Файл: Сетевые операционные системы.pdf

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 рколхо ОС должна:

поддерживать возможность работы на многопроцессорной рколхо ЭВМ (с симметричной многопроцессорностью)

быть многозадачной и поддерживать нити в рамках одного рколхо процесса.

при необходимости быть многопользовательской.

Структура сетевой ОС

Каждый компьютер с установленной сетевой рколхо ОС в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена рколхо сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле сетевая ОС – это операционная система отдельного рколхо 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 рколхо процессами, функции планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными рколхо устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.
2. Средства предоставления собственных рколхо 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 рколхо 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 рколхо 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 рколхо средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями между СОС в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор рколхо маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

1.2 Архитектура сетевой ОС

Основополагающим рколхо 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 рколхо системы

В общем случае "структура" монолитной системы представляет собой отсутствие структуры (рисунок 2). ОС написана как набор рколхо процедур, каждая из которых может вызывать другие, когда ей это нужно. При использовании этой техники каждая процедура системы рколхо имеет хорошо определенный интерфейс, и каждая может вызвать любую другую при необходимости.

Рис.2 Монолитная сетевая ОС

Монолитная ОС собирается из программных рколхо модулей и затем компилируется как единая система. И хотя как программа такая СОС может и быть модульной, на практике взаимодействие ее процедур рколхо происходит в единой области видимости и любая рколхо процедура может вызвать любую.

Многоуровневые рколхо 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 рколхо системы передают запросы вверх и вниз по этим уровням (рисунок 3).

Рис. 3 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 рколхо моделью клиент-сервер с тесно связанной с ней концепция микроядра.

Модель клиент-сервер и микроядра

Применительно к структурированию рколхо ОС идея использования взаимодействия клиент-сервер и микроядра состоит в разбиении ее на несколько рколхо процессов - серверов, каждый из которых выполняет рколхо отдельный набор сервисных функций - например, управление памятью, управление файловой системой. Каждый сервер выполняется в пользовательском рколхо режиме. Клиент, которым может быть либо другой компонент ОС, либо прикладная программа, запрашивает рколхо сервис, посылая сообщение на рколхо сервер. Ядро ОС (называемое здесь микроядром), работая в привилегированном рколхо режиме, доставляет сообщение нужному рколхо серверу, сервер выполняет рколхо операцию, после чего ядро возвращает результаты рколхо клиенту с помощью другого сообщения (рисунок 4).

Рис. 4 Модель клиент-сервер

Микроядро занимается основной рколхо функцией ОС – управлением ресурсами, зачастую оно берет на себя функции взаимодействия рколхо с аппаратурой, хотя предпочтительно в рамках микроядра выделять машиннозависимые рколхо функции в отдельные подмодули для улучшения переносимости. Различные варианты рколхо реализации модели рколхо клиент-сервер в структуре ОС могут существенно различаться по объему рколхо работ, выполняемых в режиме ядра.

Микроядерный подход при проектировании рколхо архитектуры ОС требует ответа на вопрос, какие рколхо функции ОС следует оставить в рколхо ядре, а какие вынести из него. Модули, содержащиеся рколхо в ядре, нельзя заменить без его перекомпиляции.

В состав микроядра обычно не включают сетевые рколхо функции, пользовательский интерфейс, файловую систему, а лишь рколхо основные функции управления.

Достоинства и недостатки микроядерного рколхо подхода

В настоящее время именно операционные рколхо системы, построенные с использованием модели клиент-сервер и концепции рколхо микроядра, в наибольшей степени удовлетворяют рколхо 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 рколхо специализацию ОС. Ограниченный набор четко определенных интерфейсов микроядра открывает путь к упорядоченному рколхо росту и эволюции ОС. В отличие от обычных систем, система рколхо построенная на микроядре, выполняет свои серверные подсистемы в режиме пользователя, как обычные рколхо прикладные программы. Такая структура позволяет рколхо изменять и добавлять серверы, не влияя на целостность рколхо микроядра.

Надежность микроядерной рколхо 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 рколхо 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 рколхо подхода на практике является снижение быстродействия на локальных задачах - замедление скорости выполнения системных вызовов рколхо при передаче сообщений через микроядро по сравнению с классическим рколхо подходом.

Объектно-ориентированный рколхо подход

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

Основным понятием этого подхода рколхо является "объект". Объект - это единица программ и данных, взаимодействующая с другими рколхо объектам посредством приема и передачи сообщений. Объект рколхо может быть представлением как некоторых конкретных рколхо вещей - прикладной рколхо программы или документа, так и некоторых рколхо 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 рколхо подхода особенно эффективно при создании активно развивающегося программного обеспечения, например, при разработке рколхо приложений, предназначенных для выполнения на разных аппаратных рколхо платформах.

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

Множественные прикладные рколхо среды

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

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

Использование множественных прикладных сред обеспечит пользователям большую свободу выбора операционных рколхо систем и более легкий доступ к более качественному программному рколхо 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 рколхо рационального использования всех аппаратных и программных ресурсов рколхо системы. К основным ресурсам могут быть отнесены: процессоры, память (виртуальная память), внешние устройства.