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

Введение

Сетевая операционная система ориентирована на работу с компьютерной сетью и служит для обеспечения доступа к ресурсам для нескольких в сети компьютеров. Это позволяет предоставлять пользователям, политикам безопасности, группам, приложениям и прочим сетевым функциям общий доступ к данным. Чаще всего сетевые операционные системы функционируют в локальной сети. Однако на сегодняшний день это определение скорее историческое, поскольку в подавляющее большинство современных операционных систем входят точно такие же функции. На сегодняшний день в мире существует огромное число разных типов операционных систем, которые различаются областями, в которых они применяются, аппаратными платформами и методами их реализации. Данный факт влечет за собой существенные отличия в функциональности операционных систем. Кроме того даже у отдельно взятой операционной системы набор функций, которые она выполняет часто не так просто определить, поскольку та функция, которая вчера выполнялась внешним компонентом, уже сегодня может быть неотъемлемой частью операционной системы; возможно и обратное. В связи с этим во время изучения операционных систем следует выделить те функции, которые являются их неотъемлемой частью, как класса продуктов.

Операционная система компьютерной сети и автономного компьютера во многом очень схожи - они являются набором связанных друг с другом программ, которые обеспечивают удобную работу пользователю посредством предоставления ему виртуальной вычислительной системы. Также они эффективно разделяют ресурсы между большим количеством выполняемых в сети процессов.

Под компьютерной сетью подразумевается набор компьютеров, которые связаны некой коммуникационной системой и обладают соответствующим программным обеспечением, которое дает пользователю возможность получать доступ к ресурсам этих компьютеров. Сеть может состоять из рабочих станции, серверов, персональные компьютеры и других элементов. В состав коммуникационной системы могут входить кабели, маршрутизаторы, повторители (репитеры от англ. repeat - повторять), коммутаторы и множество других устройства. Эти устройства обеспечивают передачу данных между узлами сети. Компьютерная сеть обеспечивает пользователю возможность доступа к ресурсам других устройств.

Операционная система выполняет роль интерфейса, который экранирует детали низкоуровневых программных и аппаратных средств сети от пользователя. В качестве примера можно привести возможность работы с удобными символьными именами устройств вместо трудных для понимания и запоминания MAC- и IP-адресов. Благодаря этому пользователь не обязан знать и разбираться во множестве сложных деталей и связей внутри сети, а может работать с простым и весьма понятным набором отдельных ресурсов. Объектом исследования данной курсовой работы являются сетевые операционные системы.

Целью исследования является проведение технического обзор коммерческих и свободно распространяемых сетевых операционных систем с целью анализа их возможностей.

Предмет исследования - основные характеристики и возможности современных сетевых операционных систем.

Задачи исследования:

• Изучить основные понятия, состав, принципы работы и функции сетевых операционных систем;
• Изучить основные архитектуры сетевых операционных систем;
• Изучить особенности построения и функционирования сетевых операционных системы;
• Изучить принципы управления ресурсами в сетевых операционных системах;
• Изучить технические характеристики сетевых операционных систем.

Обусловлена актуальность исследования несколькими факторами. Во-первых, операционные системы требуют постоянного улучшения, чтобы сделать операционную систему более понятно, простой и избавить пользователя от необходимости самостоятельно распределять и управлять ресурсами. Во-вторых, выбранная тема актуальна по причине постоянного развития и повсеместного внедрения компьютерных технологий, что в свою очередь неизбежно влечет за собой рост локальных сетей.

Развитие компьютерных сетей неизбежно влечет за собой развитие и совершенствование сетевых операционных систем. Новые обновления и приложения появляются на регулярной основе и постоянным потоком. Динамично развиваются и информационные технологии, выступающие в роли "двигателя" развития операционных систем.

В основной части курсовой работы изложены материалы по сетевым операционным системам Windows Server 2012 и Windows Server 2012 R2 (относящимся к коммерческому сектору программных продуктов), а также семейство операционных систем Linux, как альтернатива им (поскольку принадлежит к сегменту бесплатных продуктов).

1. Теоретические основы построения сетевых операционных систем

1.1 Требования, предъявляемые к сетевым операционным системам

Основополагающей задачей любой операционной системы является организация управления использованием ресурсов таким образом, чтобы обеспечить максимальную производительность и эффективность ее функционирования. В качестве критерия эффективности может выступать пропускная способность или скорость реакции (реактивность) системы. Управление ресурсами подразумевает решение двух общих и абсолютно не зависящих от типа ресурса задач:

• планирование использования ресурса, то есть определение какому процессу, в каком объеме и когда требуется выделить данный ресурс;
• отслеживание состояния ресурса, то есть поддержание в актуальном состоянии набора оперативной информации о степени занятости ресурса.

Сетевая операционная система предоставляет возможность разделять ресурсы не только локально, но также и в рамках сети, которая объединяет машины со своими средствами межсетевого взаимодействия. Она в обязательном порядке содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств, а также средства для удаленного подключения к другим компьютерам и средства, обеспечивающие доступ к удаленным ресурсам.^[1][1] Реалии сегодняшнего дня делают необходимым наличие в операционной системе наличие возможности сетевого взаимодействия для обеспечения полноценной работы пользователя. В отличии от сетевой операционной системы, распределенные ОС, реализуют сетевое разделение ресурсов, тем самым создавая единую виртуальную машину поверх сетью. Работая с распределенной операционной системой пользователь не обязан знать подключена ли его машина к сети, является ли данный ресурс локальным и где выполняется его программа. Основное отличие сетевой операционной системы от распределенной в том, что в сети взаимодействуют несколько сетевых ОС, в то время как в распределенной ОС есть одна операционная система, которая обслуживает всю сеть.^[2][2]

1.2 Набор характеристик сетевой операционной системы.

Огромное количество различных типов компьютеров, которые используются в вычислительных сетях, приводит к большому разнообразию операционных систем: для рабочих станций, для серверов сетей уровня отдела и предприятия в целом. Разумеется к ним предъявляются различные требования по производительности и их функциональным возможностям. В связи с этим им необходимо обладать определенным набором характеристик, который будет им позволять обеспечивать совместную работу различных операционных систем:

1. Поддержка многопроцессорности. Может быть симметричной, при этом процессоры равномерно нагружаются кодами разных программ и асимметричной, тогда один процессор выполняет только один процесс.

2. Многозадачность. Многозадачная операционная система управляет ресурсами, которые разделены между несколькими конкурирующими программами, которые выполняются одновременно. В зависимости от того, как реализован алгоритма управления разделением процессорного времени, многозадачность может разделяться на несколько типов. К основным видам многозадачности принято относить вытесняющую (ОС выделяет квант времени процессу или нити, а затем прерывает их выполнение и выделяет квант времени следующему процессу или нити) и кооперативную(в этом случае сам процесс определяет в какой момент времени вернуть операционной системе управление).

3. Многонитевость. Позволяет операционной системе осуществлять распараллеливание вычисления в рамках одного процесса. С точки зрения программирования нить - это информация о состоянии процесса. Нить создается и используется таким образом, что несколько процессов (нитей) могут выполняться в рамках одного кода, но при этом использовать различные данные об окружении. Как правило многонитевость используется при создании программ-серверов, поскольку им необходимо взаимодействовать единым образом с пользователями, число которых не известно заранее.^[3][3]

Операционные системы также разделяют по критериям оптимизации:

1. Пакетные. В данном случае критерием эффективности является максимальное число решенных задач, которые поступают в операционную систему наборами, которые принято называть пакетами. Операционная система нацелена на оптимизацию выполнения задач, а не взаимодействие с пользователем.

2. Реального времени. Операционная система отвечает на входящие данные немедленно. Критерием эффективности является гарантированное время реакции системы на поступивший сигнал.

3. Разделения времени. Процессорное время равномерно распределяется операционной системой между задачами, что позволяет сделать работу пользователя более удобной. Критерием оптимальности является честное распределение процессорного времени между разными задачами. При этом задачи имеют одинаковый приоритет на использование выделенного ресурса.

Большинство сетевых операционных систем можно отнести к последним двум типам.

Также сетевые операционные системы (СОС) делятся на СОС со встроенными сетевыми функциями и на оболочки с сетевыми функциями над локальными ОС.

Набор критериев.

Рассмотрим набор критериев, на основе которых рассчитывается насколько хорошо рассматриваемая операционная система может выполнять функции сетевой ОС. Основные требования, которые предъявляют к современным сетевым операционным системам:

1. Системная архитектура. Какие алгоритмы управления и какими ресурсами она поддерживает, можно ли ее запустить на многопроцессорной архитектуре и какие микропроцессорные архитектуры она поддерживает

2. Масштабируемость. Количество ресурсов, которыми сможет управлять сетевая операционная система и возможность их увеличения (наращивания);

3. Производительность. Скорость выполнения заданного класса задач, количество одновременных обращений пользовательских процессов, которое операционная система в состоянии обслужить;

4. Надежность. Поддержка средств резервирования данных, транзакций, поддержка или наличие в составе СОС надежной файловой системы.

5. Безопасность. Какой уровень защиты информации, систему прав доступа и ограничение на доступ к каким ресурсам поддерживает сетевая операционная система.

6. Средства администрирования. Какие утилиты и каким образом помогают администрировать сетевую операционную систему.

7. Поддержка сетевых сред. Поддерживает ли сетевая операционная система физические устройства, работающие с Ethernet, Tokenring, оптоволокном и т.п.

8. Поддержка стеков протоколов. На каких и скольких стеках протоколов может функционировать сетевая операционная система, а также поддержка какого программного обеспечения для работы с данными во всемирной сети Интернет присутствует.

9. Сетевая печать. Сколько принтеров и очередей печати поддерживается средствами сетевой операционной системы.

10. Приложения. Какие приложения включены в состав стандартной поставки сетевой операционной системы и какую минимальную функциональность они обеспечивают.

11. Совместимость. Насколько сетевая операционная система совместима с уже имеющимися программно-аппаратными комплексами организации.^[4][4]

Исходя из вышеописанных требований, следует вывод, что хорошо спроектированная сетевая операционная система должна:

• поддерживать возможность работы на многопроцессорной платформе;
• быть многозадачной и поддерживать нити в рамках одного процесса;
• при необходимости быть многопользовательской.

При принятии решения, какую операционную систему выбрать, как правило, отталкиваются от набора критериев и задач конкретной ситуации.

1.3 Структура сетевой операционной системы

Сетевая операционная система позволяет отдельно взятому компьютеру быть в определенной степени автономным, поэтому чаще под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих вместе с целью обмена информацией и разделения ресурсов по единым протоколам (правилам). В узком смысле сетевая операционная система - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.