Файл: Сетевые операционные системы (Основные понятия).pdf

• мультипрограммирование;
• мультипроцессорная обработка;
• виртуальная память;
• возможность отладки программ на исходном языке;
• написание операционной системы на языке высокого уровня [11].

Еще одним примером системы разделения времени того периода стала система CTSS (Compatible Time Sharing System) – совместимая система разделения времени, разработанная в Массачусетском технологическом институте в 1963 году для компьютера IBM-7094. Эта система предназначалась для разработки системы разделения времени следующего поколения MULTICS (Multiplexed Information And Computing Service) [10].

Одним из главных событий в истории операционных систем является появление в 1964 году семейства компьютеров под названием System/360 фирмы IBM. Это стало первой в мире реализацией концепции семейства программно и информационно совместимых компьютеров, которые впоследствии стали стандартом для всех фирм компьютерной отрасли.

Стоит отметить, что основной формой использования ЭВМ, как в системах разделения времени, так и в системах пакетной обработки, стал многотерминальный режим. В этом случае не только оператор, но и все пользователи имели доступ к компьютеру и могли формулировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала [11].

Развитие модемных телефонных соединений позволило размещать терминалы на значительных расстояниях, в связи с чем были созданы системы удаленного ввода заданий и телеобработки данных. Так в ОС добавились модули, реализующие протоколы связи.

К тому времени в сфере распределения функций аппаратных и программных и программ произошли существенные изменения. Операционная система стала неотъемлемой частью ЭВМ. В процессорах появились режимы работы:

• привилегированный (Супервизор в OS/360);
• пользовательский (Задача в OS/360) [1].

Кроме того, системы того времени обладали мощной системой прерываний, защитой памяти, специальными регистрами для быстрого переключения программ, а также средствами поддержки виртуальной памяти и т.д.

В начале 70-х годов появились первые сетевые ОС, позволяющие не только территориально рассредоточить пользователей, как это было в системах телеобработки данных, но и организовать распределенное хранение и обработку данных между компьютерами, соединенными электрическими связями [10].

В 1974 году IBM объявила о создании собственной сетевой архитектуры SNA для своих мэйнфреймов, способной обеспечивать взаимодействие типа «терминал-терминал», «терминал-компьютер», «компьютер-компьютер». В это же время в Европе активно разрабатывалась технология построения сетей с коммутацией пакетов на базе протоколов Х.25.

К середине 70-х годов широкое распространение получили мини-компьютеры (PDP-11, Nova, HP). Их архитектура была гораздо проще за счет усечения многих функций мультипрограммных ОС. Операционные системы мини-ЭВМ были специализированными и не всегда многопользовательскими.

Еще одним важным событием в истории мини-компьютеров было создание ОС UNIX. Эта система была написана Кеном Томпсоном. UNIX была написана на языке программирования C и представляла собой усеченную однопользовательскую версию системы MULTICS. Она получила свое массовое распространение в середине 70-х годов [14].

Широкое распространение С-компиляторов сделало UNIX уникальной переносимой OC, а в силу того, что она поставлялась вместе с исходным кодом, она стала первой открытой операционной системой.

Распространение мини-компьютеров дало толчок к созданию локальных сетей. В простейших ЛВС компьютеры соединялись посредством последовательных портов [9].

Дальнейшее развитие сетевых систем тесно связано со стеком протоколов TCP/IP, принятым в 1983 году.

Еще одним важным событием в истории операционных систем стало появление в начале 80-х годов персональных компьютеров. В результате их распространения поддержка сетевых функций стала необходимым условием для ОС ПК.

Широкого распространения получила ОС раннего этапа развития персональных компьютеров - MS-DOS от компании Microsoft. Она представляла собой однопрограммную, однопользовательскую систему с интерфейсом командной строки. Большинство функций, обеспечивающих удобство работы в этой системе предоставлялось дополнительными программами – оболочкой Norton Commander, приложением PC Tools и др. [1]

Наибольшее влияние на развитие программного обеспечения ПК оказала операционная система Windows, первая версия которой была создана в 1985 году. Сетевые функции в ней также реализовались посредством сетевых оболочек и позже появились в MS-DOS версии 3.1 [9].

В это же время были выпущены сетевые продукты Microsoft – MS-NET, а позже – LAN Manager, Windows for Workgroup, а затем и Windows NT.

Отдельное внимание стоит уделить компании Novell и ее продукту NetWare. Данная операционная система сразу поставлялась со встроенными сетевыми функциями. ОС NetWare распространялась как операционная система для центрального сервера локальной сети и за счет специализации функций файл-сервера позволяла достигать высокой скорости удаленного доступа к файлам и повышенной безопасности данных. Однако данная система имела специфический программный интерфейс (API), который затруднял написание приложений [14].

В 1987 году была создана первая многозадачная ОС для ПК – OS/2, разработанная совместно компаниями Microsoft и IBM. Эта была хорошо продуманная система с виртуальной памятью, графическим интерфейсом и возможностью выполнять DOS-приложения. Кроме того, для нее были созданы сетевые оболочки LAN Manager (Microsoft) и LAN Server (IBM), которые, однако, уступали по производительности файловому серверу NetWare и потребляли больше аппаратных ресурсов, но имели важные достоинства - с их помощью на сервере можно было выполнять любые программы, разработанные для OS/2, MS-DOS и Windows, кроме того, можно было использовать компьютер, на котором они работали, в качестве рабочей станции [2].

Стоит отметить, что именно в 80-е годы были приняты основные стандарты на коммуникационные технологии для локальных сетей: в 1980 г. – Ethernet, в 1985 г. – Token Ring, в конце 80-х – FDDI (Fiber Distributed Data Interface), распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам, двойное кольцо с маркером. Это позволило обеспечить совместимость сетевых ОС на нижних уровнях, а также стандартизировать операционные системы с драйверами сетевых адаптеров.

На персональных компьютерах использовались не только специально разработанные для них ОС (MS-Dos, NetWare, OS/2), но и адаптированные ОС, в том числе и UNIX.

В 90-е годы практически все операционные системы, занимающие заметное место на рынке, стали сетевыми. Сетевые функции встраивались непосредственно в ядро ОС.

Современные ОС используют средства мультиплексирования нескольких стеков протоколов, что позволяет компьютерам поддерживать одновременную работу с разнородными серверами и клиентами.

В последнее время особое внимание уделяется корпоративным сетевым операционным системам. Это одна из наиболее важных задач в обозримом будущем. Корпоративные ОС должны хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, характерных для крупных организаций, имеющих филиалы в нескольких городах и, возможно, даже в разных странах. Корпоративная ОС должна без проблем взаимодействовать с ОС разного типа и работать на различных аппаратных платформах. Сейчас лидерами в классе корпоративных ОС являются MS Windows, UNIX и Linux-системы [9].

2. СЕТЕВЫЕ ОС

2.1. Причины возникновения

Существует несколько причины, по которым компьютеры потребовалось объединять в сети. К ним относятся:

• необходимость разделения ресурсов (не только физических, но и информационных). Если в компании имеется несколько компьютеров и периодически возникает потребность в печати какого-нибудь текста, то нет смысла в покупке принтера для каждого компьютера. Гораздо выгоднее в таком случае использовать один сетевой принтер для всех компьютеров. Аналогичная ситуация может возникать с файлами данных - нет необходимости держать одинаковые файлы на всех компьютерах, поддерживая их идентичность, если можно хранить файл на одном компьютере, обеспечив к нему сетевой доступ со всех остальных;
• возможность ускорения вычислений. В данном случае сетевое объединение компьютеров успешно конкурирует с многопроцессорными вычислительными комплексами. Многопроцессорные системы, не затрагивая по существу строение операционных систем, требуют достаточно серьезных изменений на уровне hardware, что существенно повышает их стоимость. В большинстве случаев можно добиться необходимой скорости вычислений параллельного алгоритма, за счет нескольких процессоров в рамках одного вычислительного комплекса. Подобные сетевые кластеры часто имеют преимущество перед многопроцессорными комплексами в соотношении эффективность/стоимость;
• повышение надежности работы вычислительной техники. Существуют системы, в которых отказ может быть причиной катастрофических последствий, например, в сферах атомной энергетики или космонавтики. В таких системах несколько вычислительных комплексов дублируют друг друга. В этом случае при выходе из строя основного комплекса, его работа продолжится за счет дублирующего;
• возможность использования вычислительных сетей для общения. В настоящее время электронная почта практически заменила обычную, а использование вычислительной техники для организации электронных или телефонных разговоров уверенно вытесняет обычную телефонную связь [9].

2.2. Структура

В настоящее время сетевая ОС явояется основой любой вычислительной сети. Каждый компьютер сети является автономным, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле принято понимать совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих друг с другом с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле слова сетевой ОС называется система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

В сетевой ОС отдельного компьютера можно выделить несколько элементов, представленных на рисунке 2 [10].

К средствам управления локальными ресурсами компьютера относятся:

• функции распределения оперативной памяти между процессами;
• функции планирования и диспетчеризации процессов;
• функции управления процессорами в мультипроцессорных машинах;
• функции управления периферийными устройствами;
• прочие функции управления ресурсами локальных ОС.

Серверную часть ОС реализуют средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование. Их задачи:

Рисунок 2 - Структура сетевой ОС

• обеспечение блокировки файлов и записей, что важно для их совместного использования;
• обеспечение блокировки файлов и записей, что важно для их совместного использования;
• ведение справочников имен сетевых ресурсов;
• обработка запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных;
• управление очередями запросов удаленных пользователей к периферийным устройствам [9].

За клиентскую часть отвечают средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования. Эта часть служит для распознавания и перенаправления в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей. В этом случае запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, удовлетворяющей требованиям сервера. Клиентская часть также реализует прием ответов от серверов и последующее преобразование их в локальный формат, поэтому для пользовательского приложения выполнение локальных и удаленных запросов неотличимо [11].

Коммуникационные средства ОС, посредством которых реализуется обмен сообщениями в сети обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

В зависимости от функций, которыми наделяется конкретный компьютер сети, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

На рисунке 3 представлено взаимодействие сетевых компонентов [8].

В данном случае компьютер 1 играет роль клиента, а компьютер 2 - роль сервера. Соответственно, на первом компьютере отсутствует серверная часть, а на втором - клиентская. На рисунке отдельно показан компонент клиентской части - редиректор. Он предназначен для перехвата и последующего анализа всех запросов, поступающих от приложений. Если поступает запрос к ресурсу данного компьютера, он перенаправляется соответствующей подсистеме локальной ОС. Если же это запрос к какому-либо удаленному ресурсу сети, то он переправляется дальше в сеть. При этом клиентская часть преобразует запрос из локальной формы в сетевой формат, а затем передает его транспортной подсистеме, отвечающей за доставку сообщений указанному серверу. Серверная часть операционной системы компьютера 2 принимает запрос, преобразует его и передает для выполнения своей локальной ОС. После получения результата от ОС, сервер обращается к транспортной подсистеме, направляя ответ клиенту,