Файл: Сетевые операционные системы.pdf

Наиболее распространенные случаи следующие. Пользуется популярностью применение методики двухзвенных схем разделения приложений. Она является наиболее распространенной является двухзвенная схема, распределяющая приложение между двумя ПК. Перечисленные выше типовые функциональные части приложения можно разделить между двумя ПКами различными способами.

Типовые реализации такой схемы следующие. Согласно рис.2,а ПК пользователя работает как терминал, который выполняет лишь функции представления данных, тогда как все остальные функции передаются центральному ПК. Его ресурсы используются в этой схеме в незначительной степени. Но оказываются загруженные только графические средства подсистемы ввода-вывода ОС, отображающие на экране окна и другие графические примитивы по командам центрального ПК, а также сетевые средства ОС, которые принимают из сети команды центрального ПК и возвращающие данные о нажатии клавиш и координатах мыши.

В схеме «файловый сервер» (рис. 2, б) на клиентской машине выполняются все части приложения, кроме файловых операций. При этом в сети имеется ПК, который играет роль файлового сервера, представляя собой централизованное хранилище данных, находящихся в разделяемом доступе. Распределенное приложение в этой схеме мало отличается от полностью локального приложения. Единственным отличием является обращение к удаленным файлам вместо локальных. Такая схема обладает хорошей масштабируемостью, так как дополнительные пользователи и приложения добавляют лишь незначительную нагрузку на центральный узел — файловый сервер.

Рисунок 3 – Варианты распределений частей приложения по двухзвенной схеме: централизированная (а); «файловый сервер» (б); равномерное распределение функций (в)

Вторая схема разделения приложение СОС называется трехзвенной Она позволяет еще лучше сбалансировать нагрузку на различные ПКы в сети, а также способствует дальнейшей специализации серверов и средств разработки распределенных приложений. Пример такой схемы представлен на рис. 4

Рисунок 4 – Внешний вид трехзвенной схемы распределения частей приложения СОС

Трехзвенные схемы часто применяются для централизованной реализации в сети некоторых общих для распределенных приложений функций, отличных от файлового сервиса и управления базами данных. Программные модули, выполняющие такие функции, относят к классу middleware – то есть промежуточному слою, располагающемуся между индивидуальной для каждого приложения логикой и сервером баз данных.

Сервер приложений должен базироваться на мощной аппаратной платформе. ОС сервера приложений должна обеспечивать высокую производительность вычислений, а значит, поддерживать многопоточную обработку, вытесняющую многозадачность, мультипроцессирование, виртуальную память и наиболее популярные прикладные среды.

Глава 2. СОС, применяемые в РФ

2.1 Обзор СОС, использующихся в РФ

Практически все современные ОС поддерживают работу в сети. Однако в качестве ОС чаще всего используются В данном разделе курсовой работы кратко описаны такие СОС, которые чаще всего применяют для сервера. Это Nowell NetWare, Unix, Linux и Windows Server, MacOS X, OS/2 Warp Server, BeOS [14].

Если рассматривать СОС Novell NetWare, то это одна из первых коммерческих СОС, которые позволяют строить сети произвольной топологии, состоящих из разнородных ПК. Если раньше сетевые ОС сильно зависели от конкретной конфигурации сети, то ОС Nowell NetWare стала первой универсальной сетевой ОС. Любая сетевая карта, имеющая драйвер ODI (Open Datalink Interface) может использоваться в сетях Nowell. Благодаря такой универсальности ОС быстро завое­вала рынок, и долгое время оставалась основной ОС для локальных сетей. С 1990 года даже фирма IBM стала перепродавать NetWare, и по сегодняшний день эта ОС исполь­зуется достаточно широко.

Наиболее широко распространены СОС Windows. Ее применяют как на рабочих станциях (Windows 10, Windows Vista), так и на серверах (Windows Server различных версий). Такие СО имеют хорошо продуманный графический интерфейс, который облегчит работу с ними слабо подготовленным пользователям.

Однако, с точки зрения сетевой безопасности, она оставляет желать лучшего. Негативную роль здесь играет и скрытность системы, отсутствие возможности изменить и протестировать её программный код под свои нужды. Если для быстрого развертывания и простоты обслуживания локальной сети целесообразно использовать Windows, то для Internet-сервера лучше использовать различные клоны Unix и Linux. Эти утверждения подтверждаются фактическим материалом: по данным исследовательского сайта void.ru не более 16% серверов домена RU используют Windows, а 60% приходится на Linux и клон Unix ОС FreeBSD.

Также популярными СОС являются Unix, Linux. Они применяются давно, но актуальны и на сегодняшний день. Существует множество клонов Unix - практически ничем не отличающихся друг от друга операционных систем разных производителей: FreeBSD, BSD Unix (университет Berkley), SunOS, Solaris (фирма Sun Microsystems), AIX (фирма IBM), HP-UX (фирмы Hewlet Packard), SCO (фирмы SCO) и др. Самым популярным клоном Unix пожалуй является FreeBSD, в основном из-за того, что ее исходные тексты распространяются свободно, что позволяет произвольно переделывать

Отличительным свойством FreeBSD является целостность. Исходный код ядра, драйверов устройств и базовых пользовательских программ, таких как командные оболочки и прочие, содержится в одном дереве системы управления версиями (до 31 мая 2008 — CVS, сейчас — SVN). Это и является отличием FreeBSD от GNU/Linux. А многочисленные группы собирают это всё в единое целое и выпускают в виде различных дистрибутивов.

Одной из главных причин применения FreeBSD – её стабильность. По данным компании Netcraft (netcraft.com), изучавшей сайты с самым продолжительным календарным временем беспрерывной работы, из 50 первых в её списке сайтов 47 функционирует под управлением FreeBSD.

Структура файловой системы, система разграничения доступа и основные коман­ы в Linux и Unix сходны. С точки зрения пользователя, основным отличаем Linux является большая надежность и скорость работы, большая защищенность файловой системы (в том числе и от вирусов) и более профессиональные средства работы с локальной сетью и Internet. В то же время использование этой операционной системы требует хорошего уровня профессиональной подготовки и готовности решать не стандартные проблемы самостоятельно.

Применяют также и СОС MacOS X. Она ориентирована на использование в качестве ОС для сервера. Это СОС для ПКMacintosh (iMac), в осно­ву построения которой были положены те же принципы, что и в ОС Unix. Фирма Apple создала операционную систему, которая сочетает в себе удобный графический интерфейс MacOS и зарекомендовавший себя "профессионализм" Unix систем. Если ваш сервер является ПКом Macintosh (iMac), то использование MacOS X в качестве ОС более чем приемлемо. В настоящее время (конец 2018 года) пользователям доступна версия системы Mac OS X 10.13 (High Sierra).

Применяют также ОС QNX, которая была разработана канадской фирмой QNX Software Systems, Ltd. для систем реального времени, т.е. ПКных систем в которых необходима "быстрая реакция" операционной системы (порядка нескольких микросекунд). Системы реального времени применяются в управлении технологическими процессами (автоматизированные производства, ТЭЦ, атомные станции).

Название QNX происходит от сокращения Quick Unix (быстрый Unix). QNX - это система, построенная по стандарту POSIX (общий стандарт для всех Unix - систем), но отличающаяся чрезвычайно небольшими размерами и быстродействием. QNX считается одной из лучших реализаций концепции микроядерных операционных систем. Микроядро QNX занимает всего 32 килобайта. Этого удалось добиться за счет того, что в состав микроядра включены только самые необходимые функции (управление реальной памятью; создание, переключение и взаимодействие между процессами; управление сетевым взаимодействием), а все прочие менеджеры ресурсов ОС являются такими же процессами, как и процессы пользователей. ОС QNX не требовательна к аппаратуре: для ее нормальной работы достаточно Pentium 200 c 32 Мб RAM.

Хочется подчеркнуть, что основное назначение QNX - это использование в сетях автоматизированного управления производством реального времени. И хотя при помощи QNX можно организовать узел Internet или файл-сервер локальной сети, лучше для этих целей пользоваться другими операционными системами.

После 2004 года интерес в мире к QNX начал угасать. QNX сохранила популяр­ность в основном в СНГ, а так же в Германии, благодаря агрессивной рекламе и усилиям дистрибъютеров. В сентябре 2007 года компания QNX Software Systems обьявила о том, что исходный код ОС QNX Neutrino будет открыт, но для коммерческого использования QNX Neutrino необходимо приобрести лицензию.

Также применяют Мэйнфрейм - это высокопроизводительный ПК со значительным объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ. Под мэйнфреймом часто понимают ПК c архитектурой IBM System/360, 370, 390, zSeries. Мэйнфреймы архитектуры IBM System/390 представляют собой эволюционное развитие ряда System/360 - System/370 и отличаются большим объемом возможностей, реализованных на аппаратном уровне: мультипроцессорную обработку, средства создания системных комплексов, объединяющих несколько мэйнфреймов, средства логического разделения ресурсов вычислительной системы, встроенный криптографический процессор, высокоэффективную архитектуру каналов ввода-вывода и т.д. Особенности и характеристики современных мейнфреймов:

• cреднее время наработки на отказ оценивается в 12-15 лет. Надежность мейнфреймов - это результат почти 60-летнего их совершенствования. Группа разработки VM/ESA затратила двадцать лет на удаление ошибок из операционной системы, и в результате была создана система, которую можно использовать в самых ответственных случаях;
• повышенная устойчивость систем. Мейнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок за счет использования следующих принципов: дублирование (два резервных процессора, запасные микросхемы памяти, альтернативные пути доступа к периферийным устройствам), горячая замена всех элементов вплоть до каналов, плат памяти и центральных процессоров, целостность данных. В мейнфреймах используется память, исправляющая ошибки. Ошибки не приводят к разрушению данных в памяти, или данных, ожидающих устройства ввода- вывода. Дисковые подсистемы построенные на основе RAID-массивов с горячей заменой и встроенных средств резервного копирования защищают от потерь данных;
• рабочая нагрузка мейнфреймов может составлять 80—95 % от их пиковой производительности. Для UNIX-серверов, обычно, рабочая нагрузка не может превышать 20—30 % от пиковой загрузки. Серверы типа Unix или Microsoft Windows чтобы быть устойчивыми должны выполнять единственное приложение, то есть под каждое приложение типа базы данных, промежуточного ПО или интернет-сервера должна быть выделена отдельная машина, в то время как операционная система мейнфрейма будет тянуть всё сразу, причем все приложения будут тесно сотрудничать и использовать общие куски ПО;
• пропускная способность подсистемы ввода-вывода мейнфреймов разработана так, чтобы работать в среде с высочайшей рабочей нагрузкой на ввод-вывод;
• масштабирование может быть как вертикальным так и горизонтальным. Вертикальное масштабирование обеспечивается линейкой высокопроизводительных процессоров (от 5 до 200 MIPS) и наращиванием до 12 центральных процессоров в одном ПКе.

Горизонтальное масштабирование реализуется объединением ЭВМ в Sysplex (System Complex) - многомашинный кластер, выглядящий с точки зрения пользователя единым ПКом. Всего в Sysplex можно объединить до 32 машин. Географически распределенный Sysplex называют GeoPlex. В случае использования ОС VM для совместной работы можно объединить любое количество ПКов. Программное масштабирование - на одном мейнфрейме может быть сконфигурировано фактически бесконечное число различных серверов. Причем все серверы могут быть изолированы друг от друга так, как будто они выполняются на отдельных выделенных ПКах и в тоже же время совместно использовать аппаратные и программные ресурсы и данные;

• доступ к данным. Поскольку данные хранятся на одном сервере, прикладные программы не нуждаются в сборе исходной информации из множества источников, не требуется дополнительное дисковое пространство для их временного хранения, не возникают сомнения в их актуальности. Требуется небольшое количество физических серверов и значительно более простое программное обеспечение. Все это, в совокупности, ведет к повышению скорости и эффективности обработки;
• защита. Встроенные в аппаратуру возможности защиты, такие как криптографические устройства, и Logical Partition, и средства защиты операционных систем, дополненные программными продуктами RACF или VM:SECURE, обеспечивают совершенную защиту;
• сохранение инвестиций - использование данных и существующих прикладных программ, не влечет дополнительных расходов по приобретению нового программного обеспечения для другой платформы, переучиванию персонала, переноса данных;
• пользовательский интерфейс всегда оставался наиболее слабым местом мейнфреймов. Сейчас же стало возможно для прикладных программ мейнфреймов, в кратчайшие сроки и при минимальных затратах, обеспечить современный интернет-интерфейс.

Современные ОС для мейнфреймов ESA (VSE/ESA, VM/ESA, MVS/ESA) представляют собой развитие ОС, работавших на System/360, System/370.

ОС VSE/ESA (Virtual Storage Extended) ориентирована на использование в конечных и промежуточных узлах сетей. Она функционирует на наименее мощных моделях мэйнфреймов. VSE эффективно выполняет пакетную обработку и обработку транзакций в реальном времени. Основное же назначение VSE - поддержка ПО, разработанного еще для System/360.

ОС VM/ESA (Virtual Machine) - гибкая интерактивная ОС, поддерживающая одновременное функционирование большого числа различных ОС на одной вычислительной системе, благодаря механизму виртуальных машин (ВМ). Монитор виртуальных машин (МВМ) распределяет ресурсы между виртуальными машинами. У каждой ВМ создается "впечатление", что в ее монопольном распоряжении имеется целая ЭВМ со всеми ее ресурсами, и ВМ представляет собой самостоятельный ПК. На самом же деле ВМ владеет не всеми ресурсами вычислительной системы, а лишь теми из них, которые для нее выделил МВМ. Причем, это может быть как часть реальных ресурсов, так и ресурс, которого в вычислительной системе на самом деле нет, но МВМ моделирует его для ВМ. Когда ВМ выполняет команду, происходит прерывание, управление передается МВМ, и он прозрачно для ВМ выполняет для нее эту команду на реальном оборудовании или моделирует ее выполнение. ОС VM/ESA в основном используется при разработке операционных систем, т. к. ошибка при отладке разрабатываемой операционной системы может привести к порче или "зависанию" виртуальной машины, но не отразится на работе всей вычислительной системы. ОС VM/ESA находит и промышленное применение.