Сетевые операционные системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Форма 09-д

СовременнАЯ гуманитарнАЯ АКАДЕМИЯ

Направление подготовки / специальность ДОПУСК К ЗАЩИТЕ:

___________________________________ Приказ СГА № _______

от «____»______201__г.

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Вид ВКР (нужное вписать) бакалаврская работа

бакалаврская работа, дипломная работа (проект), магистерская диссертация

Тема: Сетевые операционные системы

Студент (ка): Бадретдинова Татьяна Алексеевна

№ контракта 04400100601005 Группа ЗИН-709-01

Научный руководитель: Смолякова Галина Николаевна

Дата представления работы «____» ______________ 2012г.

Москва 2012 г.

Форма 11-д

СовременнАЯ ГуманитарнАЯ АКАДЕМИЯ

З А Д А Н И Е

на выполнение выпускной квалификационной работы

Выпускная квалификационная работа (ВКР) выполнена в форме:

Бакалаврской работы Магистерской диссертации

Дипломной работы Дипломного проекта

Студент(кА ): Бадретдинова Татьяна Алексеевна

форма обучения заочная , № контракта 04400100601005, группа ЗИН-709-01,

направление подготовки / специальность Информатика ВТ__________

1 Тема Сетевые операционные системы

2 Дата выдачи темы «_____»______________201___г.

3 Календарный график выполнения _____________________________

_____________________________________________________________

4 Содержание пояснительной записки ___________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________

5 Срок представления студентом(кой) законченной ВКР:

«___» _____________ 201 __г.

Научный руководитель ________________________________________

Ф.И.О., ученая степень, должность, место работы

_____________________________________________________________

Научный руководитель ____________

Студент _______________

Форма Н_ВКР-03

НОРМОКОНТРОЛЬ

выпускной квалификационной работы (бакалаврской работы) студента СГА

Нормоконтроль осуществляется с целью установления соответствия ВКР действующим методическим указаниям СГА по выполнению и оформлению ВКР. Нормоконтроль проводится на этапе представления выпускником полностью законченной ВКР.

Данный лист нормоконтроля прикладывается к ВКР.

Тема ВКР: __________________________________________________

____________________________________________________________

Академический абитуриент: ____________________________________

фамилия, имя, отчество

Учебный центр ________________________ Группа________________

Анализ ВКР на соответствие требованиям методических указаний

№ п/п	Объект	Параметры	Соответствует: + Не соответствует: -
1	Наименование темы работы	Соответствует утвержденной базовым вузом
2	Размер шрифта	14 пунктов
3	Название шрифта	Times New Roman
4	Междустрочный интервал	Полуторный
5	Абзац	1,25 см
6	Поля (мм)	Левое, верхнее и нижнее - 20, правое - 10.
7	Общий объем без приложений	50-60 стр. машинописного текста
8	Объем введения	2-4 стр. машинописного текста
9	Объем основной части	40-50 стр. машинописного текста
10	Объем заключения	3-5 стр. машинописного текста (примерно равен объему введения)
11	Нумерация страниц	Сквозная, в нижней части листа, посередине. На титульном листе номер страницы не проставляется
12	Последовательность приведения структурных частей работы	Титульный лист. Задание на выполнение выпускной квалификационной работы. Содержание. Введение. Основная часть. Заключение. Глоссарий. Список использованных источников. Приложения
13	Оформление структурных частей работы	Каждая структурная часть начинается с новой страницы. Наименования приводятся с абзаца с прописной (заглавной буквы). Точка в конце наименования не ставится
14	Структура основной части	2-3 главы, соразмерные по объему (для бакалавров менеджмента и экономики - строго 2 главы)
15	Наличие глоссария	15-20 понятий
16	Состав списка использованных источников	30-50 библиографических описаний документальных и литературных источников
17	Наличие приложений	Обязательно
18	Оформление содержания (оглавления)	Содержание (оглавление включает в себя заголовки всех разделов, глав, параграфов, глоссария, приложений с указанием страниц начала каждой части

Выпускная квалификационная работа допускается к защите после устранения выявленных несоответствий.

Нормоконтролер ________________________ _____________________

фамилия, имя, отчество подпись

С результатами нормоконтроля ознакомлен:

Академический абитуриент __________________ ________________

подпись

Форма 19-д/7

СовременнАЯ гуманитарнАЯ АКАДЕМИЯ

ОТЗЫВ

на выпускную квалификационную работу

Академического абитуриента ________________________________

фамилия, имя, отчество

на тему _____________________________________________________

__________________________________________________________

_____________________________________________________________

Выпускная квалификационная работа (ВКР) выполнена в форме:

Бакалаврской работы Дипломной работы Дипломного проекта

1 Актуальность и практическая значимость темы __________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2 Логическая последовательность ___________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3 Аргументированность и конкретность выводов и предложений _____

_______________________________________________________________________________________________________________________________

4 Правильное использование научных/профессиональных терминов и понятий в контексте проблемы ______________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

5 Уровень использования различных видов литературных источников _

____________________________________________________________

_____________________________________________________________

6 Качество оформления ВКР, качество таблиц, иллюстраций и пр. ___

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7 Уровень самостоятельности при работе над темой ВКР __________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8 Недостатки работы __________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9 Предложения для внедрения ____________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10 ВКР соответствует/не соответствует требованиям, предъявляемым к ВКР, и может/не может быть рекомендована к защите на заседании Государственной аттестационной комиссии

11 Академический абитуриент __________________________

фамилия, имя, отчество

заслуживает присвоения ему (ей) степени _________________________

бакалавра, специалиста, (вписать нужное)

по направлению подготовки / специальности _______________

Научный руководитель ВКР _________________________________

фамилия, и., о., ученая степень, звание, место работы, должность

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

«_____»_______________201__г.

______________________________

подпись научного руководителя

Содержание

Введение

1. Теоретические основы построения сетевой операционной системы

1.1 Требования, предъявляемые с сетевым ОС

1.2 Архитектура сетевой ОС

1.3 Основные ресурсы и службы сетевой ОС

1.4 Требования к современным операционным системам

2. Технический обзор популярных сетевых ОС

2.1. Windows Server 2008

2.2 Windows Home Server 2011

2.3 Linux

Заключение

Глоссарий

Список использованных источников

Приложения

Форма ДМ-01

Современная гуманитарная академия

Демонстрационный материал*

к выпускной квалификационной работе

Выпускная квалификационная работа выполнена в форме:

Бакалаврской работы Магистерской диссертации

Дипломной работы Дипломного проекта

Демонстрационный материал оформлен в виде:

«Раздаточного материала» Плакатов

Студент(ка) __________________________________________________

фамилия, имя, отчество

форма обучения __________, № контракта ___________, группа ______,

очная/заочная

направление подготовки / специальность _________________________

нужное подчеркнуть наименование

1 Тема _______________________________________________________

_____________________________________________________________

2 Руководитель ВКР ________________________________________

фамилия, и.о., ученая степень, звание

_____________________________________________________________

3 «Раздаточный материал» / плакаты ____________________________

количество листов

4 Перечень листов

1 ___________________________________________

2 ___________________________________________________________

3 ___________________________________________________________

4 ___________________________________________________________

5 ___________________________________________________________

6 ___________________________________________________________

7 ____________________________________________________________

Студент ________________________________

(подпись)

Руководитель ВКР ____________/________________/

(подпись) (расшифровка подписи)

* «Раздаточный материал» к ВКР оформляется выпускником и утверждается руководителем ВКР. Представляется выпускником членам ГАК перед защитой ВКР.

Введение

Сегодня существует большое количество разных типов операционных систем, отличающихся областями применения, аппаратными платформами и методами реализации. Естественно, это обуславливает и значительные функциональные различия этих ОС. Даже у конкретной операционной системы набор выполняемых функций зачастую определить не так просто -- та функция, которая сегодня выполняется внешним по отношению к ОС компонентом, завтра может стать ее неотъемлемой частью и наоборот. Поэтому при изучении операционных систем очень важно из всего многообразия выделить те функции, которые присущи всем операционным системам как классу продуктов.

Операционная система компьютерной сети во многом аналогична ОС автономного компьютера -- она также представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который обеспечивает удобство работы пользователям и программистам путем предоставления им некоторой виртуальной вычислительной системы, и реализует эффективный способ разделения ресурсов между множеством выполняемых в сети процессов.

Компьютерная сеть -- это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этого набора компьютеров. Сеть могут образовывать компьютеры разных типов, которыми могут быть небольшие микропроцессоры, рабочие станции, мини-компьютеры, персональные компьютеры или суперкомпьютеры. Коммуникационная система может включать кабели, повторители, коммутаторы, маршрутизаторы и другие устройства, обеспечивающие передачу сообщений между любой парой компьютеров сети. Компьютерная сеть позволяет пользователю работать со своим компьютером как с автономным и добавляет к этому возможность доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети.

При организации сетевой работы операционная система играет роль интерфейса, экранирующего от пользователя все детали низкоуровневых программно-аппаратных средств сети. Например, вместо числовых адресов компьютеров сети, таких как МАС-адрес и IP-адрес, операционная система компьютерной сети позволяет оперировать удобными для запоминания символьными именами. В результате в представлении пользователя сеть с ее множеством сложных и запутанных реальных деталей превращается в достаточно понятный набор разделяемых ресурсов.

Объектом исследования моей ВКР являются сетевые операционные системы для ЭВМ.

Цель исследования - провести технический обзор коммерческих и свободно распространяемых сетевых ОС с тем, чтобы проанализировать их возможности и определить области применения.

Предмет исследования - основные характеристики и возможности современных сетевых ОС.

Задачи исследования:

изучить:

е основные понятия, функции, состав и принципы работы сетевых операционных систем;

е архитектуры современных сетевых операционных систем;

е особенности построения и функционирования современных сетевых операционных системы;

е принципы управления ресурсами в сетевой операционной системе;

е технические характеристики популярных сетевых операционных систем.

Актуальность исследования с одной стороны обусловлена потребностью улучшения операционных систем для повышения качества работы пользователя с ЭВМ, делая её более простой, и освобождая его от обязанностей распределять ресурсы и управлять ими. С другой стороны выбранная тема ВКР актуальна в силу ежегодного роста и развития компьютерных технологий, а также в связи с увеличением роста локальных сетей. В настоящее время широко распространены домашние сети, сети малого офиса, сети крупных компании и т.д.

В связи с развитием компьютерных сетей развиваются и совершенствуются сетевые операционные системы. Практически каждые полгода выходят новые обновления для ОС и новые приложения. Динамично развиваются информационные технологии, которые тоже являются «двигателем» развития операционных систем. В многообразии предлагаемых версий и платформ операционных систем необходимо правильно ориентироваться, уметь с ними работать.

Технические обзоры сетевых ОС быстро устаревают. Интернет - ресурсы также предлагают материалы чаще всего по устаревшим сетевым ОС. В основной части ВКР изложены материалы по современным сетевым ОС - Windiws Server 2008, Windows Home Server 2011, которые относятся к коммерческим программным продуктам, а также ОС Linux, как альтернатива им.

1. Теоретические основы построения сетевых операционных систем

1.1 Требования, предъявляемые с сетевым ОС

Одной из основных задач любой, в том числе и сетевой, ОС является управление использованием ресурсов. Она 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 сетевой ОС, 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 сетевой ОС от распределенной ОС - в сети взаимодействуют несколько сетевых ОС (по одной на абонента), в то время как в распределенной ОС есть одна операционная система, которая обслуживает сеть.

Набор характеристик сетевой ОС.

Большое разнообразие типов компьютеров, используемых в вычислительных сетях, влечет за собой разнообразие операционных систем: для рабочих станций, для серверов сетей уровня отдела и серверов уровня предприятия в целом. К ним могут предъявляться различные требования по производительности и функциональным возможностям, желательно, чтобы они обладали определенным набором характеристик, который позволил бы обеспечить совместную работу различных ОС:

Поддерживающие многопроцессорность: Последняя может быть симметричной (процессоры равномерно нагружаются кодами разных программ), асимметричной (один процессор выполняет один процесс).

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)

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:

Пакетные: критерий эффективности - максимальное число решенных задач, которые поступают в ОС наборами (пакетами). ОС оптимизирует выполнение задач, а не взаимодействие с пользователем.

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.

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 сетевой ОС. Основные требования, предъявляемые фирмами к современным сетевым ОС:

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 операционная система;

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 администрировать 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 - насколько СОС совместима с уже имеющимися программно-аппаратными комплексами предприятия.

Исходя из описанных выше требований можно заключить, что хорошо спроектированная сетевая ОС 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 сетевых ОС вопрос, какая из них лучше задавать бессмысленно - раз все выдерживают конкуренцию, значит у каждой есть какие-то достоинства. Решение о выборе сетевой ОС обычно основываются на оценке набора критериев, подобно приведенному выше, применительно к конкретной ситуации.

Структура сетевой ОС

Каждый компьютер с установленной сетевой ОС 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.

Рис.1 Структура сетевой ОС

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.

1.2 Архитектура сетевой ОС

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.

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.

Рис.3 Монолитная сетевая ОС

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.

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).

Рис. 4 Многоуровневая сетевая ОС

Хотя такой структурный подход на практике обычно работал неплохо, сегодня он все больше воспринимается монолитным. 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.

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).

Рис. 5 Модель клиент-сервер

Микроядро занимается основной функцией ОС - управлением ресурсами, зачастую оно берет на себя функции взаимодействия с аппаратурой, хотя предпочтительно в рамках микроядра выделять машиннозависимые 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.

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.

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 сетевым ОС:

Высокая степень переносимости и совместимости обусловлена тем, что весь машинно-зависимый код изолирован в микроядро.

Микроядерный подход позволяет легко перестраивать специализацию ОС. Ограниченный набор четко определенных интерфейсов микроядра открывает путь к упорядоченному росту и эволюции ОС. 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.

Поддержка распределенных и сетевых приложений хорошо вписывается в концепцию микроядра, который основан на горизонтальном разделении 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.

Объектно-ориентированный подход

Хотя технология микроядер и заложила основы модульных систем, способных развиваться регулярным образом, она не смогла в полной мере обеспечить возможности расширения систем. В настоящее время этой цели в наибольшей степени соответствует объектно-ориентированный подход, при котором каждый программный компонент является функционально изолированным от других.

Основным понятием этого подхода является "объект". Объект - это единица программ и данных, взаимодействующая с другими объектам посредством приема и передачи сообщений. Объект может быть представлением как некоторых конкретных вещей - прикладной программы или документа, так и некоторых абстракций - процесса, события.

Программы (функции) объекта определяют перечень действий, которые могут быть выполнены над данными этого объекта. Объект-клиент может обратиться к другому объекту, послав сообщение с запросом на выполнение какой-либо функции объекта-сервера.

Таким образом, объект предстает для внешнего мира в виде "черного ящика" с хорошо определенным интерфейсом. Способность объектов представать в виде "черного ящика" позволяет упаковывать в них и представлять в виде объектов уже существующие приложения, ничего в них не изменяя.

Использование объектно-ориентированного подхода особенно эффективно при создании активно развивающегося программного обеспечения, например, при разработке приложений, предназначенных для выполнения на разных аппаратных платформах.

Полностью объектно-ориентированные операционные системы очень привлекательны для системных программистов, так как, используя объекты системного уровня, программисты смогут залезать вглубь операционных систем для приспособления их к своим нуждам, не нарушая целостность системы.

Объектно-ориентированный подход является одной из самых перспективных тенденций в конструировании программного обеспечения.

Множественные прикладные среды

В то время как некоторые идеи (например, объектно-ориентированный подход) непосредственно касаются только разработчиков и лишь косвенно влияют на конечного пользователя, концепция множественных прикладных сред приносит пользователю долгожданную возможность выполнять на своей ОС программы, написанные для других операционных систем и других процессоров.

В зарождающемся поколении операционных систем средства для выполнения чужих программ становятся стандартной частью системы. Выбор операционной системы больше не будет сильно ограничивать выбор прикладных программ. Рано или поздно, множественные прикладные среды операционных систем скоро станут такими же стандартными, как мыши и меню.

Множественные прикладные среды обеспечивают совместимость данной ОС с приложениями, написанными для других ОС и процессоров, на двоичном уровне, а не на уровне исходных текстов.

Модульность операционных систем нового поколения позволяет намного легче реализовать поддержку множественных прикладных сред.

Использование множественных прикладных сред обеспечит пользователям большую свободу выбора операционных систем и более легкий доступ к более качественному программному обеспечению.

Для удовлетворения требований, предъявляемых к современной ОС, большое значение имеет ее структурное построение. Операционные системы прошли длительный путь развития от монолитных систем к хорошо структурированным модульным системам, способным к развитию, расширению и легкому переносу на новые платформы.

1.3 Основные ресурсы и службы сетевой ОС

Важнейшей функцией сетевой ОС 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.

Сетевая ОС реализует в этой подсистеме удаленное межпроцессное взаимодействие, работу процессов с удаленными ресурсами.

Планирование процессов

Планирование процессов включает в себя решение следующих задач:

· определение момента времени для смены выполняемого процесса

· выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов

· 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:

· процесс завершился и покинул систему

· произошла ошибка

· процесс перешел в состояние ожидания

· 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.

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.

При перемещении слева направо происходит следующее :

· снижается стоимость бита;

· возрастает емкость;

· возрастает время доступа;

· снижается частота обращений процессора к памяти.

Рис. 6.1. Иерархия памяти

сетевой операционный система

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.

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.

Основная идея организации программного обеспечения ввода-вывода состоит в разбиении его на несколько уровней, причем нижние уровни скрывают особенности аппаратуры от верхних уровней, а те, в свою очередь, обеспечивают удобный интерфейс для пользователей.

Кроме управления вводом-выводом на уровне локальной ОС, СОС также должна уметь работать с сетевыми устройствами, потоком данных от сети к программам СОС, реализовывать множество стеков протоколов с возможностью добавления поддержки новых, без перекомпиляции ядра. Поэтому сетевые функции выносят за пределы микроядер.

Файловая система.

Файловая система локальной ОС - часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.

В микроядерной архитектуре файловая система перестает быть частью ОС, что соответствует тенденция современного компьютерного рынка, когда файловые системы начинают представляться как отдельные программные продукты.

Разработчики новых операционных систем стремятся обеспечить пользователя возможностью работать сразу с несколькими файловыми системами.

Современна файловая система имеет многоуровневую структуру, на верхнем уровне которой располагается так называемый переключатель файловых систем (в Windows 95, например, такой переключатель называется устанавливаемым диспетчером файловой системы - installable filesystem manager, IFS). Он обеспечивает интерфейс между запросами приложения и конкретной файловой системой, к которой обращается это приложение. Переключатель файловых систем преобразует запросы в формат, воспринимаемый уровнем файловых систем.

Для выполнения своих функций драйверы файловых систем обращаются к подсистеме ввода-вывода, которая отвечает за загрузку, инициализацию и управление всеми модулями низших уровней файловой системы, т.е. просмотр регистров контроллера. Современная файловая система должна поддерживать возможность работы с дисковыми массивами RAID.

Ключевым компонентом любой сетевой ОС является поддержка распределенной файловой системой. Файловая система поддерживается одной или более машинами, называемыми файл-серверами. Файл-серверы перехватывают запросы на чтение или запись файлов, поступающие от других машин (не серверов). Эти другие машины называются клиентами. Каждый посланный запрос проверяется и выполняется, а ответ отсылается обратно. Файл-серверы обычно содержат иерархические файловые системы, каждая из которых имеет корневой каталог и каталоги более низких уровней. Рабочая станция может подсоединять и монтировать эти файловые системы к своим локальным файловым системам. При этом монтируемые файловые системы остаются на серверах.

Также распределенная файловая система должна гарантировать безопасность и надежность не только во время хранения, но и во время передачи данных. База данных службы NFS представляет собой многоуровневую базу данных объектов, поддерживающую информацию о ресурсах всех серверов сети.

Характеристики:

· распределенность

· прозрачность

· глобальность

Распределенность заключается в том, что информация не хранится на одном сервере, а разделена на части, называемые разделами.

Прозрачность заключается в том, что NFS автоматически создает связи между программными и аппаратными компонентами, которые обеспечивают пользователю доступ к сетевым ресурсам. NFS при этом не требует от пользователя знаний физического расположения этих ресурсов. Задавая сетевой ресурс по имени, вы получите к нему корректный доступ даже в случае изменения его сетевого адреса или места расположения.

Глобальность NFS заключается в том, что после входа вы получаете доступ к ресурсам всей сети. Вместо входа в отдельный сервер пользователь NDS входит в сеть. После чего он получает доступ к разрешенным для него ресурсам сети. Информация, предоставляемая во время логического входа, используется для процесса идентификации пользователя. Позже, при попытке пользователя получить доступ к ресурсам, таким как серверы, тома или принтеры, фоновый процесс идентификации проверяет, имеет ли пользователь право использовать данный ресурс.

Таким образом, при построении современных операционных систем все чаще разработчики используют микроядерный подход. Системы управления отдельными ресурсами отделяются от ОС, а последняя, с учетом микроядерного подхода постепенно переходит от управления конкретными устройствами к управлению абстрактными ресурсами. СОС движутся в сторону универсализации, все чаще они предоставляют возможность сторонним производителям создавать собственные модули для встраивания в структуру системы, что позволяет реализовывать файловые системы, службы поддержки каталогов, службы печати и т.д. как отдельные программные продукты.

Выводы:

q ОС -- это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенный для повышения эффективности аппаратуры компьютера путем рационального управления его ресурсами, а также для обеспечения удобства пользователя за счет предоставления ему расширенной виртуальной машины.

q К числу основных ресурсов, управление которыми осуществляет ОС, относятся процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, диски, накопители на магнитных лентах, принтеры, сетевые устройства и некоторые другие. Ресурсы распределяются между процессами. Для решения задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, особенности которых, в конечном счете, и определяют облик ОС.

q Наиболее важными подсистемами ОС являются подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а также подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования.

q Прикладному программисту возможности ОС доступны в виде набора функций, составляющих интерфейс прикладного программирования (API).

q Термин «сетевая операционная система» используется в двух смыслах: во- первых, как совокупность ОС всех компьютеров сети и, во-вторых, как ОС отдельного компьютера, способного работать в сети.

q К основным функциональным компонентам сетевой ОС относятся средства управления локальными ресурсами и сетевые средства. Последние, в свою очередь, можно разделить на три компонента: средства предоставления локальных ресурсов и услуг в общее пользование (серверная часть ОС), средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам (клиентская часть ОС, или редиректор) и транспортные средства ОС (совместно с коммуникационной системой обеспечивают передачу сообщений между компьютерами сети).

q Совокупность серверной и клиентской частей, предоставляющих доступ к конкретному типу ресурса компьютера через сеть, называется сетевой службой. Сетевая служба предоставляет пользователям сети набор услуг -- сетевой сервис. Каждая служба связана с определенным типом сетевых ресурсов и/или определенным способом доступа к этим ресурсам. Сетевые службы могут быть либо встроены в ОС, либо реализованы в виде программной оболочки.

q В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, они могут выступать в трех разных ролях. Компьютер, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, играет роль выделенного сервера сети. Компьютер, обращающийся с запросами к ресурсам другой машины, исполняет роль клиентского узла. Компьютер, совмещающий функции клиента и сервера, является одноранговым узлом.

q Одноранговые сети состоят только из одноранговых узлов. При этом все компьютеры в сети имеют потенциально равные возможности. Одноранговые ОС включают как серверные, так и клиентские компоненты сетевых служб. Одноранговые сети проще в организации и эксплуатации, по этой схеме организуется работа в небольших сетях, в которых количество компьютеров не превышает 10-20.

q В сетях с выделенными серверами используются специальные варианты сетевых ОС, оптимизированные для роли либо серверов, либо клиентов. Для серверных ОС характерны поддержка мощных аппаратных платформ, в том числе мультипроцессорных, широкий набор сетевых служб, поддержка большого числа одновременно выполняемых процессов и сетевых соединений, наличие развитых средств защиты и средств централизованного администрирования сети. Клиентские ОС, в общем случае являясь более простыми, должны обеспечивать удобный пользовательский интерфейс и набор редиректоров, позволяющий получать доступ к разнообразным сетевым ресурсам.

q В число требований, предъявляемых сегодня к сетевым ОС, входят: функциональная полнота и эффективность управления ресурсами, модульность и расширяемость, переносимость и многоплатформенность, совместимость на уровне приложений и пользовательских интерфейсов, надежность и отказоустойчивость, безопасность и производительность.

2. Обзор популярных сетевых операционных систем

2.1 Технический обзор сетевой ОС Windows Server 2008

Операционная система Microsoft Windows Server 2008 создана, чтобы обеспечить организации наиболее эффективной платформой для виртуализации рабочих нагрузок, поддержки приложений и защиты сетей. Она представляет собой защищенную и легко управляемую платформу для разработки и надежного размещения веб-приложений и служб.

Расширенные возможности управления

Операционная система Windows Server 2008 предоставляет ИТ-специалистам больше возможностей для управления серверами и сетевой инфраструктурой, что позволяет им сосредоточиться на важнейших потребностях организаций. Расширенные возможности создания сценариев и автоматизации задач, такие как среда Windows PowerShell, позволяют автоматизировать стандартные ИТ-задачи. Диспетчера сервера позволяет выполнять установку и управление на основе ролей, что облегчает задачи управления и обеспечения безопасности разных ролей серверов в рамках предприятия. В консоли диспетчера сервера объединено управление конфигурацией сервера и системной информацией. Возможна установка только необходимых ролей и возможностей, а многие рутинные задачи развертывания систем автоматизируются с помощью мастеров. Улучшенные инструменты управления системой, такие как монитор быстродействия и надежности, предоставляют информацию о системах и заранее оповещают ИТ-персонал о потенциальных проблемах.

Усиленная защищенность

В операционной системе Windows Server 2008 представлен ряд новых и улучшенных технологий обеспечения безопасности, которые усиливают защищенность операционной системы и обеспечивают надежную основу для организации работы предприятия. Новые возможности защиты, такие как технология PatchGuard, позволяют уменьшить контактную зону ядра и повысить защищенность и стабильность серверной среды. Ограниченный режим работы служб Windows позволяет предотвращать нарушение работы критически важных серверных служб аномальной активностью в файловой системе, реестре или сети, и способствует обеспечению безопасности систем. Такие технологии, как защита доступа к сети (NAP), контроллер домена только для чтения (RODC), улучшения в инфраструктуре открытого ключа (PKI), ограниченный режим работы служб Windows, новый двунаправленный брандмауэр Windows и поддержка криптографии нового поколения, также усиливают защищенность операционной системы Windows Server 2008.