Файл: Сетевые операционные системы (Обзор сетевых операционных систем).pdf

Введение

В современном мире значительную часть стала занимать ЭВМ. Компьютеры используются во всех сферах деятельности: медицине, науке, образовании, коммерческой деятельности и т.п., способствуя более быстрой и верной обработки информации, ее хранению и передачу. Общение пользователя и компьютера происходит посредством операционной системы, а сетевые операционные системы помогаю расширить возможности для хранения, обработки данных и совместного их использования. Тема данной курсовой интересна тем, что в современном обществе все активнее происходят процессы глобализации. Все большее количество пользователей объединяется в разнообразные сети. За взаимодействие этих процессов и отвечают сетевые операционные системы. Они постоянно эволюционируют, адаптируясь под растущие запросы общества. Поэтому данная тема интересна и актуальна.

Целью данной курсовой работы является исследовать понятие «сетевые операционные системы». Актуальность темы связанна с потребностью улучшения характеристик операционных систем, повышения качества работы и упрощения взаимодействия.

Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:

- определить понятие «операционной системы», ее функции и назначение, так как эти понятия являются базовыми и для сетевых операционных систем;

- рассмотреть развитие операционных систем, так как именно в историческом разрезе видно постепенное усложнение ее структуры и причины появления сетевых операционных систем;

- раскрыть понятие сетевой операционной системы;

- привести классификацию сетевых операционных систем, более полно раскрывающей возможности их применения;

- описать структуру сетевых операционных систем для более наглядного изображения их сущности, свойств и функций;

- рассмотреть наиболее известные сетевые операционные системы с их достоинствами и недостатками, так как это подчеркивает актуальность данного исследования.

В главе первой решаются первые две задачи, во второй третья, четвертая и пятая, а в заключительной третьей выполняется последняя.

Объектом являются сетевые операционные системы, а предметом – использование научных трудов ученых и программистов для описание основных свойств, характеристик и функций сетевых операционных систем.

В данной работе использованы работы таких авторов как Гордеев А. В. (Операционные системы: Учебник для вузов, 2007 г.); Кондратьев, В.К. (Введение в операционные системы : учебное пособие, 2007 г.), Борисов Р., Лобан А. (Информатика. Базовый курс, 2019г.); Таненбаум Э. С., Херберт Б. (Современные операционные системы, 2015г.); Олифер В. Г., Олифер Н. А., Симонович С. В. (Сетевые операционные системы. Учебное пособие. 2015). Труды этих авторов используются много лет используются для ведения лекций и освещения определенных задач. Так же используются и другие ресурсы: лекции Назарова С.В. (Эффективность современных операционных систем // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2017г), Котенко В. Н. (Операционные системы. Курс лекций. – 2015.), В. С. Данюшенков., О. В. Коршунов.(Организация сетевого администрирования (лекции - Структура сетевой операционной системы); Кондратьев, В.К. (Введение в операционные системы : учебное пособие ) надежность их определяет издатель – крупные институты и университеты. Их исследования базируются на трудах вышеупомянутых авторов.

Итак, для достижения поставленной цели первоначально необходимо раскрыть понятие операционной системы.

Глава 1. Операционная система: понятие, функции и эволюция.

1.1. Понятие операционной системы

«Операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных (системными принято называть такие программы, которые используются всеми остальными программами) управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений» [Гордеев А. В. Операционные системы: Учебник для вузов. — 2-е изд. — СПб.: Питер, 2007. — 416 с.- C.13].

Назначение операционной системы – облегчение процесса взаимодействия пользователя и техники.

Выделяют следующие основные функции [Кондратьев, В.К. Введение в операционные системы : учебное пособие / Кондратьев В.К. — Москва : Евразийский открытый институт, 2007. — 231 с.— URL: https://book.ru/book/906551 (дата обращения: 03.07.2019).- C.39]:

• Выполнение по запросу программ достаточно простых действий, являющихся общими для большинства программ и часто встречающихся почти во всех программах (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).
• Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.
• Стандартный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
• Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти [Олифер В. Г., Олифер Н. А., Симонович С. В. Сетевые операционные системы. Учебное пособие. Серия. – 2015.- 668 с2]).
• Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.
• Обеспечение пользовательского интерфейса.
• Сетевые операции, поддержка стека сетевых протоколов.

Дополнительные функции [Кондратьев, В.К. Введение в операционные системы : учебное пособие / Кондратьев В.К. — Москва : Евразийский открытый институт, 2007. — 231 с.— URL: https://book.ru/book/906551 (дата обращения: 03.07.2019).- C.39]:

• Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
• Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.
• Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.
• Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основанная на разграничении доступа к ресурсам.
• Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация [Гордеев А. В. Операционные системы: Учебник для вузов. — 2-е изд. — СПб.: Питер, 2007. — 416 с.C.14].
• Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
• Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа.

Из функций вытекают и соответствующие требования к операционным системам [Назаров С.В. Эффективность современных операционных систем // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2017. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/effektivnost-sovremennyh-operatsionnyh-sistem (дата обращения: 03.07.2019).].

Основное требование - функциональная полнота, которая зависит от предметной области использования системы и определяется выполнением основных функции эффективного управления ресурсами и обеспечения удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ. Современная операционная система поддерживает мультипрограммный вычислительный процесс, как правило, виртуальную память, возможно свопинг, требуемый интерфейс для приложении и, возможно для пользователя, высокую степень защиты, удобство работы, а также выполнять многие другие необходимые функции и услуги[Кондратьев, В.К. Введение в операционные системы : учебное пособие / Кондратьев В.К. — Москва : Евразийский открытый институт, 2007. — 231 с.— URL: https://book.ru/book/906551 (дата обращения: 03.07.2019).]. Кроме того, к операционной системе предъявляется другие важные эксплуатационные требования.

Эффективность - это степень соответствия системы своему назначению, техническое совершенство и экономическая целесообразность. На эффективности операционной системы влияет много различных факторов, среди которых основными являются архитектура, многообразие ее функции, качество программного кода, аппаратная платформа (компьютер) и др. Эти вопросы рассмотрены ниже[Назаров С.В. Эффективность современных операционных систем // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2017. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/effektivnost-sovremennyh-operatsionnyh-sistem (дата обращения: 03.07.2019).].

Надежность и отказоустойчивость, то есть система должна быть защищена от внутренних и внешних сбоев и отказов. Если возникает ошибка в программе или аппаратуре система должна обнаружить ее, попытаться исправить ее или свести к минимуму ущерб. Это свойство операционной системы определяются архитектурными решениями, положенными в ее основу, а также отлаженностью программного кода (основные отказы и сбои операционной системы в основном обусловлены программными ошибками в ее модулях)

Безопасность (защищенность), то есть операционная система должна защищать приложения и пользователей и от воздействия чужих ошибок, и попыток злонамеренного вмешательства (несанкционированного доступа). Это свойство особенно важно для сетевых операционных систем [Таненбаум Э. С., Херберт Б. Современные операционные системы. 4-е изд. – " Издательский дом"" Питер""", 2015.- 1120 с.c.27].

Предсказуемость, то есть запуская свою программу в системе, пользователь должен иметь основанное на опыте работы с этой программной приблизительное представление, когда ему ожидать выдачи результатов. Требования со стороны приложении, как правило, могут быть сформулированы и достаточно полно учтены [В. С. Данюшенков., О. В. Коршунов. Организация сетевого администрирования (лекции часть 1) / Лекция 2 Структура сетевой операционной системы URL: https://studfiles.net/preview (дата обращения 04.07.19)].

Расширяемость, то есть операционная система может быть расширяемой, если при ее создании руководствовались принципами модульности, функциональной избыточности, функциональной избирательности и параметрической универсальности.

Переносимость, то есть код операционной системы должен легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы одного типа на аппаратную платформу другого типа.

Совместимость, которую следует различать на уровне двоичных кодов и на уровне исходных текстов. Кроме того, понятие совместимости включает также поддержку пользовательских интерфейсов других операционных систем [Назаров С.В. Эффективность современных операционных систем // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2017. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/effektivnost-sovremennyh-operatsionnyh-sistem (дата обращения: 03.07.2019).].

Удобство - средства операционной системы должны быть простыми и гибкими, а логика ее работы ясна пользователю.

Масштабируемость, то есть операционная система позволяет управлять компьютером с различным числом процессоров, обеспечивая линейное (или почти такое) возрастание производительности при увеличении числа процессоров. В этом случае реализуется симметричная многопроцессорная обработка. С масштабируемостью связано понятие кластеризации - объединения в систему двух (и более) многопроцессорных компьютеров. Правда, кластеризация направлена не столько на масштабируемость, сколько на обеспечение высокой готовности системы [Назаров С.В. Эффективность современных операционных систем // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2017. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/effektivnost-sovremennyh-operatsionnyh-sistem (дата обращения: 03.07.2019).].

Различают три режима операционной системы в соответствии с условиями применения [Борисов Р., Лобан А. Информатика. Базовый курс. – Litres, 2019. – 302 сc 44]:

- Пакетной обработки (операционная система последовательно выполняет собранные в пакет задания, при этом пользователь не контактирует с ЭВМ, получая лишь результаты вычислений).

- Разделения времени (операционная система одновременно выполняет несколько задач, допуская обращение каждого пользователя к ЭВМ).

- Реального времени (операционная система обеспечивает управление объектами в соответствии с принимаемыми входными сигналами, при этом время отклика ЭВМ с операционной системой реального времени на возмущающее воздействие должно быть минимальным [Кондратьев, В.К. Введение в операционные системы : учебное пособие / Кондратьев В.К. — Москва : Евразийский открытый институт, 2007. — 231 с.— URL: https://book.ru/book/906551 (дата обращения: 03.07.2019).]).

Итак, раскрыв понятие «операционная система», ее назначение и функции, рассмотрим процесс развития (эволюцию) данных систем, так как это позволяет глубже понять сущность основных достижений этой отрасли, осознать существующие тенденции и правильно оценить перспективность тех или иных направлений развития.

1.2. Эволюция операционных систем

Предшественником операционной системы следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы свели к минимуму физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволили избежать частого программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.) [Назаров С.В. Эффективность современных операционных систем // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2017. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/effektivnost-sovremennyh-operatsionnyh-sistem (дата обращения: 03.07.2019).].

История операционной системы насчитывает примерно полвека и во многом определялась и определяется развитием элементной базы и вычислительной аппаратурой .

Первое поколение - 40-е годы. Первые цифровые вычислительные машины без операционной системы. Вычислительный процесс решается программистом с пульта управления [Котенко В. Н. Операционные системы. Курс лекций. – 2015.-125 сC.6].