Файл: Теоретические основы построения сетевых операционных систем.pdf

Введение

Сегодня существует большое количество разных типов ОС, отличающихся областями применения, аппаратными платформами и методами реализации. Естественно, это обуславливает и значительные функциональные различия этих ОС. Даже у конкретной операционной системы набор выполняемых функций зачастую определить не так просто - та функция, которая сегодня выполняется внешним по отношению к ОС компонентом, завтра может стать ее неотъемлемой частью и наоборот. Поэтому при изучении операционных систем очень важно из всего многообразия выделить те функции, которые присущи всем операционным системам как классу продуктов.

ОС компьютерной сети во многом аналогична операционной системе автономного компьютера - она также представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который обеспечивает удобство работы пользователям и программистам путем предоставления им некоторой виртуальной вычислительной системы, и реализует эффективный способ разделения ресурсов между множеством выполняемых в сети процессов.

Компьютерная сеть - это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этого набора компьютеров. Сеть могут образовывать компьютеры разных типов, которыми могут быть небольшие микропроцессоры, рабочие станции, мини-компьютеры, персональные компьютеры или суперкомпьютеры. Коммуникационная система может включать кабели, повторители, коммутаторы, маршрутизаторы и другие устройства, обеспечивающие передачу сообщений между любой парой компьютеров сети. Компьютерная сеть позволяет пользователю работать со своим компьютером как с автономным и добавляет к этому возможность доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети.

При организации сетевой работы ОС играет роль интерфейса, экранирующего от пользователя все детали низкоуровневых программно-аппаратных средств сети. Например, вместо числовых адресов компьютеров сети, таких как МАС-адрес и IP-адрес, ОС компьютерной сети позволяет пользоваться для запоминания символьными именами. В итоге в представлении пользователя сеть с ее множеством сложных и запутанных реальных деталей превращается в достаточно понятный набор разделяемых ресурсов.

Объектом исследования моей курсовой работы являются сетевые операционные системы для ЭВМ.

Целью исследования, являетсяпроведение технического обзора наиболее распространенных коммерческих и свободно распространяемых сетевых операционных систем с тем, чтобы проанализировать их возможности и определить области применения.

---

Предметом исследования, является основные характеристики и возможности современных сетевых операционных систем.

Задачи исследования:

изучить:

• основные понятия, функции, состав и принципы работы сетевых ОС;
• архитектуры современных сетевых ОС;
• особенности построения и функционирования современных сетевых ОС;
• принципы управления ресурсами в сетевой ОС;
• технические характеристики популярных сетевых ОС.

Актуальность исследования с одной стороны обусловлена необходимостью улучшения ОС для увеличения качества работы пользователя с компьютером, делая её более простой, и освобождая его от обязанностей распределять ресурсы и управлять ими. С другой стороны выбранная тема данной курсовой работыактуальна в силу каждодневного развития компьютерных технологий, а также в связи с увеличением роста локальных сетей. В настоящее время широко распространены домашние сети, сети малого офиса, сети крупных компании и т.д.

В связи с развитием компьютерных сетей развиваются и совершенствуются сетевые ОС. Практически каждый месяц выходят новые обновления для ОС, повышая стабильность и безопасность, и новые клиентские программы. Динамично развиваются информационные технологии, которые тоже являются «двигателем» развития ОС. В многообразии предлагаемых версий и платформ операционных систем необходимо правильно ориентироваться, уметь с ними работать.

Технические обзоры сетевых ОС быстро устаревают. Интернет - ресурсы также предлагают материалы чаще всего по устаревшим сетевым ОС. В основной части данной работы изложены материалы по современным сетевым операционным системам - WindiwsServer 2008, WindowsHomeServer 2011, которые являются коммерческими, а также ОС Linux, как альтернатива им.

1. Теоретические основы построения сетевых ОС

1.1 Требования, предъявляемые с сетевым ОС

Одной из основных задач любой, в том числе и сетевой, операционной системы является управление использованием ресурсов. Она должна управлять использованием ресурсов вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность (под реактивностью понимают скорость реакции) системы. Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:

---

• планирование использования ресурса, точнее, определение какому процессу, когда, в каком объеме, необходимо выделить данный ресурс;
• отслеживание состояния ресурса, то есть поддерживать набор оперативной информации о степени занятости ресурса.

Сетевая операционная система (СОС) позволяет разделять ресурсы не только локально, но и в рамках сети объединяющего сервера со своими средствами межсетевого взаимодействия. Она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств, а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным ресурсам, однако эти дополнения существенно не меняют структуру самой операционной системы. Фактически на современном уровне развития компьютерных технологий,для полноценной работы, наличие у ОСсетевых возможностей из разряда желательного перешло в разряд необходимого.

В отличие от сетевой, распределеннаяОС (РОС), реализует сетевое разделения ресурсов, моделируя единую виртуальную машину над сетью. Работая с РОС, пользователю нет необходимости знать подключена ли его машина к сети, является ли данный ресурс локальным и где на планете Земля выполняется его программа. Основное отличие сетевых ОС от распределенных - в сети взаимодействуют несколько сетевых ОС (по одной на абонента), в то время как в распределенной операционной системе есть одна операционная система, которая обслуживает сеть.

Характеристики сетевой операционной системы.

Большое разнообразие решаемых задач и типов компьютеров, используемых в вычислительных сетях, влечет за собой разнообразие ОС: для рабочих станций, для серверов сетей уровня отдела и серверов уровня предприятия в целом, к которым могут предъявляться различные требования по производительности и функциональным возможностям:

1. Поддерживающие многопроцессорность: симметричная (процессоры равномерно нагружаются кодами разных программ), асимметричная (один процессор выполняет один процесс).
2. Многозадачность: операционная система управляет ресурсами разделяемыми несколькими одновременно выполняющимися конкурирующими программами. Многозадачность можно разделить на несколько типов, в зависимости от алгоритма управления процессорным временем. Основные виды многозадачности - вытесняющая (операционная система выделяет квант времени процессу или нити, затем прерывает их выполнение и выделяет квант времени следующему процессу или нити) и кооперативная (сам процесс определяет в какой момент времени вернуть операционной системе управление, например во время ожидания ввода).
3. Многонитиевость: Позволяет распараллеливать вычисления в рамках одного процесса. С точки зрения программирования нить - информация о состоянии (контексте) процесса. Нить создается и используется таким образом, что несколько процессов (нитей) может выполняться в рамках одного кода, но с использованием разных данных об окружении (контекстах). Обычно многонитиевость используется при написании программ-серверов, которым надо взаимодействовать единым образом с заранее неизвестным числом пользователей.

---

Операционные системы еще делятся по критерию оптимизации на системы:

1. Пакетные: критерий эффективности - максимальное число решенных задач, которые поступают в ОС наборами (пакетами). ОС оптимизирует выполнение задач, а не взаимодействие с пользователем.
2. Реального времени: Отвечают на входящие данные немедленно. Критерий эффективности - гарантированное время реакции системы (скорость выполнения процессов и разделение процессорного времени) на информационный сигнал. Неспециализированные UNIX и DOS ОС не являются системами реального времени, т.к. не гарантируют одинаковое время реакции системы на входные данные.
3. Разделения времени: процессорное время равномерно распределяется между задачами, что делает работу пользователя более удобной. Критерий оптимальности - честное распределение (по потребностям) процессорного времени между разными задачами с одинаковым приоритетом на использование этого ресурса.

Большинство сетевых операционных систем можно отнести к последним двум типам.

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

Набор критериев.

Рассмотрим набор критериев, на основе которого решается, на сколько хорошо данная ОС может выполнять функции сетевой ОС. Основные требования, предъявляемые фирмами к современным сетевым ОС:

• 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
• Масштабируемость - количество ресурсов, которыми сможет управлять операционная система;
• Производительность - скорость выполнения СОС требуемого класса задач, количество одновременных обращений пользовательских процессов которое в состоянии обслужить система
• Надежность - поддержка средствами СОС средств резервирования данных, транзакций, поддержка или нахождение в составе СОС надежной файловой системы.
• Безопасность - какой уровень защиты информации поддерживает СОС, ограничения на доступ к каким ресурсам она поддерживает, какая система прав доступа поддерживается.
• Средства администрирования - какие утилиты и как помогают администрировать СОС
• Поддержка сетевых сред - поддерживает ли СОС физические устройства работающие с Ethernet, Tokenring, оптоволокном и т.п.
• 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
• Сетевая печать - сколько поддерживается средствами СОС принтеров на сервер, очередей на принтер
• 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.)
• Совместимость - насколько СОС совместима с уже имеющимися программно-аппаратными комплексами предприятия.

---

Исходя из описанных выше требований можно заключить, что хорошо спроектированная сетевая ОС должна:

• поддерживать возможность работы на многопроцессорной ЭВМ (с симметричной многопроцессорностью)
• быть многозадачной и поддерживать нити в рамках одного процесса.
• при необходимости быть многопользовательской.

В общем случае для большинства современных коммерческих сетевых ОС вопрос, какая из них лучше задавать бессмысленно - раз все выдерживают конкуренцию, значит у каждой есть какие-то достоинства. Решение о выборе сетевой ОС обычно основываются на оценке набора критериев, подобно приведенному выше, применительно к конкретной ситуации.

Структура сетевой ОС

Каждый компьютер с установленной сетевой ОС в значительной степени автономен, поэтому 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. В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

Рис.1 Структура сетевой ОС

В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей (рисунок 1):

• Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, функции планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.
• Средства предоставления собственных 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 ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.
• Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования - клиентская часть ОС. Эта часть выполняет 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.
• Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями между СОС в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

---