующие в предыдущих версиях операционной системы Windows. Поддержка беспроводных сетей. Автоматическое подключение к беспроводной сети как дома, так и на работе, либо в общедоступных точках с помощью простой в использовании функции, не требующей настройки. Кроме того, самая современная технология безопасности помогает защитить данные при работе с беспроводными сетями в любом месте и в любое время.

Более высокая производительность и совершенная многозадачность. Одновременное выполнение нескольких программ -- даже наиболее требовательных к вычислительным ресурсам -- и по-прежнему быстрый отклик системы на команды. С установленной Windows XP переносной компьютер быстрее, чем когда бы то ни было раньше, переходит в ждущий или спящий режим и возвращается обратно в рабочее состояние, при этом поддерживается высокая эффективность и стабильность работы.

Windows Messenger

Обмен мгновенными сообщениями с сотрудниками и клиентами. Всегда точная информация о наличии собеседника в сети. Возможность выбора типа сообщений -- текстового, речевого или видео -- с прежде недоступным высоким уровнем качества.

Удаленный рабочий стол

Простой доступ к настольному компьютеру с другого компьютера, работающего под управлением Windows 95 или более новой версии Windows. Обеспечивается доступ ко всем данным, файлам и программам, даже если вы находитесь за пределами офиса.

Удаленная поддержка

Теперь ИТ-специалист (ИТ -- информационные технологии) может помочь вам справиться с проблемами, связанными с компьютером, или обучить вас новым технологиям, независимо от того, где они находятся -- в одной с вами комнате или в другом городе.

Графический интерфейс на основе задач

Благодаря более понятному интерфейсу и новым визуальным подсказкам, можно быстро и легко обращаться к наиболее часто выполняемым задачам.

Надежность профессионального уровня

Организовав работу на базе Windows XP, вы будете всегда уверены в надежности и работоспособности системы. Созданная на основе проверенной операционной системы Windows 2000, Windows XP отличается повышенной надежностью и обладает возможностями, которые облегчают восстановление системы при возникновении проблем.

Усовершенствованные функции:

Восстановление системы

Восстановление предыдущего состояния компьютера без потери данных. Операционная система автоматически создает точки восстановления, что позволяет вернуть компьютер в состояние на какой-либо предыдущий момент времени.

Шифрованная файловая система

Помогает обеспечить высокий уровень защиты от атак хакеров и краж данных путем прозрачного шифрования файлов с помощью ключа, генерируемого случайным образом.

Расширенная поддержка портативных компьютеров

Расширенная поддержка портативных компьютеров позволяет работать в пути так же эффективно, как и в офисе. Предоставляется простой доступ ко всем данным и программам, находящимся на офисном компьютере. Кроме того, Windows XP Professional расширяет возможности энергосбережения и позволяет продлить срок службы аккумуляторной батареи переносного компьютера.

2.4 Описание процесса реализации

2.4.1 Планирование учебного класса на основе виртуальных машин

Следующим шагом в проектировании учебного класса на основе виртуальных машин стало планирование класса для выбранного эмулятора. Самым приемлемым вариантом решения этой задачи является уже готовая схема работающего учебного класса, компьютеры которого затем следует перевести под управление вируальных машин, затем выбрать один компьютер в качестве выбранного виртуального сервера, и обеспечить через него связь с общей университетской компьютерной сетью, как показано на рисунке 8.

Компьютеры vpc1-vpc8 работают под управлением Microsoft Virtual PC, тогда как vsrv1 работает под управлением Microsoft Virtual Server. Такая структура была призвана обеспечить нормальное взаимодействие как машин внутри сети между собой и сервером, так и доступ к сети университета. После того, как план был одобрен мы приступили к его реализации.

Рисунок 2.1. Топология сети и план учебного класса на основе виртуальных машин

2.4.2 Построение учебного класса

Следуя подробным инструкциям указанным в документации к Microsoft Virtual PC, был создан образ диска для виртуальной машины на одном отдельно взятом компьютере класса. После того как каждая из операционных систем была установлена и настроена должным образом на виртуальной машине, образы дисков с этими системами были перенесены на каждую из машин класса, после чего была выполнена конечная настройка каждой машины в классе для сетевого взаимодействия.

2.4.3 Тестирование учебного класса

В результате использования учебного класса на основе виртуальных машин в преподавании курса системного программирования (на языке ассемблера), курса администрирования Microsoft Windows XP Professional, а также начального курса введения в UNIX системы, в течении трех с половиной месяцев, недостатков в работе класса выявлено не было.

Преподавание вышеупомянутых курсов, в частности курса администрирования Microsoft Windows XP Professional осуществлялось следующим образом: Курс был расчитан на пятнадцать часов, пять дней, по три часа в день. В течение первых двух часов студентам читались лекции, после чего, в течении последнего часа они должны были выполнять практические задания с использованием виртуальных машин, такие как:

- автоматизированная установка Microsoft Windows XP Professional;

- подключение компьютера к домену сети (с использованием виртуального сервера);

- выполнение операций над учетными записями пользователей;

- сетевое конфигурирование рабочих станций.

Выполнение этих и многих других заданий на практике без закупки дополнительного оборудования и без трудоемких операций по настройкам реальных серверов, стало возможным благодаря виртуальным машинам.

3. Специальная часть

3.1 Моделирование предметной области

Предметной областью называется часть реального мира, представляющая интерес для данного исследования (использования). Моделирование предметной области является основой статической части модели. Построение модели предметной области начинается с выявления абстракций, существующих в реальном мире, т.е. концептуальных объектов, встречающихся в системе. При проектировании объектно-ориентированного программного обеспечения требуется структурировать программу так, чтобы в центре оказались именно эти объекты из пространства задачи. Это происходит потому, что требования к программе меняются намного быстрее, чем реальный мир. Основой объектного моделирования вообще и статического моделирования в частности и является создание модели этих абстракций из предметной области. Модель предметной области представляет словарь терминов, которым пользуются для выявления и описания прецедентов системы в дальнейшем. В ходе выявления объектов из предметной области необходимо установить, какие связи существуют между ними. Очень важными связями являются отношение агрегации (отношение между целым и частью) и обобщение (отношение между подклассом и суперклассом). В основу статической модели мы положим диаграмму классов, отображающую модели предметной области. В данном дипломном проекте рассматривается протокол прикладного уровня, ориентированный на конкретные прикладные задачи. Он определяет как процедуры по организации взаимодействия определенного типа между прикладными процессами, так и форму представления информации при таком взаимодействии.

3.2 Моделирование прецедентов

Разработка программного обеспечения подчиняется определенному жизненному циклу (ЖЦ). Жизненный цикл - это упорядоченный набор видов деятельности, осуществляемый и управляемый в рамках каждого проекта по разработке ПО. Жизненный цикл определяет этапы, так что программный продукт переходит с одного этапа на другой, начиная с зарождения концепции продукта и заканчивая этапом его сопровождения.

На укрупненном уровне ЖЦ включает три этапа:

- анализ;

- проектирование;

- реализация.

На детализированном уровне ЖЦ можно разбить на семь этапов:

- установление требований;

- спецификация требований;

- проектирование архитектуры;

- детализированное проектирование;

- реализация;

- интеграция;

- сопровождение.

Наша задача рассмотреть подробно первый этап - установление требований. Задачей этапа определения требований является определение, анализ и обсуждение требований с заказчиками. На этом этапе применяются различные методы сбора информации от заказчиков, и занимается этим аналитик бизнес-процессов (системный аналитик). К методам можно отнести исследование концепции с помощью структурированных и неструктурированных интервью пользователей, анкеты, изучение документов и форм, видеозаписи и т.д.

Рассмотрим требования предъявляемые пользователями данной системы. У будущих пользователей возникают следующие требования к разрабатываемой системе:

- возможность пользователю при наличии минимальных знаний компьютера использовать программный продукт;

- система обеспечить быстрое соединение и просмотр информации;

- система должна проводить обмен данных с учетом различных ограничений, установленных администратором для пользователей;

Следующим этапом разработки программного продукта является построение диаграммы прецедентов.

Поведение системы - так как оно выглядит для внешнего пользователя - изображается в виде прецедентов. Модели прецедентов можно разрабатывать на различных уровнях абстракции. На этапе анализа прецеденты вбирают в себя системные требования, концентрируясь на том, что делает или должна делать система.

Прецедент выполняет бизнес-функцию, которую может наблюдать внешний субъект и которая может быть впоследствии отдельно протестирована в процессе разработки. Субъект (актер) - это некто или нечто, взаимодействующее с прецедентом, ожидая в итоге получить некий полезный результат.

Диаграмма прецедентов - это документированная модель предполагаемого поведения системы.

Каждый прецедент должен быть описан с помощью документально зафиксированного потока событий. Соответствующий текстовый документ определяет, что должна делать система, когда актер инициирует прецедент. Структура документа, описывающего прецедент, различна, но типичное описание должно содержать следующие разделы:

- краткое описание;

- предусловия;

- детализированное описание потока событий: основной поток и альтернативные потоки;

- постусловия.

Для дальнейшего более подробного рассмотрения и документирования выделяется прецедент «Организации удаленного обмена данными».

Приведем описательную спецификацию данного прецедента:

- прецедент дает возможность пользователю пройти идентификацию для получения доступа на сервер;

- основной поток: после запуска FTP протокола пользователь подключается под своим логином и паролем к серверному приложению для обмена файлами. Альтернативный поток: клиент может передавать и принимать информацию в том случае, если администратор не ограничил его правами доступа;

- если прецедент закончился успешно, полученные результаты автоматически сохраняются и отображаются без сообщений об ошибках.

Диаграмма прецедентов показана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1. Диаграмма прецедентов

3.3 Построение диаграммы последовательности

Диаграмма последовательности показывает обмен сообщениями между объектами, упорядоченными в виде временной последовательности.

В процессе ICONIX диаграммы последовательности - это основной рабочий продукт проектирования. Для каждого прецедента создается диаграмма, описывающая главную и альтернативную последовательности действий. В результате получается ядро динамической модели, в котором определено поведение системы во время выполнения и то, как реализуется это поведение. Диаграмма последовательности состоит из четырех основных элементов:

- текста последовательности действий в прецеденте, который записывается сверху вниз по левой стороне;

- объектов, перенесенных прямо с диаграммы пригодности и представленных в виде прямоугольников, в которых в формате «объект: класс» записывается имя или номер экземпляра объекта и имя класса объекта;

- сообщений, изображаемых стрелками, которые направлены от одного объекта к другому;

- методов (операций), представляемых в виде прямоугольников. Они расположены на пунктирных линиях, соответствующих тем объектам, которым методы принадлежат. Длину прямоугольника можно использовать для того, чтобы показать фокус управления в последовательности: метод владеет управлением вплоть до точки, в которой прямоугольник кончается.

Диаграмма последовательности показана на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2. Диаграмма последовательности



Рисунок 3.2. Диаграмма кооперации

3.4 Диаграмма классов

Систему образует системное состояние. Состояние является функцией содержимого системной информации в заданный момент времени. Определение состояния системы описывается в модели классов. Различают классы-сущности, которые определяют информацию системы; пограничные классы, которые определяют GUI-объекты; для управления программной логикой существуют управляющие классы.

Моделирование классов - итеративный пошаговый процесс.

В начале разработки программного обеспечения строится модель предметной области, которая служит для выявления объектов, используемых в диаграмме классов.

Моделирование классов приводит к функциональному подходу, сторонники объектно-ориентированного подхода предпочитают называть его проблемно-ориентированным.

Диаграмма классов показана на рисунке 3.3.

Рисунок 3.4 Диаграмма классов

Заключение

Следует заметить, что применяемые в данной работе технологии, в частности технология виртуализации, были разработаны сравнительно давно. Теоретические основы были подготовлены ведущими математиками еще в начале прошлого века. Однако ввиду несовершенности аппаратных средств того времени, они получили применение намного позднее.

На каком-то этапе эволюции архитектуры вычислительных машин отказ от многих блестящих идей прошлого стал исторической необходимостью. Несмотря на это, в последнее время наблюдается обратный процесс, когда многие концепции “золотого века” кибернетики пересматриваются и находят применение в современных информационных технологиях.

Одной из главных функций виртуализации является защита физической системы от случайных сбоев, ошибочных действий пользователя, а также намеренных попыток вывести ее из строя. Среда, в которой, работает пользователь, а также приложения пользовательского уровня, в данном случае, являются максимально абстрагированными от физической среды системы. В течении всего времени с момента возникновения виртуальные машины использовались на практике для этой цели. Все остальные сферы применения проистекают отсюда. Также как и цель данной работы - т.е. ограничение физической системы от повреждений, в результате чего, учащиеся, при изучении упомянутых в этой работе дисциплин, получают возможность проводить с виртуальными системами различные эксперименты, не ограничиваясь одной лишь теорией, без опасения повредить работающую систему.

Применение виртуальных машин дает различным категориям пользователей - от начинающих до IT-специалистов - множество преимуществ. Это и повышенная безопасность работы, и простота развертывания новых платформ, и снижение стоимости владения. И потому не случайно сегодня виртуальные машины переживают второе рождение.

При развертывании единой образовательной информационной среды, обучении технических специалистов и сопровождении информационной инфраструктуры одним из ведущих аспектов является экономическая эффективность предлагаемых программно-технических решений. Снижению стоимости разворачивания и сопровождения информационных систем уделяется в последнее время все больше внимания со стороны специалистов. За счет применения передовых технологий наряду с решением данной задачи удается обеспечить и дополнительную функциональность предлагаемых решений, которая незамедлительно востребуется высшей школой.

Еще на заре информатизации, когда большая часть работ и исследований в этой области носили теоретический характер, была доказана принципиальная эквивалентность определения понятия вычислимости функции или алгоритма, реализуемого для абстрактных вычислительных машин (например, машин Тьюринга, Маркова, Поста и т.д.). Таким образом, после доказательства соответствующих теорем было открыто широкое поле для реализации программных эмуляторов, которые, взяв за основу систему команд и архитектуру одной вычислительной машины, позволяли "поверх" нее имитировать работу другого вычислителя. Таким образом, стало возможным изучать вопросы эффективности реализации алгоритмов на машинах разной архитектуры без воплощения рассматриваемого прототипа "в железе и кремнии".

Со временем была предложена наращиваемая архитектура вычислительных средств с взаимодействием устройств посредством документированных стандартизованных интерфейсов, а также "ядерная" компоновка операционных систем, когда отлаженный код, обеспечивающий основную функциональность по диспетчеризации ресурсов и задач поставлялся разработчиком ОС, а поддержка дополнительных устройств реализовывалась посредством драйверов-расширений. Функциональность же систем расширялась за счет реализации новых протоколов обмена данными и разработки специализированных служб, обрабатывающих приходящие извне запросы. В ходе эволюции таких систем было предложена так называемая "виртуальная компоновка", когда разработчик системы предлагал реализацию внутри ОС модели компьютера с функциональным определением таких компонентов, как материнская плата, шина обмена данными, видеоадаптер, сетевой адаптер и т.д. Каждое устройство обеспечивало некоторый алгоритм работы. Привязка такого виртуального, отсутствующего в действительности компонента к реальному экземпляру осуществлялась посредством минидрайвера, который сопоставлял базовые функциональные возможности, свойственные некоторому классу устройств, конкретной системе команд и интерфейсу передачи данных конкретной платы расширения.

Особенно широко данный подход применяется на ПК архитектуры Intel x86 в ОС Windows NT/XP, системах реального времени (QNX, RTL), а также ряде систем UNIX. Одновременно с этим инженеры, разрабатывавшие пути повышения надежности функционирования и повышения коэффициента использования вычислительной мощности высокопроизводительных ЭВМ, например мэйнфреймов, реализовали возможность логического объединения групп процессоров, устройств хранения и передачи данных, изначально скомпонованных в единый вычислительный ресурс, как независимых ЭВМ. В конце 90-х годов прошлого века вычислительная мощность доминирующей архитектуры ПК (x86) стала достаточной для реализации сходных с логическими разделами мэйнфреймов идей.

Следует отметить, что работа с виртуальными машинами требует от сотрудников и обучаемых более четкого представления об архитектуре ПК и умение абстрактно мыслить, что косвенно положительно сказывается на уровне подготавливаемых инженеров и специалистов.

Вопрос экономической целесообразности применения виртуальных машин достаточно сильно зависит от конкретных вариантов применения и применяемых методик оценки. Наиболее корректная оценка может быть сделана при применении методики оценки рисков для конкретного предприятия, что в общем случае неприменимо.

Таким образом, становится, очевидно, что применение технологии виртуальных машин позволяет повысить эффективность обучения, снизить совокупную стоимость владения информационными системами, а также значительно расширить области применения компьютерного оборудования в условиях университета.

Список литературы

1 Volker Ruppert A brief history of virtual machines. Artech House 1993.

2 Бек А. Введение в системное программирование. - М.: "Мир", 1988.

3 Вишняков В.А., Петровский А.А. Системное обеспечение микроЭВМ. - Минск: "Вышэйшая школа", 1990.

4 Дейкстра Э. Структура мультипрограммной системы THE

5 Дейкстра Э. Взаимодействие последовательных процессов

6 Мейс Т. Обзор архитектуры Windows 3.x, Windows 95, OS/2 Warp, Windows NT

7 Керниган Брайан. Практика программирования. - СПб.: Невский Диалект, 2001. - 381 с.

8 Зубков С.В. Assembler для DOS, Windows и UNIX. - ДМК, 2000

9 Intel Architecture Software Developer's Manual

10 Bochs User's Manual

11 Microsoft Virtual PC User's Guide

12 Vmware Workstation User's Manual

13 Информационный бюллетень Microsoft http://microsoft.com/ru/products

14 Хоар К. Мониторы - структурная концепция операционных систем

15 Соломон Д. Архитектура ядра Windows NT 5.0

16 Н.А.Олифер, В.Г.Олифер Сетевые операционные системы

17 Таненбаум Э. Современные операционные системы. - СПб.: Питер, 2002. - 1040 с.

18 Столлингс Вильям. Операционные системы, 4-е издание. - М.: Вильямс, 2002. - 848 с.

19 Мурашко И.В., Авалян В.Э. Библия MS-DOS версии 5.0 в 2-х книгах. Кн. 1. - М.: НПО “Гермес”, 1992

20 Мурашко И.В., Авалян В.Э. Библия MS-DOS версии 5.0 в 2-х книгах. Кн. 2. - М.: НПО “Гермес”, 1992

21 Скэнлон Л. Персональные ЭВМ IBM PC и XT. Пер. с англ. - 2 -е изд. М.: Радио и Связь, 1991

22 Фролов А.В., Фролов Г.В. Аппаратное обеспечение IBM PC. М.: “ДИАЛОГ-МИФИ”. 1992

23 Борзенко А. Путешествие по памяти. “Компьютер Пресс”, 1992

24 Microsoft 2285B Course, Teacher's reference

25 Москаленко М. Виртуальные машины как программное обеспечение серверов, Компьютер-Пресс 2001

26 ГОСТ 12.1 003-83, ГОСТ 12.1.0280, ГОСТ 12.4.051-87

Приложение

Текст программы

Состав файла Samba.conf

# This is the main Samba configuration file. You should read the

# smb.conf(5) manual page in order to understand the options listed

# here. Samba has a huge number of configurable options (perhaps too

# many!) most of which are not shown in this example

#

# Any line which starts with a ; (semi-colon) or a # (hash)

# is a comment and is ignored. In this example we will use a #

# for commentry and a ; for parts of the config file that you

# may wish to enable

#

# NOTE: Whenever you modify this file you should run the command "testparm"

# to check that you have not made any basic syntactic errors.

#

#================= Global Settings ==================

[global]

# 1. Server Naming Options:

# workgroup = NT-Domain-Name or Workgroup-Name

workgroup = MDKGROUP

# netbios name is the name you will see in "Network Neighbourhood",

# but defaults to your hostname

; netbios name = <name_of_this_server>

# server string is the equivalent of the NT Description field

server string = Samba Server %v

# Message command is run by samba when a "popup" message is sent to it.

# The example below is for use with LinPopUp:

; message command = /usr/bin/linpopup "%f" "%m" %s; rm %s

# 2. Printing Options:

# CHANGES TO ENABLE PRINTING ON ALL CUPS PRINTERS IN THE NETWORK

# (as cups is now used in linux-mandrake 7.2 by default)

# if you want to automatically load your printer list rather

# than setting them up individually then you'll need this

printcap name = cups

Продолжение приложения А

load printers = yes

# It should not be necessary to spell out the print system type unless

# yours is non-standard. Currently supported print systems include:

# bsd, sysv, plp, lprng, aix, hpux, qnx, cups

printing = cups

# Samba 2.2 supports the Windows NT-style point-and-print feature. To

# use this, you need to be able to upload print drivers to the samba

# server. The printer admins (or root) may install drivers onto samba.

# Note that this feature uses the print$ share, so you will need to

# enable it below.

# printer admin = @<group> <user>

; printer admin = @adm

# This should work well for winbind:

printer admin = @"Domain Admins"

# 3. Logging Options:

# this tells Samba to use a separate log file for each machine

# that connects

log file = /var/log/samba/log.%m

# Put a capping on the size of the log files (in Kb).

max log size = 50

# Set the log (verbosity) level (0 <= log level <= 10)

; log level = 3

# 4. Security and Domain Membership Options:

# This option is important for security. It allows you to restrict

# connections to machines which are on your local network. The

# following example restricts access to two C class networks and

# the "loopback" interface. For more examples of the syntax see

# the smb.conf man page. Do not enable this if (tcp/ip) name resolution does

# not work for all the hosts in your network.

; hosts allow = 192.168.1. 192.168.2. 127.

# Uncomment this if you want a guest account, you must add this to /etc/passwd

# otherwise the user "nobody" is used

; guest account = pcguest

# Allow users to map to guest:

map to guest = bad user

# Security mode. Most people will want user level security. See

# security_level.txt for details.

security = domain

# Use password server option only with security = server or security = domain

# When using security = domain, you should use password server = *

; password server = <NT-Server-Name>

password server = *

# Password Level allows matching of _n_ characters of the password for

# all combinations of upper and lower case.

; password level = 8

; username level = 8

# You may wish to use password encryption. Please read

# ENCRYPTION.txt, Win95.txt and WinNT.txt in the Samba documentation.

# Do not enable this option unless you have read those documents

# Encrypted passwords are required for any use of samba in a Windows NT domain

# The smbpasswd file is only required by a server doing authentication, thus

# members of a domain do not need one.

encrypt passwords = yes

smb passwd file = /etc/samba/smbpasswd

# The following are needed to allow password changing from Windows to

# also update the Linux system password.

# NOTE: Use these with 'encrypt passwords' and 'smb passwd file' above.

# NOTE2: You do NOT need these to allow workstations to change only

# the encrypted SMB passwords. They allow the Unix password

# to be kept in sync with the SMB password.

; unix password sync = Yes

# You either need to setup a passwd program and passwd chat, or

# enable pam password change

; pam password change = yes

; passwd program = /usr/bin/passwd %u

; passwd chat = *New*UNIX*password* %n\n *Re*ype*new*UNIX*password* %n\n \

;*passwd:*all*authentication*tokens*updated*successfully*

# Unix users can map to different SMB User names

; username map = /etc/samba/smbusers

# Using the following line enables you to customise your configuration

# on a per machine basis. The %m gets replaced with the netbios name

# of the machine that is connecting

; include = /etc/samba/smb.conf.%m

# Options for using winbind. Winbind allows you to do all account and

# authentication from a Windows or samba domain controller, creating

# accounts on the fly, and maintaining a mapping of Windows RIDs to unix uid's

# and gid's. winbind uid and winbind gid are the only required parameters.

#

# winbind uid is the range of uid's winbind can use when mapping RIDs to uid's

winbind uid = 10000-20000

#

# winbind gid is the range of uid's winbind can use when mapping RIDs to gid's

winbind gid = 10000-20000

#

# winbind separator is the character a user must use between their domain