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

Второе поколение - 50-е годы. Появление прообраза операционной системы - мониторные системы, реализующие систему пакетной обработки заданий. Необходимость оптимально использовать дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ [Котенко В. Н. Операционные системы. Курс лекций. – 2015.-125 сC.7]. Пакетный режим предполагает очередь программ на исполнение, причём операционная система может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.

Третье поколение - 1965-1980 г.г. Переход к интегральным схемам. IBM/360. Реализованы практически все основные концепции, присущие современным операционным системам: 

- Разделение времени и многозадачность. Разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ потребовалось уже при пакетном режиме. Эта необходимость проявилась еще острее при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями) (1960-е годы). Так как скорость ввода с клавиатуры (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном» режиме (с одним оператором) приводило к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов.[Олифер В. Г., Олифер Н. А., Симонович С. В. Сетевые операционные системы. Учебное пособие. Серия. – 2015.- 668 с- C.8]

Разделение времени позволило создать «многопользовательские» системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами. При этом часть задач (таких, как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие, как массивные вычисления) — в пакетном режиме [Котенко В. Н. Операционные системы. Курс лекций. – 2015.-125 сC.7].

- Разделение полномочий. Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, которые позволяют избежать возможности модификации исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой (содержащей ошибку или злонамеренно подготовленной) программы, а также модификации самой операционной системы прикладной программой. Эта концепция была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры с двумя режимами работы процессора — «реальным» (в котором исполняемой программе доступно всё адресное пространство компьютера) и «защищённым» (в котором доступность адресного пространства ограничена диапазоном, выделенном при запуске программы на исполнение).

- Реальный масштаб времени — синхронизация исполнения программ с внешними физическими процессами, что позволило создавать системы, одновременно обслуживающие производственные процессы и решающие другие задачи (в пакетном режиме и (или) в режиме разделения времени)[Олифер В. Г., Олифер Н. А., Симонович С. В. Сетевые операционные системы. Учебное пособие. Серия. – 2015.- 668 сC.9]. Такие операционные системы получили название «Операционные системы с планированием в реальном масштабе времени» или сокращенно ОСРВ.

- Файловые системы и структуры. Постепенная замена носителей с последовательным доступом (перфолент, перфокарт и магнитных лент) накопителями произвольного доступа (на магнитных диск).

Реализация мультипрограммирования потребовала внесения очень важных изменений в аппаратуру компьютера: привилегированный и пользовательский режимы, средства защиты областей памяти, развитой системы прерываний [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).].

Четвертое поколение - конец 70-х. Создан рабочий вариант стека протоколов TCP/IP. В 1983 году он был стандартизирован. Независимость от производителей, гибкость и эффективность, доказанные успешной работой Интернет, сделала этот стек протоколов основным стеком для большинства операционных систем.

Начало 80-х. Появление персональных компьютеров. Бурный рост локальных сетей. Поддержка сетевых функций стала необходимым условием [Таненбаум Э. С., Херберт Б. Современные операционные системы. 4-е изд. – " Издательский дом"" Питер""", 2015.- 1120 с.].

80-е годы. Приняты основные стандарты на коммуникационные технологии локальных сетей: Ethernet, Token Ring, FDDI. Это позволило обеспечить совместимость сетевых ОС на нижних уровнях.

Начало 90-х. Практически все операционные системы стали сетевыми. Появились специализированные сетевые операционные системы (например IOS, работающая в маршрутизаторах [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).])

Последнее десятилетие. Особое внимание корпоративным сетевым операционным системам, для которых характерны высокая степень масштабируемости, поддержка сетевой работы, развитые средства обеспечения безопасности, способность работать в гетерогенной среде, наличие средств централизованного администрирования [Таненбаум Э. С., Херберт Б. Современные операционные системы. 4-е изд. – " Издательский дом"" Питер""", 2015.- 1120 с.].

Итак, определив понятие операционная система, ее функции, назначение и развитие, выделим, что они являются базовыми для раскрытия определения сетевых операционных систем. Сетевые операционные системы возникли из операционных систем и унаследовали их функции и структуру. Об этом расскажем далее.

Глава 2. Сетевые операционные системы

2.1 Понятие и виды сетевых операционных систем

«Под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам – протоколам» [Котенко В. Н. Операционные системы. Курс лекций. – 2015.-125 сC. 17].

Сетевая же операционная система - это операционная система со встроенными возможностями для работы в компьютерных сетях. К таким возможностям можно отнести [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).]:

1. поддержку сетевого оборудования
2. поддержку сетевых протоколов
3. поддержку протоколов маршрутизации
4. поддержку фильтрации сетевого трафика
5. поддержку доступа к удалённым ресурсам, таким как принтеры, диски и т. п. по сети
6. поддержку сетевых протоколов авторизации
7. наличие в системе сетевых служб, позволяющих удалённым пользователям использовать ресурсы компьютера

Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. «В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети»[Олифер В. Г., Олифер Н. А., Симонович С. В. Сетевые операционные системы. Учебное пособие. Серия. – 2015.- 668 сC.10].

Главные задачи сетевой операционной системы - разделение ресурсов сети и администрирование сети. Отсюда сетевые операционные системы делят на сетевые операционные системы для серверов и сетевые операционные системы для пользователей.

Сетевые операционные системы, а следовательно, и сети делятся на два класса: одноранговые и двухранговые (Рисунок 1) в зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети [Олифер В. Г., Олифер Н. А., Симонович С. В. Сетевые операционные системы. Учебное пособие. Серия. – 2015.- 668 сC. 13]. Последние чаще называют сетями с выделенными серверами.

Рисунок 1. Одноранговые и двухранговые сетевые операционные системы [Котенко В. Н. Операционные системы. Курс лекций. – 2015.-125 с- C.17]

Компьютер играет роль сервера, когда предоставляет свои ресурсы другим пользователям сети. При этом компьютер, обращающийся к ресурсам другой машины, определяется как клиент. Таким образом, компьютер, работающий в сети, может выполнять функции либо клиента, либо сервера, либо совмещать обе эти функции .

Компьютер называется выделенным сервером, если выполнение каких-либо серверных функций является его основным назначением (например, предоставление файлов в общее пользование всем остальным пользователям сети или организация совместного использования факса, или предоставление всем пользователям сети возможности запуска на данном компьютере своих приложений). Он называется файл-сервером, факс-сервером, принт-сервером, сервером приложений и т.д в зависимости от того, какой ресурс сервера является разделяемым [Олифер В. Г., Олифер Н. А., Симонович С. В. Сетевые операционные системы. Учебное пособие. Серия. – 2015.- 668 сC.13].

На выделенных серверах желательно устанавливать операционные системы, специально оптимизированные для выполнения тех или иных серверных функций. Поэтому в сетях с выделенными серверами чаще всего используются сетевые операционные системы, в состав которых входит нескольких вариантов операционных систем, отличающихся возможностями серверных частей. К примеру, сетевая ОС Novell NetWare имеет серверный вариант, оптимизированный для работы в качестве файл-сервера, и варианты оболочек для рабочих станций с различными локальными операционными системами, причем эти оболочки выполняют исключительно функции клиента. Другим примером операционной системы, направленной на построение сети с выделенным сервером, является операционная система Windows NT [Котенко В. Н. Операционные системы. Курс лекций. – 2015.-125 с C.22]. В отличие от NetWare, оба варианта данной сетевой операционной системы - Windows NT Server (для выделенного сервера) и Windows NT Workstation (для рабочей станции) - могут поддерживать функции и клиента и сервера. Однако, серверный вариант Windows NT имеет больше возможностей для предоставления ресурсов своего компьютера другим пользователям сети, так как может выполнять более широкий набор функций, поддерживает большее количество одновременных соединений с клиентами, реализует централизованное управление сетью, имеет более развитые средства защиты.

Выделенный сервер не принято использовать в качестве компьютера для выполнения текущих задач, не связанных с его основным назначением, так как это может уменьшить производительность его работы как сервера. В связи с такими соображениями в операционной системе Novell NetWare на серверной части возможность выполнения обычных прикладных программ вообще не предусмотрена, то есть сервер не содержит клиентской части, а на рабочих станциях отсутствуют серверные компоненты. Однако в других сетевых операционных системах работа на выделенном сервере клиентской части вполне возможно. Например, под управлением Windows NT Server могут запускаться обычные программы локального пользователя, которые могут потребовать выполнения клиентских функций операционной системы при появлении запросов к ресурсам других компьютеров сети. При этом рабочие станции, на которых установлена операционная система Windows NT Workstation, могут выполнять функции невыделенного сервера [Олифер В. Г., Олифер Н. А., Симонович С. В. Сетевые операционные системы. Учебное пособие. Серия. – 2015.- 668 с- C.14].

Сети с выделенным сервером функционально не симметрична [Котенко В. Н. Операционные системы. Курс лекций. – 2015.-125 с- C.22] (несмотря на то, что все компьютеры в общем случае могут выполнять одновременно роли и сервера, и клиента): аппаратно и программно в ней реализованы два типа компьютеров - одни, в большей степени ориентированные на выполнение серверных функций и работающие под управлением специализированных серверных операционных систем, а другие - в основном выполняющие клиентские функции и работающие под управлением соответствующего этому назначению варианта операционной системы. Функциональная несимметричность, как правило, вызывает и несимметричность аппаратуры - для выделенных серверов используются более мощные компьютеры с большими объемами оперативной и внешней памяти [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 03.07.2019]. Таким образом, функциональная несимметричность в сетях с выделенным сервером сопровождается несимметричностью операционных систем (специализация ОС) и аппаратной несимметричностью (специализация компьютеров).

В одноранговых сетях все компьютеры равны в правах доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут его эксплуатировать. В таких сетях на всех компьютерах устанавливается одна и та же операционная система, которая предоставляет всем компьютерам в сети равные возможности [Олифер В. Г., Олифер Н. А., Симонович С. В. Сетевые операционные системы. Учебное пособие. Серия. – 2015.- 668 сC.14].