Funkce principu fungování konceptů síťového operačního systému. Síťové operační systémy, jejich vlastnosti a kritéria výběru

Doposud jsme se v přednáškách tohoto kurzu omezovali na rámec klasických operačních systémů, tedy operačních systémů pracujících na autonomních jednoprocesorových počítačích, které do poloviny 80. let minulého století tvořily základ světové počítačové flotily. . Podle kritérií zvyšující se efektivity a snadnosti použití se od této doby výpočetní systémy, které jsme již zmínili v první přednášce, začínají rychle rozvíjet dvěma směry: vytvářením víceprocesorových počítačů a integrací autonomních systémů do počítačové sítě.

Nástup víceprocesorových počítačů nemá zásadní vliv na provoz operačních systémů. Ve víceprocesorovém výpočetním systému se obsah stavu mění provedení. V tomto stavu může být ne jeden proces, ale několik, v závislosti na počtu procesorů. Podle toho se mění i plánovací algoritmy. Přítomnost několika spouštěcích procesů vyžaduje pečlivější implementaci vzájemných vyloučení během provozu jádra. Ale všechny tyto změny nejsou ideologickými změnami, nemají zásadní povahu. Zásadní změny ve víceprocesorových počítačových systémech ovlivňují algoritmickou úroveň a vyžadují vývoj algoritmů pro paralelní řešení problémů. Vzhledem k tomu, že z pohledu našeho kurzu víceprocesorové systémy nepřinesly do vývoje operačních systémů nic zásadně nového, nebudeme se jimi dále zabývat.

Jiná situace je u počítačových sítí.

Proč jsou počítače propojeny v sítích?

Proč bylo vůbec nutné propojovat počítače v síti? Co vedlo ke vzniku sítí?

• Jedním z hlavních důvodů byla potřeba sdílet zdroje (fyzické i informační). Pokud má organizace několik počítačů a občas potřebuje vytisknout nějaký text, pak nemá smysl kupovat tiskárnu pro každý počítač. Mnohem výhodnější je mít jednu síťovou tiskárnu pro všechny počítače. Podobná situace může nastat u datových souborů. Proč uchovávat stejné datové soubory na všech počítačích při zachování jejich soudržnosti, když můžete soubor uložit na jeden počítač a poskytnout k němu síťový přístup ze všech ostatních?
• Za druhý důvod je třeba považovat možnost urychlení výpočtů. Zde propojené sítě strojů úspěšně konkurují víceprocesorovým výpočetním systémům. Víceprocesorové systémy, aniž by zásadně ovlivnily strukturu operačních systémů, vyžadují poměrně závažné změny na úrovni hardwaru, což značně zvyšuje jejich cenu. V mnoha případech je možné dosáhnout požadované rychlosti výpočtů paralelním algoritmem s použitím nikoli několika procesorů v rámci jednoho počítačového komplexu, ale několika samostatných počítačů připojených k síti. Takové síťové výpočetní clustery mají často výhodu oproti multiprocesorovým komplexům v poměru efektivita/cena.
• Další důvod souvisí se zvyšováním spolehlivosti výpočetní techniky. V systémech, kde může porucha způsobit katastrofální následky (jaderná energetika, kosmonautika, letectví atd.), je v komunikaci instalováno několik počítačových systémů, které se navzájem duplikují. Pokud selže hlavní komplex, v jeho práci okamžitě pokračuje záložní.
• Konečně posledním důvodem (ale pro mnohé hlavním důvodem) byla možnost použití počítačové sítě pro uživatelskou komunikaci. E-maily prakticky nahradily běžné dopisy a běžnou telefonickou komunikaci suverénně nahrazuje využití výpočetní techniky k organizování elektronických či telefonních hovorů.

Síťové a distribuované operační systémy

V první přednášce jsme si řekli, že existují dva hlavní přístupy k organizaci operačních systémů pro počítačové systémy připojené k síti – to jsou síťové a distribuované operační systémy. Je třeba poznamenat, že terminologie v této oblasti není dosud ustálena. V některých dílech se všechny operační systémy, které zajišťují fungování počítačů v síti, nazývají distribuované, v jiných naopak síťové. Zastáváme názor, že síťové a distribuované systémy se zásadně liší.

V síťové operační systémy Aby uživatelé mohli využívat prostředky jiného síťového počítače, musí si být vědomi jeho přítomnosti a být schopni tak učinit. Každý počítač v síti provozuje svůj vlastní lokální operační systém, který se liší od operačního systému samostatného počítače přítomností dalších síťových nástrojů (softwarová podpora zařízení síťového rozhraní a přístup ke vzdáleným zdrojům), ale tyto doplňky výrazně změnit strukturu operačního systému.

Síťový operační systém je operační systém, který zajišťuje zpracování, ukládání a přenos dat v informační síti.

Hlavními úkoly síťového OS je dělení síťových zdrojů (například místa na disku) a správa sítě. Správce systému definuje sdílené prostředky, nastavuje hesla a definuje přístupová práva pro každého uživatele nebo skupinu uživatelů. Síťové operační systémy se tedy dělí na síťové operační systémy pro servery a síťové operační systémy pro uživatele.

Existují speciální síťové operační systémy, které dostávají funkce běžných systémů (například Windows NT) a běžné operační systémy (Windows XP), které dostávají síťové funkce. Téměř všechny moderní operační systémy mají vestavěné síťové funkce.

Síťový operační systém tvoří základ každé počítačové sítě. Každý počítač v síti je do značné míry autonomní, proto je síťový operační systém v širším smyslu chápán jako soubor operačních systémů jednotlivých počítačů, které vzájemně spolupracují za účelem výměny zpráv a sdílení zdrojů podle jednotných pravidel – protokolů. Tyto protokoly zajišťují základní funkce sítě: adresování objektů, fungování služeb, zajištění bezpečnosti dat a správu sítě. V úzkém smyslu je síťový OS operační systém samostatného počítače, který mu poskytuje schopnost pracovat v síti.

V závislosti na tom, jak jsou funkce distribuovány mezi počítači v síti, se síťové operační systémy, a tedy sítě, dělí do dvou tříd: peer-to-peer a two-peer, které se častěji nazývají sítě s vyhrazenými servery.

Pokud počítač poskytuje své prostředky ostatním uživatelům sítě, hraje roli serveru. V tomto případě je klientem počítač přistupující ke zdrojům jiného počítače. Počítač pracující v síti může vykonávat funkce buď klienta nebo serveru, nebo obě funkce kombinovat.

Pokud je hlavním účelem počítače provádění serverových funkcí, pak se takový počítač nazývá vyhrazený server. V závislosti na tom, který serverový prostředek je sdílen, se nazývá souborový server, faxový server, tiskový server, aplikační server atd. Není obvyklé používat dedikovaný server jako počítač k provádění rutinních úkolů, které nesouvisejí s jeho hlavním účelem, protože to může snížit výkon jeho práce jako serveru.

Na dedikované servery je vhodné instalovat OS, které jsou speciálně optimalizovány pro provádění určitých funkcí serveru. Proto se v takových sítích nejčastěji používají síťové operační systémy, které zahrnují několik možností OS, které se liší schopnostmi serverových částí. Například síťový operační systém Novell NetWare má verzi serveru, která je optimalizována pro práci jako souborový server.

V sítích typu peer-to-peer mají všechny počítače stejná přístupová práva ke zdrojům toho druhého. Každý uživatel může podle vlastního uvážení prohlásit jakýkoli prostředek na svém počítači za sdílený, poté jej mohou používat ostatní uživatelé. V takových sítích je na všech počítačích nainstalován stejný OS.

14) Architektura OS Windows První verze systému měly design mikrojádra, založený na mikrojádru Mach, který byl vyvinut na Carnegie Mellon University. Architektura pozdějších verzí systému již není mikrokernel.

Důvodem je postupné překonání hlavní nevýhody mikrokernelových architektur – dodatečné režie spojené s předáváním zpráv. Podle expertů Microsoftu je čistě mikrokernelový design komerčně nerentabilní, protože je neefektivní. Proto bylo velké množství systémového kódu, především správa systémových volání a grafika obrazovky, přesunuto z prostoru uživatelských adres do prostoru jádra a běží v privilegovaném režimu. Výsledkem je, že v jádře OS Windows se prolínají prvky mikrokernelové architektury a prvky monolitického jádra (kombinovaný systém). Dnes je mikrojádro Windows příliš velké (více než 1 MB) na to, aby neslo předponu „mikro“. Hlavní součásti jádra Windows NT jsou umístěny v preemptovatelné paměti a komunikují spolu předáváním zpráv, jak se očekává v operačních systémech s mikrojádrem. Všechny komponenty jádra přitom fungují ve stejném adresním prostoru a aktivně využívají společné datové struktury, což je typické pro operační systémy s monolitickým jádrem.

Vysoká modularita a flexibilita prvních verzí Windows NT umožnila úspěšně portovat systém na jiné platformy než Intel, jako jsou Alpha (DEC Corporation), Power PC (IBM) a MIPS (Silicon Graphic). Pozdější verze jsou omezeny na podporu architektury Intel x86. Schéma zjednodušené architektury zaměřené na běh aplikací Win32 je na Obr.

Řízení procesů

Nejdůležitější částí operačního systému, která přímo ovlivňuje fungování počítače, je subsystém řízení procesů. Proces (nebo jinými slovy úloha) je abstrakce, která popisuje běžící program. Pro operační systém je proces jednotkou práce, požadavkem na spotřebu systémových prostředků. Subsystém řízení procesů plánuje provádění procesů, to znamená, že rozděluje čas procesoru mezi několik současně existujících procesů v systému, zabývá se také vytvářením a ničením procesů, poskytuje procesům potřebné systémové prostředky a podporuje interakci mezi procesy. .

Procesní koncept charakterizuje určitou množinu prováděcích instrukcí, zdroje s ní spojené (paměťový nebo adresový prostor přidělený pro provádění, zásobníky, použité soubory a vstupně/výstupní zařízení atd.) a aktuální okamžik jeho provedení (hodnoty registru, počítadlo programu, stav zásobníku a proměnné hodnoty) řízené operačním systémem. Mezi procesy a programy zpracovávanými výpočetními systémy neexistuje žádná osobní korespondence. Jak bude ukázáno později, v některých operačních systémech může být pro spouštění určitých programů organizováno více než jeden proces, nebo může stejný proces spouštět několik různých programů za sebou. Navíc, i když je v rámci jednoho procesu zpracováván pouze jeden program, nelze předpokládat, že proces je pouze dynamickým popisem kódu spustitelného souboru, dat a zdrojů jim přidělených. Proces je pod kontrolou operačního systému, takže může spouštět část kódu svého jádra (nenachází se ve spustitelném souboru!), a to jak v případech specificky plánovaných autory programu (například při použití systémových volání), tak v nezamýšlených situacích (například při zpracování externích přerušení).

16) Plánování procesů zahrnuje řešení následujících problémů:

Určení okamžiku změny běžícího procesu;

Výběr procesu k provedení z fronty připravených procesů;

Přepínání kontextů „starých“ a „nových“ procesů.

První dva problémy jsou řešeny softwarově a poslední z velké části hardwarově (viz část 2.3. „Hardwarová podpora pro správu paměti a prostředí multitaskingu v mikroprocesorech Intel 80386, 80486 a Pentium“).

Existuje mnoho různých algoritmů plánování procesů, které řeší výše uvedené problémy různými způsoby, sledují různé cíle a poskytují různou kvalitu multiprogramování. Z této sady algoritmů se podívejme blíže na dvě skupiny nejběžnějších algoritmů: algoritmy založené na kvantizaci a algoritmy založené na prioritách.

Podle algoritmů založených na kvantizaci dochází ke změně aktivního procesu, pokud:

proces skončil a opustil systém,

došlo k chybě

proces vstoupil do stavu WAITING,

Čas procesoru přidělený tomuto procesu byl vyčerpán.

Správa paměti

Paměť je kritický zdroj, který vyžaduje pečlivou správu víceprogramovým operačním systémem. Veškerá RAM neobsazená operačním systémem podléhá distribuci. Operační systém se obvykle nachází na nejnižších adresách, ale může také obsazovat adresy nejvyšší. Funkce operačního systému pro správu paměti jsou: monitorování volné a použité paměti, přidělování paměti procesům a uvolnění paměti, když procesy skončí, vysunutí procesů z RAM na disk, když hlavní paměť není dost velká na to, aby pojala všechny procesy, a jejich vrácení do RAM, když se v něm uvolní místo a také nastavení adres programu do konkrétní oblasti fyzické paměti.

Typy adres

K identifikaci proměnných a příkazů se používají symbolická jména (návěsky), virtuální adresy a fyzické adresy

Symbolická jména jsou přidělována uživatelem při psaní programu v algoritmickém jazyce nebo v assembleru.

Virtuální adresy jsou generovány překladačem, který překládá program do strojového jazyka. Vzhledem k tomu, že během překladu, v obecném případě, není známo, kde bude program načten do RAM, překladač přiřadí virtuální (podmíněné) adresy proměnným a příkazům, obvykle za předpokladu, že program bude umístěn od adresy nula. Kolekce virtuálních adres procesu se nazývá virtuální adresní prostor. Každý proces má svůj vlastní virtuální adresní prostor. Maximální velikost virtuálního adresového prostoru je omezena velikostí adresního bitu vlastní dané architektuře počítače a zpravidla se neshoduje s množstvím fyzické paměti dostupné v počítači.

Fyzické adresy odpovídají počtu buněk RAM, kde jsou nebo budou umístěny proměnné a příkazy. Přechod z virtuálních adres na fyzické lze provést dvěma způsoby. V prvním případě výměnu virtuálních adres za fyzické provádí speciální systémový program - pohyblivý bootloader. Pohyblivý zavaděč na základě počátečních dat, která má o počáteční adrese fyzické paměti, do které má být program nahrán, a informací poskytnutých překladačem o adresově závislých konstantách programu načte program, přičemž kombinuje to s výměnou virtuálních adres za fyzické.

Druhý způsob spočívá v tom, že se program nahraje do paměti nezměněn ve virtuálních adresách, zatímco operační systém zaznamená offset skutečného umístění programového kódu vzhledem k virtuálnímu adresnímu prostoru. Během provádění programu se při každém přístupu k paměti RAM převede virtuální adresa na fyzickou adresu. Druhá metoda je flexibilnější, umožňuje přesun programu během jeho provádění, zatímco pohyblivý zavaděč pevně váže program k oblasti paměti, která mu byla původně přidělena. Použití pohyblivého zavaděče však snižuje režii, protože každá virtuální adresa je přeložena pouze jednou při spouštění a ve druhém případě pokaždé, když je daná adresa zpřístupněna.

V některých případech (obvykle ve specializovaných systémech), kdy je předem přesně známo, ve které oblasti paměti RAM bude program spuštěn, překladač vytvoří spustitelný kód okamžitě na fyzických adresách.

Síťový operační systém je operační systém, který má vestavěné schopnosti pro práci s počítačovými sítěmi. Tyto jedinečné příležitosti mohou zahrnovat:

• různá podpora pro síťová zařízení a;
• nastavení podpory a filtrování síťového provozu,
• přítomnost v tomto systému síťových služeb, které by umožnily vzdáleným uživatelům využívat prostředky tohoto počítače.

Síťové operační systémy jsou příkladem takových shellů:

• Novell NetWare.
• Mnoho systémů GNU/Linux.
• Microsoft Windows (95, NT a novější).
• Mnoho UNIXových systémů jako Solaris, FreeBSD.
• IOS; ZyNOS od ZyXEL.

Hlavními úkoly systémových operačních systémů je dělení síťových prostředků (například diskových prostorů) a jejich správa. Pomocí síťových funkcí určuje správce systému sdílené prostředky, nastavuje hesla a určuje přístupová práva pro každého uživatele nebo skupinu uživatelů.

Které jsou uvedeny výše, se dělí na:

• síťový operační systém pro servery;
• síťový OS pro uživatele.

Existují speciální operační systémy tohoto typu, které mají funkce typického provedení (Windows NT) a jednoduché operační systémy (Windows XP), které mají funkce sítě. V dnešní době prakticky všechny používané operační systémy mají integrované funkce.

Struktura OS v celé síti

Koncept automatického provozu sítě je základem každého výpočetního systému. Každé výpočetní zařízení je ve svém provozu nezávislé. V důsledku toho síťový OS v moderním slova smyslu znamená komplex několika jednotlivých počítačů, které spolu vzájemně komunikují prostřednictvím zasílání informací a distribuce zdrojů v souladu s obecnými zákony - protokoly.

V užším slova smyslu jsou takové operační systémy, jejichž příklad lze vidět na většině moderních zařízení, souborem programů nainstalovaných v počítači, které umožňují jeho fungování ve spojení s jinými zařízeními.

Zvláštnosti

Stojí za to zdůraznit řadu prvků, díky kterým může OS tohoto typu fungovat:

• přidělení dočasné paměti pro správu procesorů ve víceprocesorových zařízeních;
• schopnost ovládat vzdálené počítače.

Jinými slovy, schopnost poskytovat své zdroje a informace pro běžné použití je nedílnou součástí síťového OS. Kromě toho operační systémy, jejichž příklady byly diskutovány výše, nutně zahrnují následující funkce:

• zamykání souborů a záznamů (což je nezbytné při sdílení zařízení);
• Správa adresářů názvů síťových prostředků;
• zpracování žádostí o přístup do systému souborů a různých informací ve vzdálené podobě;
• správa front požadavků od vzdálených uživatelů na jejich vlastní zařízení.

Komponenty

Prostředkem pro vyžádání přístupu ke vzdáleným zdrojům a možnosti jejich použití je klientský prvek OS, zvaný přesměrovač. Tento prvek detekuje a předává požadavky do sítě vzdáleným zdrojům od uživatelů a různých aplikací. V tomto případě požadavek pochází z aplikace v lokální podobě a jde do sítě v jiném formátu, který splňuje podmínky serveru.

Klientská část navíc přijímá odpovědi z jiných serverů a upravuje je do lokálních formátů. Vzdálené a místní požadavky jsou proto aplikacemi zpracovávány stejně.

Síťové operační systémy, jejichž příklad fungování je popsán výše, mají také komunikační nástroje, které zajišťují výměnu informací v síti. Tyto nástroje zaručují adresování a ukládání do vyrovnávací paměti příchozích notifikací, výběr trasy přenosu zpráv v síti, zabezpečení přenosu atd. Jinými slovy, tento prvek je zodpovědný za přenos informací v síti.

Na základě funkcí dostupných v konkrétním počítači nemusí mít jeho operační systém serverovou nebo klientskou komponentu.

Příklady síťových operačních systémů první generace

První síťové operační systémy vypadaly jako komplex existujícího lokálního OS a síťového shellu v podobě nadstavby nad ním. V tomto případě měl místní OS minimální počet síťových funkcí, protože je prováděl přímo shell. Nejznámějším systémem tohoto typu, který se rozšířil po celém světě, je MS DOS. Od třetí distribuce tohoto shellu má integrované funkce, jako je zamykání záznamů a souborů potřebné pro účely obecného přístupu k souborům. Podobný princip fungování mají i moderní běžně používané síťové operační systémy – LANtastic a PersonalWare.

Moderní fáze vývoje

Nejslibnějším způsobem je však vývoj síťových operačních systémů, zpočátku specializovaných pro provoz v síti. Funkce těchto skořepin jsou hluboce integrovány do jejich klíčových systémových modulů, což zaručuje jejich logickou koherenci, snadnou obsluhu a aktualizaci a dobrou efektivitu. Dnes je mnoho zdrojů přiděleno speciálně na vylepšení těchto operačních systémů. Příklady programů tohoto typu jsou různé distribuce Windows NT od společnosti Microsoft.

Síťový software – Jedná se o software, který vám umožňuje organizovat práci uživatele v síti. Představuje jej obecný, síťový a speciální software.

Obecný síťový software zabezpečení zahrnuje:

• - prohlížeč - toto je prohlížeč webových stránek . Prohlížeč obsahuje následující nástroje: program pro práci s e-mailem (čtení, vytváření, úprava a odesílání e-mailových zpráv); program pro práci s news serverem (přihlášení k odběru diskusní skupiny, čtení novinek, vytváření a přeposílání zpráv), textový editor.
• - HTML-redakce– editory určené k vytváření webových stránek.
• - Webová grafika– nástroje určené k optimalizaci grafických prvků webových stránek.
• - Strojové překladače– software určený pro prohlížení webových stránek v různých jazycích.
• - Antivirové síťové programy– programy určené k zabránění pronikání softwarových virů do počítače uživatele nebo jeho šíření po místní síti společnosti.

Systémový software zahrnuje:

• - operační systém(Network Operation System - NOS) je soubor programů, které zajišťují správu síťových zdrojů (programy, data, zařízení, protokoly atd.) v počítačových sítích. Síťový operační systém řídí provoz sítě ve všech jejích režimech, zajišťuje realizaci uživatelských požadavků a koordinuje fungování síťových spojů. Má hierarchickou strukturu odpovídající standardnímu sedmiúrovňovému modelu interakce otevřených systémů.
• - servisní programy– programy, které rozšiřují možnosti operačního systému a poskytují uživateli a jeho programům sadu doplňkových služeb;
• - systém údržby– systém, který usnadňuje diagnostiku, testování zařízení a odstraňování problémů na PC.

Speciální software je reprezentován aplikovaným softwarem: funkčními a integrovanými aplikačními softwarovými balíky a síťovými aplikačními programy, knihovnami standardních programů, ale i aplikačními programy, které reflektují specifika předmětové oblasti uživatele při realizaci jeho úkolů.

Pro správu sítě existují speciální síťové operační systémy, které lze podle jejich organizace rozdělit na peer-to-peer(Síť Peer-To-Peer) a s vyhrazeným souborem server (Dedicated File Server Network).

V sítích peer-to-peer lze na každou síťovou pracovní stanici načíst dvě skupiny modulů: serverový modul a klientský modul Servery provozují síťové operační systémy, které umožňují sdílení serverových prostředků, a klienti používají software pro přístup k síti, který jim umožňuje pracovat se sdílenými prostředky.

Načtení modulů serveru do paměti RAM pracovní stanice poskytuje ostatním uživatelům přístup ke zdrojům tohoto počítače. A přítomnost klientských modulů umožňuje uživateli mít přístup ke zdrojům jiných pracovních stanic v síti.

Funkce klientského modulu operačního systému:

• - provádění uživatelských aplikací;
• - implementace uživatelského rozhraní se sítí;
• - zajištění připojení k síti.

Funkce modulu serveru operačního systému

• - vedení účtu;
• - ochrana přístupu;
• - centralizované udělování licencí;
• - ochrana údajů;
• - multitasking a multiprocessing.

Následující síťové operační systémy jsou považovány za peer-to-peer:

• NetWare Lite, osobní NetWare (Novell),
• Windows For Workgroups (Microsoft),
• LANtastic (Artisoft).

Výhody a nevýhody peer-to-peer operačních systémů

V sítích s dedikovaným serverem se síťový OS nainstaluje a nahraje na samostatnou stanici, která se nazývá souborový server(Souborový server). Pracovní stanice mají přístup ke sdíleným datům a dalším prostředkům uloženým na souborovém serveru.

Operační systémy nainstalované na souborovém serveru zahrnují následující OS:

• Vines 5,53 (banyan),
• OS/2 LAN Server 4.0 Advanced (IBM),
• Windows NT Server (Microsoft),
• NetWare 5.0 (Novell).

Výhody a nevýhody OS s dedikovaným serverem

Aby se odstranily nedostatky, které jsou vlastní sítím uvažovaných typů, jsou na jednom segmentu sítě často instalovány dva operační systémy: peer-to-peer a s vyhrazeným serverem.

Síťový operační systém má několik částí:

• Nástroje pro správu zdrojů místní pracovní stanice: funkce pro distribuci RAM mezi procesy, plánování a odbavování procesů, správa procesorů ve víceprocesorových strojích, správa periferních zařízení a další funkce pro správu zdrojů lokálních operačních systémů.
• Prostředky poskytování vlastních zdrojů a služeb pro veřejnou potřebu– serverová část operačního systému (server). Tyto nástroje zajišťují například zamykání souborů a záznamů, které je nezbytné pro jejich sdílení; Udržování adresářů názvů síťových zdrojů; zpracování požadavků na vzdálený přístup k vlastnímu souborovému systému a databázi; správa front požadavků od vzdálených uživatelů na jejich periferní zařízení.
• Prostředky pro vyžádání přístupu ke vzdáleným zdrojům a službám a jejich používání– klientská část operačního systému (přesměrovač). Tato část rozpoznává a předává požadavky na vzdálené zdroje z aplikací a uživatelů do sítě, kde požadavek přichází z aplikace v lokální podobě a je přenášen do sítě v jiné formě, která vyhovuje požadavkům serveru. Klientská část také přijímá odpovědi ze serverů a převádí je do lokálního formátu, takže aplikace je k nerozeznání od provádění lokálních a vzdálených požadavků.
• Komunikace operačního systému, s jehož pomocí dochází k výměně zpráv v síti. Tato část zajišťuje adresování a ukládání zpráv do vyrovnávací paměti, výběr cesty pro přenos zpráv po síti, spolehlivost přenosu atd., jedná se tedy o prostředek pro přenos zpráv.

Síťové operační systémy

Existuje mnoho síťových operačních systémů, které se liší svými schopnostmi a provozními podmínkami. Hlavní parametry, které se berou v úvahu při porovnávání systémů, jsou:

• - závislost produktivity na počtu pracovních stanic;
• - spolehlivost provozu sítě;
• - úroveň služeb (objem a kvalita poskytovaných služeb, schopnost vyvíjet aplikační programy v síti, řízení provozu, snadnost instalace, konfigurace, údržby a dalších operací;
• - ochrana informací před neoprávněným přístupem;
• - spotřeba zdrojů síťovými nástroji (objem RAM a diskové paměti, požadovaný podíl výkonu výpočetního systému);
• - možnost použití několika serverů v síti;
• - typy podporovaných topologií v síti a také možnost měnit složení sítě;
• - seznam podporovaných síťových zařízení (síťové karty, tiskárny, skenery, modemy atd.);
• - přítomnost rozhraní s jinými sítěmi a internetem.

V případě sítě, která je geograficky rozptýlená, heterogenní z hlediska hardwaru a softwaru, stejně jako se složitými aplikačními programy, může být nezbytné prostředí založené na několika síťových operačních systémech.

Síťové komponenty operačních systémů

jádro OS

Síťové jádro operačního systému (interpret příkazů) poskytuje uživatelské rozhraní. Mezi funkce jádra patří:

• Řízení provádění procesů jejich vytvářením, ukončováním nebo pozastavením a organizováním interakcí mezi nimi.
• Plánování pořadí, ve kterém běžící procesy dostávají čas CPU (plánování). Procesy pracují s centrálním procesorem v režimu sdílení času: centrální procesor provede proces, po dokončení časového úseku počítaného jádrem je proces pozastaven a jádro aktivuje provádění dalšího procesu. Později jádro spustí pozastavený proces.
• Přidělení paměti RAM běžícímu procesu. Jádro operačního systému umožňuje procesům sdílet části adresního prostoru za určitých podmínek a zároveň chrání adresní prostor přidělený procesu před vnější interferencí. Pokud systém vyžaduje volnou paměť, jádro uvolní paměť dočasným odložením procesu na externí úložná zařízení nazývaná swap zařízení. Pokud jádro uvolní celé procesy, aby uvolnilo zařízení, tato implementace systému UNIX se nazývá swap systém; pokud jsou stránky paměti vydávány na vykládací zařízení, nazývá se takový systém systém náhrady stránek.
• Přidělení externí paměti pro zajištění efektivního ukládání informací a získávání uživatelských dat. Právě během implementace této funkce je vytvořen souborový systém. Jádro alokuje externí paměť pro uživatelské soubory, mobilizuje nevyužitou paměť, strukturuje souborový systém ve formě, která je srozumitelná, a chrání uživatelské soubory před neoprávněným přístupem.
• Řídit procesní přístup k periferním zařízením, jako jsou terminály, pásková zařízení, diskové jednotky a síťová zařízení.
• Jádro implementuje řadu nezbytných funkcí pro podporu provádění procesů na uživatelské úrovni, s výjimkou funkcí, které lze implementovat na samotné uživatelské úrovni.

Charakteristika hlavních síťových operačních systémů

operační systém NetWare Novell se zaměřuje na lokální síť PC kompatibilních s IBM PC. Tento síťový operační systém, jehož jádro je nahráno na souborový server, je operačním systémem sám o sobě. Pracovní stanice načítají moduly síťového operačního systému, které zajišťují interakci s jeho jádrem a výměnu zpráv s jinými pracovními stanicemi. Zároveň lze na pracovních stanicích používat různé základní operační systémy. Síťový operační systém zajišťuje provoz sítě libovolné struktury: jednokanálové, kruhové, hvězdicové atd. V současné době se používá několik verzí síťového operačního systému NetWare Novell. Síť Novell NetWare 2.2 je určena pro organizaci malé sítě založené na souborovém serveru s procesorem 80286 Pro vytváření velkých a spolehlivých sítí je vhodnější síť Novell NetWare 3.11 nebo 3.12 běžící na procesorech 80386 a vyšších. Verze 3.11/3.12 na rozdíl od 2.2 pracuje s dedikovaným souborovým serverem a počet pracovních stanic připojených k jednomu serveru může dosáhnout 250. Síť Novell NetWare 4.1 je navržena pro vytváření velkých sítí skládajících se z mnoha segmentů a obsahujících několik serverů. Počet pracovních stanic v této verzi může dosáhnout 1000.

Výhody systému:

• - dobře navržené a výkonné souborové a tiskové služby;
• - dostupnost prostředků provozní komprese informací na discích;
• - výkonné nástroje pro správu velkých sítí Novell pro více uživatelů a serverů;
• - schopnost vytvářet sítě se zvýšenou odolností proti chybám (balíček NetWare SFT III);
• - velké množství aplikačních programů vyvinutých nezávislými dodavateli;
• - pohodlná hierarchická struktura distribuovaného adresáře.

Nevýhody systému:

• - potřeba zakoupit samostatný NetWare SMP balíček pro organizaci multiprocesingu;
• - nedostatek jednoduchých nástrojů pro vývoj aplikací;
• - špatná ochrana paměti při spouštění serverových aplikací, což ztěžuje ladění programů a může vést k pádu systému během jeho provozu.

Vlastnosti OS NetWare

• podpora sdílení souborů,
• poskytování přístupu k síťovým tiskárnám,
• poskytování nástrojů pro práci s e-mailem,
• podpora různých typů DBMS,
• poskytování přístupu k souborovému serveru z pracovních stanic s různými operačními systémy,
• nabízí nástroje, které umožňují připojení vzdálených segmentů sítě,
• zajištění „transparentnosti“ přístupu místních a vzdálených uživatelů k síťovým zdrojům,
• nabízet prostředky pro bezpečné ukládání dat,
• zajištění ochrany síťových zdrojů před neoprávněným přístupem,
• podpora dynamického rozšiřování vícesegmentových svazků na více discích souborového serveru,
• poskytování nástrojů pro správu podnikových síťových zdrojů: jednotný adresář síťových zdrojů NDS v NetWare 4.1,
• zajištění přenosu a zpracování dat pomocí různých protokolů: SPX/IPX, TCP/IP, NetBIOS, AppleTalk,
• podpora provozu superserverů v symetrickém režimu provozu (NetWare 4.1 SMP OS).

Windows 95/98

Windows 95/98- síťový operační systém lokální sítě peer-to-peer (počet počítačů nepřesahuje 10). Windows 95 je 32bitový multitasking a vícevláknový systém s prioritami. Operační systém poskytuje řadu nástrojů pro distribuované zpracování dat. Vytváří prostředí pro objektově orientovanou architekturu a provádí řadu funkcí souvisejících s definováním a změnou konfigurace externích zařízení a softwaru běžícího v síti. Je zajištěna ochrana proti selhání a bezpečnost dat. Windows 95 pracuje s libovolným typem dat: textem, zvukem a obrazem, používá pohodlné, zjednodušené uživatelské rozhraní, které umožňuje pracovat s trojrozměrnou grafikou. Windows 95 má modul, který je univerzální poštovní schránkou určenou k ukládání e-mailů, hlasové pošty a faxových zpráv. Zasílání zpráv v rámci pracovní skupiny se provádí pomocí Microsoft Mail. V pracovní skupině byste měli přidělit jeden stroj vybavený faxmodemem jako poštovní stroj.

Microsoft Windows NT WS/Server 4.0

MicrosoftWindows NTW.S./ Server 4.0 je jedinečný a výkonný operační systém.

Během jeho vývoje byly sledovány následující cíle:

• - spolehlivost,
• - produktivita,
• - přenosnost,
• - kompatibilita,
• - škálovatelnost,
• - bezpečnost.

Windows NT se ideálně hodí pro práci jako pracovní stanice a síťový server, kde je vyžadována zvýšená stabilita a vysoký výkon. Windows NT je syntézou obou předchozích verzí Windows a dalších operačních systémů. Lze jej přizpůsobit různým typům hardwaru bez úplného přepracování. Důležitou vlastností operačního systému je jeho schopnost pracovat s existujícími aplikacemi.

Výhody systému:

• - dostupnost jednotného grafického rozhraní;
• - jednoduchost a snadnost použití a správy;
• - spolehlivost spisových a tiskových služeb;
• - vyvinuté rozhraní API (Application Program Interface) pro programování aplikací, usnadňující proces vývoje aplikačních programů;
• - schopnost implementovat jedno- a víceprocesorové (až 32 procesorů) zpracování v jednom balíčku;
• - podpora různých architektur procesorů (Intel, Alpha, MIPS atd.).

Nevýhody systému:

• - špatná flexibilita adresářové služby (doménový model) ve srovnání s podobnými COS službami NetWare a Banyan VINES 6.0;
• - složitost bezpečnostního systému při řízení přístupu v rámci a mezi doménami.

Windows 2000

Windows 2000 se dodává ve třech variantách

1. Windows 2000 Professional (Podle- starý- pracovní stanice).Vysoce produktivní pracoviště
2. Server
3. Windows 2000 Advanced Server (Podle- starý- Enterprise Server)

ZvláštnostiWindows 2000:

Windows 2000 Professional zahrnuje rozšířenou podporu zařízení, podporu správy napájení mobilních zařízení a vylepšené uživatelské rozhraní, které z něj dělá nejsnáze použitelnou verzi systému Windows, která kdy byla vydána.

Do systému byli přidáni noví „průvodci“: „Průvodce hardwarem“, který vám umožní připojovat nová zařízení k systému nejjednodušším způsobem, „Průvodce síťovým připojením“, který vám pomůže rychle nakonfigurovat modemy a síťová připojení, „Průvodce tiskárnou “, který vám pomůže rychle připojit tiskárnu.

Nyní existuje podpora pro výměnu komponent za provozu. Tuto funkci ocení majitelé notebooků, kteří jsou nuceni své stroje při připojování nových zařízení restartovat.

Windows 2000 používá nový souborový systém nazvaný NTFS5. Hlavním rozlišovacím znakem tohoto souborového systému je automatické šifrování dat „na pozadí“.

Nový systém snížil počet požadovaných restartů po instalaci nových vlastností SEDMkrát, což znamená, že uživatel nebude muset restartovat, aby systém „přijal“ nové parametry.

Přibyla nová služba rychlého vyhledávání dat, která vám umožní najít potřebné soubory vysokou rychlostí pomocí indexování dat

Byla stanovena nová bezpečnostní politika. Díky tomuto přístupu je systém velmi odolný vůči různým poruchám.

Vylepšená podpora sítě. Z pohledu uživatele bude nyní možné, aniž bychom zacházeli do podrobností, získat přístup k síťovým zdrojům bez zapojení stále zaneprázdněného správce systému.

Windows 2000 má novou funkci - vytvoření instalačního skriptu, který vám umožní nainstalovat systém na disky různých strojů pomocí jediného skriptu.

Srovnání síťových operačních systémů Microsoft Windows NT Server 4.0 a NetWare 5

Možnosti	Microsoft Windows NT Server 4.0	NetWare 5
Cena serveru s licencí pro 5 uživatelů
Podporované platformy	Alpha, Intel, MIPS
Minimální hardwarové požadavky	486 CPU, 16 MB RAM, 200 MB HDD	486 CPU, 64 MB RAM, 500 MB HDD
OS multithreading/multitasking
Celková podporovaná RAM
Podporované síťové protokoly	AppleTalk, DLC, IPX, NetBEUI, TCP/IP	AppleTalk, IPX, NetBIOS, TCP/IP, UDP
Nativní podpora IP
Vestavěné zasílání zpráv/e-mail
Vestavěné nástroje pro zálohování
Správa desktopu	Ano (přes ZAK)
Adresářová služba
Podpora FTP/HTTP/LDAP	Ano Ano Ne
Filtrování informací
Podpora DNS/Dynamic DNS
	Ano (pouze klient)

Všechny moderní operační systémy Microsoft - Windows NT 4.0, Windows 95, Windows 98, Windows 2000 - podporují tzv. uživatelské profily. Profil je soubor dat, který plně popisuje aktuální pracovní prostředí uživatele. Každý uživatel je spojen se svým vlastním profilem, který mu umožňuje přijímat při práci se systémem konfiguraci pracovního prostředí, která odpovídá specifikům jeho činnosti, bez ohledu na ostatní uživatele pracující na stejném počítači jindy. Administrátor má možnost si předem vytvořit uživatelský profil a připravit tak pro zaměstnance pracovní prostředí, ve kterém může nejproduktivněji řešit úkoly, které před ním stojí. Profily mohou být uloženy na serveru a automaticky načteny, když se uživatel přihlásí. Díky tomu má uživatel stejné pracovní prostředí na jakémkoli počítači v síti. Navíc v případě poruchy a výměny pracovní stanice nedojde ke ztrátě individuálních nastavení uživatele. Efektivní využívání uživatelských profilů výrazně snižuje náklady na školení, technickou podporu, prostoje a zvyšuje produktivitu uživatelů.

Využití mechanismů systémové politiky (mechanismus ovlivňování pracovního prostředí uživatele, založený na implementačních vlastnostech operačních systémů Microsoft a konkrétních aplikací) snižuje náklady na údržbu a podporu pracovních stanic a prodlužuje dobu jejich stabilního provozu. Pomocí mechanismů systémových zásad tak může administrátor omezit možnosti uživatele při práci jak se základními funkcemi systému, tak se specifickými aplikacemi. To pomáhá minimalizovat riziko neúmyslných nebo neoprávněných akcí uživatele, které by mohly ohrozit integritu operačního systému nebo aplikací.

Operační systém počítačové sítě je v mnoha ohledech podobný samostatnému počítačovému OS – představuje také sadu vzájemně propojených programů, které spotřebitelům a programátorům poskytují pohodlnou zkušenost tím, že jim poskytují nějaký druh virtuálního výpočetního systému, a implementují efektivní způsob sdílení zdrojů mezi sadou spustitelných programových procesů v síti.

Počítačová síť je soubor počítačů propojených komunikačním systémem a vybavených odpovídajícím softwarem, který umožňuje uživatelům sítě přístup ke zdrojům této sady počítačů. Počítače různých typů, kterými mohou být malé mikroprocesory, pracovní stanice, minipočítače, osobní počítače nebo superpočítače, mohou tvořit síť. Komunikační systém může zahrnovat kabely, opakovače, tlačítkové formuláře, rozvaděče - rozvaděče a další zařízení, která zajišťují přenos dat mezi libovolným párem počítačů v síti Tanenbaum, E. Moderní operační systémy [Text] / E. Tanenbaum. - 2. vyd. - St. Petersburg: Peter, 2008. - S. 17. Počítačová síť umožňuje spotřebiteli pracovat s počítačem autonomně a přidává k němu možnost přístupu k informacím a hardwarovým prostředkům jiných počítačů v síti.

První síťový OS byl soubor existujících lokálních OS a nad ním postavený síťový shell. Do lokálního OS jsou tedy vloženy minimální síťové funkce nutné pro provoz síťového shellu, který hraje hlavní roli, fungování sítě. Příkladem tohoto přístupu je použití operačního systému MS DOS každým síťový stroj (který měl od své třetí verze vestavěné funkce, jako je blokování souborů a záznamů potřebných pro jednotný přístup k souborům). Princip konstrukce síťových operačních systémů ve formě síťového shellu nad lokálním operačním systémem je využíván i v moderních operačních systémech, jako je LANtastic nebo Personal Ware.

V sítích hraje operační systém roli rozhraní, které před spotřebitelem skrývá všechna podrobná data nízkoúrovňového síťového hardwaru. Například namísto číselných adres síťových počítačů, jako je MAC adresa a IP adresa, operační systém počítačové sítě umožňuje pracovat s uživatelskými jmény, která jsou vhodná pro ukládání. V důsledku toho je z pohledu spotřebitele síť se svou složitou a spletitou sadou podrobných dat z reálného světa invertována, aby se vyčistila celkem srozumitelná sada sdílených zdrojů.

Příloha A ukazuje hlavní funkční součásti síťového OS:

Nástroje pro správu lokálních počítačových zdrojů implementují všechny funkce OS samostatného počítače (přidělování RAM mezi procesy, plánování a odesílání procesu, správa procesů ve víceprocesorových strojích, správa velké externí paměti, rozhraní se spotřebitelem atd.) ;

Síťová zařízení lze postupně rozdělit do tří složek:

Nástroje podmínky místních nástrojů a služeb obecně - serverová část OS;

Prostředky žádosti o přístup k odstranění prostředků a služeb - klientská část OS;

Mechanismy OS, které spolu s komunikačním systémem zajišťují přenos zpráv mezi zasíťovanými počítači.

Hlavním požadavkem na operační systém je výkon základních funkcí efektivní správy těchto zdrojů a podpora uživatelsky přívětivého rozhraní pro uživatelské a aplikační programy. Moderní OS obvykle musí podporovat softwarové zpracování, virtuální paměť, swapování, grafické uživatelské rozhraní a mnoho dalších nezbytných funkcí a služeb. Kromě těchto nezbytných podmínek funkční úplnosti jsou na operační systémy kladeny neméně důležité provozní požadavky, které jsou uvedeny níže.

Rozšiřitelnost;

Přenosnost;

Kompatibilita;

Spolehlivost a odolnost proti poruchám;

Bezpečnost;

Výkon.

V úzkém smyslu sítě je OS operačním systémem samostatného počítače, což je schopnost, která umožňuje zahřát síť.

V síťovém operačním systému jednotlivého stroje je možné vybrat některé části:

Nástroje pro správu lokálních počítačových zdrojů: funkce alokace RAM mezi procesy, plánování a dispečerské procesy, prostředky správy procesorů v multiprocesorových simulátorech, prostředky správy periferních zařízení a další funkce racionálního využívání přírodních zdrojů místního OS Golitsyna O.L., Software [ Text]/ O.L. Golitsyna, I.I. Popov, T.L. Partyka. - M.: Fórum, 2008. - S. 33.

Prostředek pro poskytování vlastních zdrojů a služeb v běžném užívání je součástí síťového OS (serveru). Tyto nástroje zajišťují například zamykání souborů a záznamů, které je nezbytné pro jejich sdílení; průvodce adresářem názvů síťových prostředků; zpracování žádostí o vzdálený přístup k vytvoření souborového systému a databáze; správa front požadavků od vzdálených spotřebitelů na periferní zařízení.

Prostředky vyžádání přístupu k odstranění zdrojů a služeb a jejich použití - klientská část OS (přesměrovač). Tato část provádí rozpoznávání a přesměrování požadavků v síti na odstranění zdrojů z aplikací a spotřebitelů tak, aby požadavek přišel z aplikace v lokální podobě a byl přenesen do sítě v jiné formě, která splňuje potřebné podmínky zadavatele. Klientská strana se také stará o přijímání odpovědí od zadavatelů a jejich převod do lokálního formátu, takže lokální a vzdálené požadavky jsou pro výkon aplikace nerozeznatelné.

Komunikační prostředky OS, pomocí kterých dochází k výměně zpráv v síti. Tato část zajišťuje adresování a ukládání zpráv do vyrovnávací paměti, výběr cesty přenosu zpráv v sítích, spolehlivost přenosu atd., což je prostředek pro přenos zpráv.

V závislosti na funkcích přiřazených konkrétnímu počítači může jeho operační systém postrádat buď klientskou nebo serverovou část.

Typy síťových operačních systémů

Síťová služba může být v OS zastoupena buď oběma (klientská a serverová) část, nebo pouze jednou z nich.

V prvním případě se operační systém nazývá peer-to-peer, umožňuje nejen přístup ke zdrojům jiných počítačů, ale také ukládání vlastních zdrojů do pokynů spotřebitelů jiných počítačů. Pokud mají například všechny počítače v síti nainstalované klienty souborové služby i servery, mohou všichni uživatelé v síti vzájemně sdílet své soubory. Počítače, které kombinují funkce klienta a serveru, se nazývají peer-to-peer zóny Tanenbaum E. Počítačové sítě. - 4. vyd. [Text]/Přel. z angličtiny - Petrohrad: Petr, 2007. - S. 190.

Operační systém, který selektivně obsahuje klientské části síťových služeb, se nazývá klient. Klient OS je nainstalován na počítačích, které zadávají požadavky na zdroje jiných počítačů v síti. Za takovými počítači nazývanými také klient pracují běžní spotřebitelé. Klientské počítače obvykle patří do třídy relativně jednoduchých zařízení.

Server OS se týká jiného typu operačního systému - zaměřuje se na zpracování požadavků ze sítě na počítačové zdroje a zahrnuje části serverových síťových služeb. Počítač s nainstalovaným serverovým OS, který se výhradně zabývá obsluhou požadavků z jiných počítačů, se nazývá vyhrazený síťový server. Běžní uživatelé zpravidla nepracují za dedikovaným serverem.

Příklady síťových OS:

Opakuji, že dnes jsou téměř všechny operační systémy síťové. Nejběžnější jsou:

Novell NetWare

Microsoft Windows (95, NT, XP, Vista, Seven)

Různé UNIXové systémy jako Solaris, FreeBSD

Různé systémy GNU/Linux

ZyNOS od ZyXEL

Chrome OS od společnosti Google.

Harmonogram používání síťových operačních systémů v podnicích je uveden v příloze B.