Файл: Сетевые операционные системы (1 Операционные системы).pdf

Повсеместное распространение информационных технологий вовлекает в процесс обработки данных все больше людей и устройств. Очевидно, что работа современного устройства невозможна без корректного обеспечения его управления, которое осуществляет операционная система.

Однако работа отдельных устройств при существующих объемах обрабатываемой информации не решает проблемы, поэтому на первый план выходят не просто операционные системы, а системы обеспечивающие работу в сети. Построение такой работы возможно в двух направлениях: использование обычных операционных систем на каждом устройстве автономно, или интегрированная работа на основе сетевой технологии.

Целью данной работы является изучение проблемы сетевых операционных систем.

Для достижения поставленной цели в работе предполагается решение целого комплекса задач:

изучение понятия операционные системы и их классификация;
рассмотрение функциональных возможностей сетевых систем;
изучение структуры сетевой операционной системы;
анализ клиент-серверного обеспечения операционных систем, обеспечивающих поддержку работы сети;
формирование современных требований к сетевой операционной системе.

Проблема достаточно актуальна, что подтверждают множество научных работ. Общим вопросам операционных систем и принципам их построения посвящены работы Олифера В., Олифера Н., Назарова С.В., Батаева А.В. Особенности конкретных систем отражены в работах: Вавренок А., Кочана С., Колисниченок Д.

1 Операционные системы

1.1 Понятие операционной системы, основные функции и назначение

Под операционной системой или ОС чаще всего понимают некоторый комплекс, образованный взаимосвязанными системными программами, которые предназначены для обеспечения работы пользователя с компьютером, а также выполнения других программ.

С точки зрения классификации программ, которая определят следующие основные группы: системное, прикладное программные обеспечения и системы программирования, операционные системы причисляются к системному программному обеспечению. Системное программное обеспечение ориентировано на выполнение поддерживающих задач и обеспечение работы программ других классов (систем программирования и прикладных программ)^[1].

Как базовый элемент системного программного обеспечения операционная система выполняет две основные функции, регламентированные в определении^[2]:

обеспечение связи пользователя и прикладных программ;
общее управление персональным компьютером.

Однако подробнее назначение операционной системы может быть описано следующим образом^[3]:

осуществление управления ресурсами компьютера и обеспечение согласованной работы всех аппаратных средств, включая предоставление доступа к периферийным устройствам, работу со всеми видами памяти и т.п.;
регулирование всех внутренних процессов, которые ориентированы на выполнение программ и взаимодействие с устройствами компьютера;
предоставление удобных механизмов управления данными на энергонезависимых носителях чаще всего посредством основного компонента операционной системы – файловой системы;
поддержка работы файловой системы и определяющей ее файловой структуры;
обеспечение технологий управления системой пользователем посредством пользовательского интерфейса.

В зависимости от особенностей самой операционной системы она может выполнять и некоторый набор дополнительных функций, среди которых выделяют^[4]:

параллельное или псевдопараллельное выполнение задач, определяемое как многозадачность;
регулирование взаимодействия между процессами, обеспечивающими обмен данными и взаимной синхронизацией;
предоставление технологий защиты системы и хранимых данных и программ от злонамеренных действий пользователей или приложений.
обеспечение разграничения прав доступа к функциям системы для различных пользователей.

Стандартная структура операционной системы состоит из набора функциональных модулей, реализующих стандартные функции операционной системы^[5]:

управление файловой системой с помощью программного модуля;
выполнение команд пользователя командным процессором;
управление устройствами ввода вывода посредством драйверов;
реализация пользовательского интерфейса, с помощью графических модулей.
обеспечение внутренней работы системы и управления устройствами посредством сервисных программ.

Под драйвером устройства понимается специальная программа, которая обеспечивает общее управление работой устройств, а также согласует информационный обмен с другими устройствами.

Специальную программу, запрашивающую и выполняющую пользовательские команды как интерпретатор, называют командным процессором.

Основной функцией интерпретатора является загрузка приложений и управление информационным потоком между приложениями. Упрощение взаимодействия пользователя и операционной системы достигнуто в современных ОС благодаря графическому интерфейсу^[6].

Обобщенно работа компьютера может быть пр6едставлена как постоянный процесс обработки данных, которыми обмениваются устройства. Таким образом и модуль, управляющий работой файловой системы также выполняет обмен данными между устройствами хранения и обработки данных.

Для дополнительного обслуживания некоторых устройств или программных модулей используются приложения, обеспечивающие их настройку. Например, для дисков такие сервисные программы выполняют дефрагментацию, проверку на наличие физических и программных ошибок и т.п^[7].

Операционных систем на мировом рынке достаточно и кроме известно семейства Windows, среди них:

FreeBSD, ориентированная изначально на архитектуру процессоров х86и входящая в семейство UNIX(R)-версии. Название системы происходит от Калифорнийского Университета в Беркли, сотрудники которого и разработали ОС. ОС FreeBSD включает не только стандартные функции, но и сложную систему безопасности, технологии совместимости с другими ОС и особый набор сетевых функций, к тому же система распространяется бесплатно^[8];
Oracle Solaris 11 – система построенная на базе UNIX-системы и ориентированная на решения компании Oracle. Особую роль в ней играют развертывания облачных инфраструктур и построение политики защиты таких образований. Система включает в себя компоненты OpenStack для реализации функционала OpenStack^[9] в корпоративных средах и имеет уникальные возможности модернизации и оптимизации для баз данных Oracle Database;
ChromeOS – операционная система, созданная компанией Google предназначена в основном для ноутбуков и нетбуков. Основой системы является ядро Linux, однако в противовес самой ОС Linux, веб-приложениям отдано приоритетное развитие по сравнению с традиционными функциями ОС. В главной роли в системе ChromeOS отдается наиболее популярному сейчас в сети интерне браузеру Google Chrome.

Развитие мобильных устройств снизило скорость распространения новых операционных систем и их версий, в результате уже больше трети устройств, работающих в интернете используют операционную систему Andoid^[10].

Такие же тенденции отмечаются и на российском рынке: «по состоянию на 23 декабря 2015 года доля Windows, включая настольные и мобильные версии, составляет 40,7% против 42% у Android»^[11].

1.2 Классификация операционных систем

Операционные системы определяют целый пласт программ, выполняющих системные функции. Однако, не смотря на единство базовых функций, многие операционные системы имеют серьезные отличия из-за ориентированности на определенный класс задач или специфику построения.

Поэтому для операционных систем уместно проведение классификации согласно нескольким категориям по (рис. 1)^[12]:

способу организации вычислений;
типу ядра операционной системы;
возможности одновременного выполнения задач;
обеспечению одновременной работы нескольких пользователей;
числу поддерживаемых процессоров;
используемым технологиям и возможностям поддержки работы сети;
согласно выполняемой роли в сетевом взаимодействии^[13].

Рис. 1. Классификация операционных систем^[14]

Если выделять как основной признак разделения метод вычислений, то среди операционных систем определены^[15]:

системы пакетной обработки, которые выполняют максимальное число вычислительных задач за единицу времени; с этой целью на основе комплекса задач формируется пакет, передаваемый на обработку системой;
системы разделения времени, которые предоставляют возможности по одновременному использованию компьютера несколькими пользователями путем предоставления каждому пользователю интервала процессорного времени;
системы реального времени, которые предполагают выполнение каждой задачи за строго определённый для данной задачи интервал времени.

Операционные системы строятся на^[16]:

монолитном ядре, которое предполагает включение всех компонентов в целостную программу управления;
микроядре, выделение дополнительных функций в отдельные сервисы и не включение в целостную программу;
гибридном ядре.

Число одновременно решаемых задач выделяет однозадачные и многозадачные системы.

Возможное число одновременно работающих пользователей позволяет указать:

однопользовательские;
многопользовательские.

По количеству поддерживаемых процессоров^[17]:

однопроцессорные (uniprocessor operating systems);
многопроцессорные (multiprocessor operating systems).

По поддержке сети:

локальные (local operating systems) – автономные системы, не предназначенные для работы в компьютерной сети;
сетевые (network operating systems) – системы, имеющие компоненты, позволяющие работать с компьютерными сетями.

По роли в сетевом взаимодействии^[18]:

серверные (server operating systems) – операционные системы, предоставляющие доступ к ресурсам сети и управляющие сетевой инфраструктурой;
клиентские (client operating systems) – операционные системы, которые могут получать доступ к ресурсам сети.

2 Особенности сетевых операционных систем

2.1 Функциональные возможности сетевых операционных систем

Под сетевой операционной системой (Network Operating System, NOS) понимается совокупность программ, которые занимаются обеспечением обработки, хранением и передачи данных^[19].

Функции сетевой операционной системы сходны с функциями прикладной платформы, ею предоставляются различные виды сетевых служб и осуществляется поддержка работы прикладных процессов, которые выполняются в абонентских системах. В сетевых операционных системах применяется клиент-серверная или одноранговая архитектура. Компоненты сетевой операционной системы обычно располагаются на каждой из рабочих станций, входящих в сеть.

NOS определяется взаимосвязанная группа протоколов верхних уровней, которые обеспечивают функционирование ключевых функций сети. К таким функциям могут быть отнесены следующие^[20]: