Файл: Сетевые операционные системы (Планирование процессов)).pdf

ВЕДЕНИЕ

На текущий день существует огромное количество различных видов операционных систем, которые отличаются областью применения, аппаратными платформами и методами реализации. Исходя из этого существуют и значительные различия этих ОС в функциональном плане. Ведь у любой конкретной операционной системы весь функционал определить не так просто, потому как та функция, которая в одной версии выполняется внешним по отношению к ОС компонентом, в другой версии становятся ее неотъемлемой частью и наоборот. Именно поэтому, во время изучения операционных систем необходимо из всего многообразия отдельно отметить те функции, присущие всем операционным системам как классу продуктов, а не отдельные особенности какой-либо определенной программной архитектуры.

Операционная система компьютерной сети во многом схожа с ОС автономного компьютера. Одна, как и другая, является комплексом взаимосвязанных программ, обеспечивающим удобство работы для пользователей и программистов путем предоставления им определенной виртуальной вычислительной системы, а также реализует максимально эффективный способ разделения ресурсов между всеми выполняемыми в сети процессами.

Компьютерная сеть — это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этого набора компьютеров. Сеть вполне может состоять из компьютеров абсолютно разных типов, таких как суперкомпьютеры, рабочие станции, персональные компьютеры, мини-компьютеры, микропроцессорные системы. Система коммуникации же, может включать в себя маршрутизаторы, коммутаторы, кабели, повторители, и другие устройства, которые обеспечивают передачу сообщений между устройствами в сети. В таком виде компьютерная сеть дает возможность пользоваться компьютером как в автономным режиме, так и добавляет к этому еще и возможность доступа к информационным и аппаратным ресурсам других устройств данной сети.

В данном отношении операционная система будет являться интерфейсом, который экранирует от пользователя все детали низкоуровневых программно-аппаратных средств существующей сети. Как пример, вместо трудно запоминаемых МАС-адресов и IP-адресов, операционная система компьютерной сети позволяет пользоваться более удобными для запоминания символьными именами. Как результат, для пользователя, сеть с ее большим количеством сложных и достаточно запутанных реальных деталей видится достаточно понятным набором разделяемых ресурсов.

---

Объектом исследования для моей курсовой работы станут сетевые операционные системы для ЭВМ.

Целью исследования будет проведение технического обзора коммерческих и свободно распространяемых сетевых операционных систем и, как результат, анализ их возможностей и области применения.

Предметом исследования являются основные возможности и характеристики существующих сетевых ОС.

Задачи исследования:

изучить:

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

 архитектуры современных сетевых операционных систем;

 особенности построения и функционирования современных сетевых операционных системы;

 принципы управления ресурсами в сетевой операционной системе;

 технические характеристики популярных сетевых операционных систем.

Актуальность исследования обусловлена ежегодным развитием качества и стремительным ростом количества компьютерных технологий, а также, благодаря стремительному росту вычислительных мощностей локальных сетей, таких как домашние сети, сети малого офиса, сети крупных компании и т.д.

Именно поэтому существует потребность улучшения операционных систем для повышения качества работы конечного пользователя с ЭВМ. Это сделает её более простой, и в качестве бонуса, освободит его от обязанности самостоятельно контролировать распределение и задействование ресурсов.

Стоит понимать, что с развитием компьютерных сетей и сетевые операционные системы неуклонно совершенствуются и развиваются, но всегда остаются как минимум на шаг позади, даже в момент выхода новых сетевых приложений и новых обновлений для ОС. Это происходит потому, что информационные технологии, которые тоже являются «двигателем» развития операционных систем, развиваются еще динамичнее. В многообразии предлагаемых версий и платформ операционных систем необходимо правильно ориентироваться, уметь с ними работать.

Исходя из вышесказанного, и технические обзоры сетевых ОС устаревают очень быстро. С момента написания до момента публикации какой-либо серьезной обзорной работы, уже выйдет не один десяток обновлений, и она устареет. Но несмотря на все это, все равно стоит заниматься подобными исследованиями, хотя бы для понимания общей картины происходящего, а не ставить в абсолют погоню за новинками и трендами. Поэтому, в основной части работы мы посмотрим материалы по современным сетевым ОС - Windows Server 2008, Windows Home Server 2011, которые относятся к коммерческим программным продуктам, а также ОС Linux, как альтернатива им и их полная противоположность.

---

1. Теоретические основы построения сетевой операционной системы
   1. Требования, предъявляемые с сетевым ОС

Основной задачей любой, в том числе и сетевой ОС, всегда была и остается качественная система управления использованием ресурсов, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Главными критериями эффективности будем считать, пропускная способность и реактивность (под реактивностью понимают скорость реакции) системы. Управление ресурсами базируется на решении 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 имеет возможность разделять вычислительные ресурсы не только локально, но и в рамках той сети, которая объединяет машины с помощью средств межсетевого взаимодействия. И также, она обязательно имеет программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств, ровно как и средства для удаленного доступа к другим компьютерам сети и к удаленным ресурсам, но все эти дополнения не меняют существенно структуру самой операционной системы. И в принципе, на текущем уровне развития компьютерных технологий, наличие у операционной системы возможностей для сетевого взаимодействия, из желательного функционала перешло в разряд необходимого минимума для полноценной работы пользователя.

В отличии от сетевой операционной системы, распределенные операционные системы реализуют сетевое разделение ресурсов, получая единую виртуальную машину, действующую над сетью. Работая с распределенной операционной системой, пользователю нет необходимости знать, подключена его машина к сети или нет, является ли данный ресурс локальным или глобальным, и где конкретно географически выполняется его программа. Все же главное отличие сетевой операционной системы от распределенной операционной системы в том, что в сети обычно работают сообща несколько сетевых ОС (по одной на абонента), в то время как распределенная операционная система в одиночку обслуживает всю сеть, и все устройства данной сети в полном объеме являются ресурсами данной РС.

Теперь предлагаю рассмотреть характеристики сетевой операционной системы.

Так как в вычислительных сетях используется большое разнообразие вычислительных систем, то исходя из этого мы имеем и большое разнообразие операционных систем для каждого вида устройств: для рабочей станции, для сервера сети уровня отдела и сервера уровня предприятия в целом. Естественно, что к ним предъявляются различные требования как по производительности, так и по функциональным возможностям. Но все же есть такие характеристики, обладание которыми является общими требованиями для всех типов ОС и обеспечивает их совместную работу:

---

1. Поддержка многопроцессорности, которая может быть симметричной (процессоры равномерно нагружаются кодами разных программ), и асимметричной (один процессор выполняет один процесс).
2. Многозадачность – это когда операционная система управляет ресурсами, которые в свою очередь делятся между несколькими, одновременно выполняющимися, конкурирующими программами. Известно несколько типов реализации многозадачности, которые опираются на разные алгоритмы управления разделением процессорного времени. Два основных вида многозадачности - вытесняющая (ОС выделяет квант времени процессу или нити, затем прерывает их выполнение и выделяет квант времени следующему процессу или нити) и кооперативная (сам процесс определяет в какой момент времени вернуть ОС управление, например во время ожидания ввода).
3. Многонитевость: дает возможность распараллелить вычисления в рамках одного процесса. В программировании нить это информация о состоянии (контексте) процесса. Нить создается и используется таким образом, что несколько процессов (нитей) могут выполняться в рамках одного кода, но использовать разные данныу об окружении (контекстах). Обычно многонитевость часто используется при написании серверных программ, которе должны взаимодействовать единым образом с неопределенным числом пользователей.

Следует отметить и условное разделение операционных систем по критерию эффективности на:

1. Пакетные, в которых достигается максимально высокая эффективность при обработке большого объема данных, либо когда требуется сложный вычислительный процесс. Их критерий эффективности — это объем вычислений за единицу времени. Но обычно в таких системах после загрузки пакета данных и до получения конечного результата вся система является недоступной, что полностью исключает ее использование в данный момент.
2. ОС реального времени отвечают на изменение входных данных немедленно. Их критерий эффективности это - гарантированное время отклика системы на информационный сигнал. Неспециализированные UNIX и DOS ОС не являются системами реального времени, т.к. не гарантируют одинаковое время реакции системы на разные входные данные и в разные периоды работы системы.
3. Системы разделения времени. Процессорное время распределяется между задачами равномерно, что делает работу пользователя более удобной, незначительно снижая общую производительность системы. Критерий оптимальности — это честное распределение (по потребностям) процессорного времени между разными задачами с одинаковым приоритетом на использование этого ресурса.

---

Большинство сетевых операционных систем можно отнести к последним двум типам.

Также сетевые ОС делятся на системы со встроенными сетевыми функциями и на дополнительные оболочки с интегрированными сетевыми функциями над локальными операционными системами.

Далее предлагаю рассмотреть набор критериев, на основе которого будем решать то, на сколько хорошо данная операционная система справляется с функциями сетевой операционной системы. Рассмотрим основные требования, предъявляемые к операционной системе:

. 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

. Масштабируемость – максимальное количество и качество ресурсов, которыми сможет управлять операционная система;

. Производительность - скорость выполнения операционной системой требуемого класса задач, количество одновременных обращений пользовательских процессов которое в состоянии обслужить система

. Надежность - поддержка средствами операционной возможностей резервного копирования данных, транзакций, поддержка или нахождение в составе надежной файловой системы.

. Безопасность - какой уровень защиты информации поддерживает сетевая операционная система, ограничения на доступ к каким ресурсам она поддерживает, какая система прав доступа поддерживается.

. Средства администрирования - какие утилиты и как помогают администрировать данную сетевую операционную систему.

. Поддержка сетевых сред - поддерживает ли система физические устройства, работающие по Ethernet, Token ring, с оптоволокном и т.д.

. Поддержка стеков протоколов - на каких и скольких стеках протоколов может функционировать система и есть ли поддержка ПО для работы с данными в рамках всемирной сети Интернет.

. Сетевая печать – какое количество принтеров поддерживается средствами системы, количество очередей на принтер.

. Приложения - какие приложения включены в стандартную поставку системы, минимальная функциональность системы (это могут быть сервера печати, средства разработки, почтовые сервера и клиенты, интернет-сервера и т.д.)

. Совместимость – с какими уже имеющимися программно-аппаратными комплексами предприятия совместима данная сетевая операционная система.

Исходя из всех этих требований, можно заявить, что хорошо спроектированная сетевая операционная система должна:

---