Сетевая ос понятия принцип работы особенности. Сетевые операционные системы, их характеристики и критерии выбора

До сих пор в лекциях данного курса мы ограничивались рамками классических операционных систем, т. е. операционных систем, функционирующих на автономных однопроцессорных вычислительных машинах, которые к середине 80-х годов прошлого века составляли основу мирового парка вычислительной техники. Подчиняясь критериям повышения эффективности и удобства использования, вычислительные системы с этого времени, о чем мы уже упоминали в самой первой лекции, начинают бурно развиваться в двух направлениях: создание многопроцессорных компьютеров и объединение автономных систем в вычислительные сети .

Появление многопроцессорных компьютеров не оказывает существенного влияния на работу операционных систем. В многопроцессорной вычислительной системе изменяется содержание состояния исполнение . В этом состоянии может находиться не один процесс, а несколько – по числу процессоров. Соответственно изменяются и алгоритмы планирования. Наличие нескольких исполняющихся процессов требует более аккуратной реализации взаимоисключений при работе ядра. Но все эти изменения не являются изменениями идеологическими, не носят принципиального характера. Принципиальные изменения в многопроцессорных вычислительных комплексах затрагивают алгоритмический уровень, требуя разработки алгоритмов распараллеливания решения задач. Поскольку с точки зрения нашего курса многопроцессорные системы не внесли в развитие операционных систем что-либо принципиально новое, мы их рассматривать далее не будем.

По -другому обстоит дело с вычислительными сетями.

Для чего компьютеры объединяют в сети

Для чего вообще потребовалось объединять компьютеры в сети? Что привело к появлению сетей?

• Одной из главных причин стала необходимость совместного использования ресурсов (как физических, так и информационных). Если в организации имеется несколько компьютеров и эпизодически возникает потребность в печати какого-нибудь текста, то не имеет смысла покупать принтер для каждого компьютера. Гораздо выгоднее иметь один сетевой принтер для всех вычислительных машин. Аналогичная ситуация может возникать и с файлами данных. Зачем держать одинаковые файлы данных на всех компьютерах, поддерживая их когерентность, если можно хранить файл на одной машине, обеспечив к нему сетевой доступ со всех остальных?
• Второй причиной следует считать возможность ускорения вычислений. Здесь сетевые объединения машин успешно конкурируют с многопроцессорными вычислительными комплексами. Многопроцессорные системы, не затрагивая по существу строение операционных систем, требуют достаточно серьезных изменений на уровне hardware, что очень сильно повышает их стоимость. Во многих случаях можно добиться требуемой скорости вычислений параллельного алгоритма, используя не несколько процессоров внутри одного вычислительного комплекса, а несколько отдельных компьютеров, объединенных в сеть. Такие сетевые вычислительные кластеры часто имеют преимущество перед многопроцессорными комплексами в соотношении эффективность/стоимость.
• Следующая причина связана с повышением надежности работы вычислительной техники. В системах, где отказ может вызвать катастрофические последствия (атомная энергетика, космонавтика, авиация и т. д.), несколько вычислительных комплексов устанавливаются в связи, дублируя друг друга. При выходе из строя основного комплекса его работу немедленно продолжает дублирующий.
• Наконец, последней по времени появления причиной (но для многих основной по важности) стала возможность применения вычислительных сетей для общения пользователей. Электронные письма практически заменили письма обычные, а использование вычислительной техники для организации электронных или телефонных разговоров уверенно вытесняет обычную телефонную связь.

Сетевые и распределенные операционные системы

В первой лекции мы говорили, что существует два основных подхода к организации операционных систем для вычислительных комплексов, связанных в сеть , – это сетевые и распределенные операционные системы . Необходимо отметить, что терминология в этой области еще не устоялась. В одних работах все операционные системы, обеспечивающие функционирование компьютеров в сети, называются распределенными, а в других, наоборот, сетевыми. Мы придерживаемся той точки зрения, что сетевые и распределенные системы являются принципиально различными.

В сетевых операционных системах для того, чтобы задействовать ресурсы другого сетевого компьютера, пользователи должны знать о его наличии и уметь это сделать. Каждая машина в сети работает под управлением своей локальной операционной системы, отличающейся от операционной системы автономного компьютера наличием дополнительных сетевых средств (программной поддержкой для сетевых интерфейсных устройств и доступа к удаленным ресурсам), но эти дополнения существенно не меняют структуру операционной системы.

Сетевая операционная система (англ. Network operating system) – это операционная система, которая обеспечивает обработку, хранение и передачу данных в информационной сети.

Главными задачами сетевой ОС являются разделение ресурсов сети (например, дисковые пространства) и администрирование сети. Системный администратор определяет разделяемые ресурсы, задаёт пароли, определяет права доступа для каждого пользователя или группы пользователей. Отсюда сетевые ОС делят на сетевые ОС для серверов и сетевые ОС для пользователей.

Существуют специальные сетевые ОС, которым приданы функции обычных систем (например, Windows NT) и обычные ОС (Windows XP), которым приданы сетевые функции. Практически все современные ОС имеют встроенные сетевые функции.

Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети 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. Эти протоколы обеспечивают основные функции сети: адресацию объектов, функционирование служб, обеспечение безопасности данных, управление сетью. В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, сетевые операционные системы, а следовательно, и сети делятся на два класса: одноранговые и двухранговые, которые чаще называют сетями с выделенными серверами.

Если компьютер предоставляет свои ресурсы другим пользователям сети, то он играет роль сервера. При этом компьютер, обращающийся к ресурсам другой машины, является клиентом. Компьютер, работающий в сети, может выполнять функции либо клиента, либо сервера, либо совмещать обе функции.

Если выполнение серверных функций является основным назначением компьютера, то такой компьютер называется выделенным сервером. В зависимости от того, какой ресурс сервера является разделяемым, он называется файл-сервером, факс-сервером, принт-сервером, сервером приложений и т.д. 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.

На выделенных серверах желательно устанавливать ОС, специально оптимизированные для выполнения определенных серверных функций. Поэтому в подобных сетях с чаще всего используются сетевые операционные системы, в состав которых входит нескольких вариантов ОС, отличающихся возможностями серверных частей. Например, сетевая ОС Novell NetWare имеет серверный вариант, оптимизированный для работы в качестве файл-сервера.

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 использовать. В таких сетях на всех компьютерах устанавливается одна и та же ОС.

14) Архитектура ОС Windows Первые версии системы имели микроядерный дизайн, основанный на микроядре Mach, которое было разработано в университете Карнеги-Меллона. Архитектура более поздних версий системы микроядерной уже не является.

Причина заключается в постепенном преодолении основного недостатка микроядерных архитектур - дополнительных накладных расходов, связанных с передачей сообщений. По мнению специалистов Microsoft, чисто микроядерный дизайн коммерчески невыгоден, поскольку неэффективен. Поэтому большой объем системного кода, в первую очередь управление системными вызовами и экранная графика, был перемещен из адресного пространства пользователя в пространство ядра и работает в привилегированном режиме. В результате в ядре ОС Windows переплетены элементы микроядерной архитектуры и элементы монолитного ядра (комбинированная система). Сегодня микроядро ОС Windows слишком велико (более 1 Мб), чтобы носить приставку "микро". Основные компоненты ядра Windows NT располагаются в вытесняемой памяти и взаимодействуют друг с другом путем передачи сообщений, как и положено в микроядерных операционных системах. В тоже время все компоненты ядра работают в одном адресном пространстве и активно используют общие структуры данных, что свойственно операционным системам с монолитным ядром.

Высокая модульность и гибкость первых версий Windows NT позволила успешно перенести систему на такие отличные от Intel платформы, как Alpha (корпорация DEC), Power PC (IBM) и MIPS (Silicon Graphic). Более поздние версии ограничиваются поддержкой архитектуры Intel x86. Упрощенная схема архитектуры, ориентированная на выполнение Win32-приложений, показана на рис.

Управление процессами

Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами. Процесс (или по-другому, задача) - абстракция, описывающая выполняющуюся программу. Для операционной системы процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие между процессами.

Понятие процесса характеризует некоторую совокупность набора исполняющихся команд, ассоциированных с ним ресурсов (выделенная для исполнения память или адресное пространство, стеки, используемые файлы и устройства ввода-вывода и т. д.) и текущего момента его выполнения (значения регистров, программного счетчика, состояние стека и значения переменных), находящуюся под управлением операционной системы. Не существует взаимно-однозначного соответствия между процессами и программами, обрабатываемыми вычислительными системами. Как будет показано далее, в некоторых операционных системах для работы определенных программ может организовываться более одного процесса или один и тот же процесс может исполнять последовательно несколько различных программ. Более того, даже в случае обработки только одной программы в рамках одного процесса нельзя считать, что процесс представляет собой просто динамическое описание кода исполняемого файла, данных и выделенных для них ресурсов. Процесс находится под управлением операционной системы, поэтому в нем может выполняться часть кода ее ядра (не находящегося в исполняемом файле!), как в случаях, специально запланированных авторами программы (например, при использовании системных вызовов), так и в непредусмотренных ситуациях (например, при обработке внешних прерываний).

16) Планирование процессов включает в себя решение следующих задач:

Определение момента времени для смены выполняемого процесса;

Выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов;

Переключение контекстов "старого" и "нового" процессов.

Первые две задачи решаются программными средствами, а последняя в значительной степени аппаратно (см. раздел 2.3. "Средства аппаратной поддержки управления памятью и многозадачной среды в микропроцессорах Intel 80386, 80486 и Pentium").

Существует множество различных алгоритмов планирования процессов, по разному решающих вышеперечисленные задачи, преследующих различные цели и обеспечивающих различное качество мультипрограммирования. Среди этого множества алгоритмов рассмотрим подробнее две группы наиболее часто встречающихся алгоритмов: алгоритмы, основанные на квантовании, и алгоритмы, основанные на приоритетах.

В соответствии с алгоритмами, основанными на квантовании, смена активного процесса происходит, если:

процесс завершился и покинул систему,

произошла ошибка,

процесс перешел в состояние ОЖИДАНИЕ,

исчерпан квант процессорного времени, отведенный данному процессу.

Управление памятью

Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Распределению подлежит вся оперативная память, не занятая операционной системой. Обычно ОС располагается в самых младших адресах, однако может занимать и самые старшие адреса. Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти, выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов, вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.

Типы адресов

Для идентификации переменных и команд используются символьные имена (метки), виртуальные адреса и физические адреса

Символьные имена присваивает пользователь при написании программы на алгоритмическом языке или ассемблере.

Виртуальные адреса вырабатывает транслятор, переводящий программу на машинный язык. Так как во время трансляции в общем случае не известно, в какое место оперативной памяти будет загружена программа, то транслятор присваивает переменным и командам виртуальные (условные) адреса, обычно считая по умолчанию, что программа будет размещена, начиная с нулевого адреса. Совокупность виртуальных адресов процесса называется виртуальным адресным пространством. Каждый процесс имеет собственное виртуальное адресное пространство. Максимальный размер виртуального адресного пространства ограничивается разрядностью адреса, присущей данной архитектуре компьютера, и, как правило, не совпадает с объемом физической памяти, имеющимся в компьютере.

Физические адреса соответствуют номерам ячеек оперативной памяти, где в действительности расположены или будут расположены переменные и команды. Переход от виртуальных адресов к физическим может осуществляться двумя способами. В первом случае замену виртуальных адресов на физические делает специальная системная программа - перемещающий загрузчик. Перемещающий загрузчик на основании имеющихся у него исходных данных о начальном адресе физической памяти, в которую предстоит загружать программу, и информации, предоставленной транслятором об адресно-зависимых константах программы, выполняет загрузку программы, совмещая ее с заменой виртуальных адресов физическими.

Второй способ заключается в том, что программа загружается в память в неизмененном виде в виртуальных адресах, при этом операционная система фиксирует смещение действительного расположения программного кода относительно виртуального адресного пространства. Во время выполнения программы при каждом обращении к оперативной памяти выполняется преобразование виртуального адреса в физический. Второй способ является более гибким, он допускает перемещение программы во время ее выполнения, в то время как перемещающий загрузчик жестко привязывает программу к первоначально выделенному ей участку памяти. Вместе с тем использование перемещающего загрузчика уменьшает накладные расходы, так как преобразование каждого виртуального адреса происходит только один раз во время загрузки, а во втором случае - каждый раз при обращении по данному адресу.

В некоторых случаях (обычно в специализированных системах), когда заранее точно известно, в какой области оперативной памяти будет выполняться программа, транслятор выдает исполняемый код сразу в физических адресах.

Сетевой операционной системой признается ОС, которая имеет встроенные возможности для работы с компьютерными сетями. К таким своеобразным возможностям могут относиться:

• различная поддержка сетевого оборудования и ;
• настройка поддержки и фильтрации сетевого трафика,
• наличие в данной системе сетевых служб, которые позволяли бы использовать удаленным пользователям ресурсы данного компьютера.

Сетевые операционные системы - пример таких оболочек:

• Novell NetWare.
• Многие GNU/Linux системы.
• Microsoft Windows (95, NT и более поздние).
• Многие UNIX системы, такие как Solaris, FreeBSD.
• IOS; ZyNOS компании ZyXEL.

Главными задачами системных ОС являются разделение ресурсов сети (например, дисковых пространств) и ее администрирование. С помощью сетевых функций системный администратор определяет разделяемые ресурсы, задает пароли, определяет права доступа для каждого пользователя или группы пользователей.

Которых приведен выше, имеют деление на:

• сетевые ОС для серверов;
• сетевые ОС для пользователей.

Имеются особые ОС такого типа, которым даны функции типичных конструкций (Windows NT) и простые ОС (Windows XP), каковым даны сетевые функции. В настоящее время фактически всегда используемые ОС обладают интегрированными функциями.

Структура общесетевой ОС

Сетевая автооперационная концепция является базой для какой-либо вычислительной системы. Любое вычислительное устройство является самостоятельным в своей работе. Вследствие этого под сетевой ОС в современном значении подразумевается комплекс нескольких единичных ПК, взаимодействующих между собой посредством отправки друг другу информации и распределения ресурсов согласно общим законам — протоколам.

В более узком значении такие операционные системы, пример которых можно увидеть на большинстве современных устройств - это комплекс программ, установленных на компьютере, позволяющих ему функционировать в связке с другими устройствами.

Особенности

Следует особо отметить ряд элементов, благодаря которым ОС такого типа может функционировать:

• распределение временной памяти для управления процессорами в многопроцессорных устройствах;
• возможность управления удаленными компьютерами.

Другими словами, возможность предоставления своих ресурсов и информации в единое использование являются неотделимым элементом сетевой ОС. Кроме того, операционные системы, примеры которых рассматривались выше, в обязательном порядке включают в себя функции:

• блокировки файлов и записей (что является необходимым, когда устройства используют совместно);
• управления справочниками имен ресурсов сети;
• обработку запросов допуска к системе файлов и различной информации в удаленной форме;
• управления очередностями запросов удаленных юзеров к собственным устройствам.

Составные элементы

Средства запроса допуска к удаленным ресурсам и возможности их применения представляют собой клиентский элемент ОС, называемый редиректором. Данный элемент осуществляет определение и переадресацию запросов в сеть к отдаленным ресурсам от пользователей и различных приложений. В данном случае запрос исходит от приложения в локальном виде, а переходит в сеть в ином формате, соответствующем условиям сервера.

Клиентская часть, кроме того, принимает с других серверов ответы и видоизменяет их в локальные форматы. Поэтому удаленные и локальные запросы воспринимаются приложениями одинаково.

Сетевые операционные системы, пример функционирования которых описан выше, также обладают коммуникационные средствами, обеспечивающими в сети обмен информацией. Данные средства гарантируют адресацию и буферизацию поступающих уведомлений, подбор маршрута передачи в сети сообщения, безопасность передачи и т. п. Другими словами, этот элемент отвечает за транспортировку в сети информации.

Исходя из функций, имеющихся в том или ином компьютере, его ОС может не обладать серверной либо клиентской составляющей.

Примеры сетевых операционных систем первого поколения

Первые сетевые операционные системы выглядели как комплекс имеющейся локальной ОС и сетевой оболочки в виде надстройки над ней. В таком случае локальная ОС обладала минимальным количеством сетевых функций, поскольку их выполнением занималась непосредственно оболочка. Наиболее известной системой такого типа, получившей по всему миру широкое распространение, стала MS DOS. Начиная с третьего дистрибутива этой оболочки, у нее появились такие интегрированные функции, равно как блокирование записей и файлов, требуемые с целью общего допуска к файлам. Аналогичный принцип действия имеют и современные повсеместно используемые сетевые ОС - LANtastic и PersonalWare.

Современные этапы развития

Однако наиболее перспективным является способ разработки сетевых ОС, первоначально специализированных для запуска в сети. Функции таких оболочек интегрированы глубоко в их ключевые системные модули, что гарантирует их логичную слаженность, несложность эксплуатации и обновления, а также хорошую эффективность. Сегодня выделяется много ресурсов именно на то, чтобы совершенствовать такие операционные системы. Примеры программ такого типа - различные дистрибутивы Windows NT компании Microsoft.

Сетевое программное обеспечение – это программное обеспечение, позволяющее организовать работу пользователя в сети. Оно представлено общим, сетевым и специальным программным обеспечением .

Общее сетевое программное обеспечение включает в себя:

• - браузер - это программа просмотра Web-страницы. Браузер содержит следующие средства: программу для работы с электронной почтой (чтение, создание, редактирование и отправка почтовых сообщений); программу для работы с сервером новостей (подписка на группу новостей, чтение новостей, создание и пересылка сообщений), редактор текста.
• - HTML -редакторы – редакторы, предназначенные для создания Web-страниц.
• - Графические средства Web – средства, предназначенные для оптимизации графических элементов Web-страниц.
• - Машинные переводчики – программные средства, предназначенные для просмотра web-страниц на различных языках.
• - Антивирусные сетевые программы – программы предназначенные для предотвращения попадания программных вирусов на компьютер пользователя или распространения его по локальной сети фирмы.

Системное программное обеспечение включает в себя:

• - операционную систему (Network Operation System – NOS)– комплекс программ, обеспечивающих в условиях компьютерных сетей управление сетевыми ресурсами (программами, данными, устройствами, протоколами и т.д.). Операционная система сети управляет работой сети во всех ее режимах, обеспечивает реализацию запросов пользователей, координирует функционирование звеньев сети. Она имеет иерархическую структуру, соответствующую стандартной семиуровневой модели взаимодействия открытых систем.
• - сервисные программы – программы, которые расширяют возможности операционной системы, предоставляя пользователю и его программам набор дополнительных услуг;
• - систему технического обслуживания – система, которая облегчает диагностику, тестирование оборудования и поиск неисправностей в ПК.

Специальное программное обеспечение представлено прикладными программными средствами: функциональными и интегрированными пакетами прикладных программ и прикладными программами сети, библиотеками стандартных программ, а также прикладными программами, отражающими специфику предметной области пользователей при реализации своих задач.

Для управления сетью существуют специальные сетевые операционные системы , которые по своей организации можно разделить на одноранговые (Peer-To-Peer Network) и с выделенным файловым сервером (Dedicated File Server Network).

В одноранговых сетях на каждой рабочей станции сети могут быть загружены две группы модулей: модуль сервера и модуль клиента На серверах функционируют сетевые операционные системы, позволяющие совместно использовать ресурсы сервера, на клиентах – программное обеспечение доступа к сети, обеспечивающее работу с разделяемыми ресурсами.

Загрузка в оперативную память рабочей станции модулей сервера обеспечивает доступ других пользователей к ресурсам этого компьютера. А наличие модулей клиента позволяет пользователю иметь доступ к ресурсам других рабочих станций сети.

Функции модуля клиента операционных систем:

• - исполнение пользовательских приложений;
• - реализация интерфейса пользователя с сетью;
• - обеспечение соединения с сетью.

Функции модуля сервера операционных систем

• - управление учетными записями;
• - защита доступа;
• - централизованное лицензирование;
• - защита данных;
• - многозадачность и многопроцессорная обработка.

К одноранговым относятся следующие сетевые операционные системы:

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

Преимущества и недостатки одноранговых ОС

В сетях с выделенным сервером сетевая ОС инсталлируется и загружается на отдельной станции, которую называют файловым сервером (File Server). Рабочие станции имеют доступ к общим данным и другим ресурсам, хранящимся на файловом сервере.

К операционным системам, которые устанавливаются на файловом сервере, относятся следующие ОС:

• Vines 5.53 (Banyan),
• OS/2 LAN Server 4.0 Advanced (IBM),
• Windows NT Server (Microsoft),
• NetWare 5.0 (Novell).

Преимущества и недостатки ОС с выделенным сервером

Для устранения недостатков, присущих сетям рассмотренных типов, часто на одном сегменте сети устанавливают две операционные системы: одноранговую и с выделенным сервером.

В сетевой операционной системе выделяется несколько частей:

• Средства управления локальными ресурсами рабочей станции: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных операционных систем.
• Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование – серверная часть операционной системы (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 операционной системы (редиректор). 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 другой 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 операционной системы , с помощью которых происходит обмен сообщениями 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.

Сетевые операционные системы

Существует множество сетевых операционных систем, различающихся своими возможностями и условиями эксплуатации. Основными параметрами, которые учитываются при сравнении систем, являются:

• - зависимость производительности от количества рабочих станций;
• - надежность работы в сети;
• - уровень сервиса (объем и качество предоставляемых услуг, возможности разработки прикладных программ в сети, управление функционированием, удобство проведения инсталляции, настройки, профилактики и других операций;
• - защита информации от несанкционированного доступа;
• - потребление ресурсов сетевыми средствами (объем оперативной и дисковой памяти, требуемая доля производительности вычислительной системы);
• - возможности использования в сети нескольких серверов;
• - типы поддерживаемых топологий в сети, а также возможность изменения состава сети;
• - перечень поддерживаемых сетевых устройств (сетевых плат, принтеров, сканеров, модемов и т.д.);
• - наличием интерфейсов с другими сетями и Internet.

В случае сети, территориально разбросанной, неоднородной по составу аппаратных и программных средств, а также со сложными прикладными программами может оказаться необходимой среда на базе нескольких сетевых операционных систем.

Сетевые компоненты операционных систем

Ядро ОС

Ядро сетевой операционной системы (командный интерпретатор) обеспечивает функционирование пользовательского интерфейса. Среди функций ядра можно отметить:

• Управление выполнением процессов посредством их создания, завершения или приостановки и организации взаимодействия между ними.
• Планирование очередности предоставления выполняющимся процессам времени центрального процессора (диспетчеризация). Процессы работают с центральным процессором в режиме разделения времени: центральный процессор выполняет процесс, по завершении отсчитываемого ядром кванта времени процесс приостанавливается и ядро активизирует выполнение другого процесса. Позднее ядро запускает приостановленный процесс.
• Выделение выполняемому процессу оперативной памяти. Ядро операционной системы дает процессам возможность совместно использовать участки адресного пространства на определенных условиях, защищая при этом адресное пространство, выделенное процессу, от вмешательства извне. Если системе требуется свободная память, ядро освобождает память, временно выгружая процесс на внешние запоминающие устройства, которые называют устройствами выгрузки. Если ядро выгружает процессы на устройства выгрузки целиком, такая реализация системы UNIX называется системой со свопингом (подкачкой); если же на устройство выгрузки выводятся страницы памяти, такая система называется системой с замещением страниц.
• Выделение внешней памяти с целью обеспечения эффективного хранения информации и выборка данных пользователя. Именно в процессе реализации этой функции создается файловая система. Ядро выделяет внешнюю память под пользовательские файлы, мобилизует неиспользуемую память, структурирует файловую систему в форме, доступной для понимания, и защищает пользовательские файлы от несанкционированного доступа.
• Управление доступом процессов к периферийным устройствам, таким как терминалы, ленточные устройства, дисководы и сетевое оборудование.
• Ядро реализует ряд необходимых функций по обеспечению выполнения процессов пользовательского уровня, за исключением функций, которые могут быть реализованы на самом пользовательском уровне.

Характеристика основных сетевых операционных систем

Операционная система NetWare фирмы Novell ориентированна на локальную сеть ПЭВМ, совместимых с IBM PC. Эта сетевая операционная система, ядро которой загружается на файловый сервер, является самостоятельной операционной системой. На рабочих станциях загружаются модули сетевой операционной системы, которые обеспечивают взаимодействия с ее ядром и обмен сообщениями с другими рабочими станциями. При этом на рабочих станциях могут быть использованы различные базовые операционные системы. Сетевая операционная система обеспечивает работу сети любой структуры: моноканальной, кольцевой, звездообразной и т.д. В настоящее время используют несколько версий сетевой операционной системы NetWare Novell. Сеть Novell NetWare 2.2 предназначена для организации небольшой сети на базе файл-сервера с процессором 80286. Для создания крупных и надежно работающих сетей больше подходит сеть Novell NetWare 3.11 или 3.12, работающая на процессорах 80386 и выше. Версия 3.11/3.12 в отличие от 2.2 работает с выделенным файл-сервером и количество рабочих станций, подключенных к одному серверу, может достигать 250. Сеть Novell NetWare 4.1 предназначена для создания крупных сетей, состоящих из многих сегментов и содержащих несколько серверов. Количество рабочих станций в данной версии может достигать 1000.

Достоинства системы:

• - хорошо продуманные и мощные службы файлов и печати;
• - наличие средств оперативного сжатия информации на дисках;
• - мощные средства администрирования больших многопользовательских, многосерверных сетей Novell;
• - возможность создания сетей с повышенной отказоустойчивостью (пакет NetWare SFT III);
• - большое количество прикладных программ, разработанных независимыми поставщиками;
• - удобная иерархическая структура распределенного каталога.

Недостатки системы:

• - необходимость приобретения отдельного пакета NetWare SMP для организации многопроцессорной обработки;
• - отсутствие простых инструментальных средств разработки приложений;
• - слабая защита памяти при работе приложений сервера, что затрудняет отладку программ и может привести к краху системы во время ее функционирования.

Функции ОС NetWare

• поддержка коллективного использования файлов,
• обеспечение доступа к сетевым принтерам,
• предоставление средств для работы с электронной почтой,
• поддержка работы СУБД различных типов,
• обеспечение доступа к файловому серверу со стороны рабочих станций, функционирующих под управлением различных операционных систем,
• предложение средств, позволяющих объединять удаленные сегменты сети,
• обеспечение "прозрачности" доступа локальных и удаленных пользователей к ресурсам сети,
• предложение средств для надежного хранения данных,
• обеспечение защиты ресурсов сети от несанкционированного доступа,
• поддержка динамически расширяемых многосегментных томов на нескольких дисках файлового сервера,
• предоставление средств управления ресурсами корпоративных сетей: единый каталог сетевых ресурсов NDS в NetWare 4.1,
• обеспечение передачи и обработки данных с использованием разных протоколов: SPX/IPX, TCP/IP, NetBIOS, AppleTalk,
• поддержка работы суперсерверов в симметричном режиме функционирования (ОС NetWare 4.1 SMP).

Windows 95/98

Windows 95/98 - сетевая операционная система локальной одноранговой сети (число компьютеров не превышает 10). Windows 95 является 32-разрядной многозадачной и многопоточной системой с приоритетами. Операционная система предоставляет разнообразные средства для распределенной обработки данных. Она создает среду для объектно-ориентированной архитектуры, выполняет разнообразные функции, связанные с определением и изменением конфигурации внешних устройств и программного обеспечения, работающих в сети. Обеспечивается защита от отказов и безопасность данных. Windows 95 работает с любыми типами данных: текстами, звуком и изображением используется удобный упрощенный интерфейс пользователя, позволяющий работать с трехмерной графикой. Windows 95 имеет модуль, являющийся универсальным почтовым ящиком, предназначенным для хранения сообщений электронной почты, речевой почты и факсимильной связи. Обмен сообщениями внутри рабочей группы осуществляется при помощи Microsoft Mail. В рабочей группе следует выделить одну машину, оборудованную факс-модемом, в качестве почтовой.

Microsoft Windows NT WS/Server 4.0

Microsoft Windows NT WS / Server 4.0 является уникальной и мощной операционной системой.

При ее разработке преследовались следующие цели:

• - надежность,
• - производительность,
• - переносимость,
• - совместимость,
• - масштабируемость,
• - безопасность.

Windows NT идеально приспособлена для работы в качестве рабочей станции и сетевого сервера, где требуется повышенная устойчивость и высокая производительность. Windows NT является синтезом как предыдущих версий Windows, так и других операционных систем. Она может быть адаптирована под различные типы аппаратного обеспечения без полной переработки. Важной особенностью операционной системы является ее способность работать с существующими приложениями.

Достоинства системы:

• - наличие унифицированного графического интерфейса;
• - простота и удобство использования и администрирования;
• - надежность служб файлов и печати;
• - развитый интерфейс API (Application Program Interface) прикладного программирования, облегчающий процесс разработки прикладных программ;
• - возможность реализации одно- и многопроцессорной (до 32 процессоров) обработки в одном пакете;
• - поддержка различных архитектур процессоров (Intel, Alpha, MIPS и др.).

Недостатки системы:

• - слабая гибкость службы каталогов (доменная модель) по сравнению с аналогичными службами СОС NetWare и Banyan VINES 6.0;
• - сложность системы защиты при управлении доступом внутри доменов и между ними.

Windows 2000

Windows 2000 поставляется в трех вариантах

1. Windows 2000 Professional (по - старому - workstation). Высокопроизводительное рабочее место
2. Server
3. Windows 2000 Advanced Server (по - старому - Enterprise Server)

Особенности Windows 2000:

В Windows 2000 Professional расширен спектр поддерживаемых устройств, обеспечивает поддержку средств управления энергопотреблением для мобильных систем и обладает улучшенным пользовательским интерфейсом, благодаря которому она является самой простой в использовании из всех когда-либо выпущенных версий Windows.

В систему добавлены новые “мастера”: “мастер аппаратуры”, позволяющий наиболее простым способом подключать новые устройства в систему, “мастер сетевых соединений”, способствующий более быстрому конфигурированию модемов и сетевых соединений, “мастер принтера”, помогающий быстро подключить принтер.

Появилась поддержка “горячей” смены компонентов. Данную функцию по достоинству оценят владельцы ноутбуков, которые вынуждены перезагружать свои машины при подключении новых устройств.

В Windows 2000 используется новая файловая система, носящая название NTFS5. Основная отличительная черта данной файловой системы – автоматическое “фоновое” шифрование данных.

В новой системе сокращено число необходимых перезагрузок после установки новых свойств в СЕМЬ раз, это значит, что пользователю не придется перезагружаться для того, чтобы система “восприняла” новые параметры.

Добавлена новая служба быстрого поиска данных, которая позволит находить необходимые файлы с высокой скоростью, за счет индексации данных

Установлена новая политика безопасности. Такой подход делает систему очень устойчивой к различным сбоям.

Улучшена поддержка сетей. С точки зрения пользователя теперь можно будет, не вдаваясь в детали, получить доступ к сетевым ресурсам не привлекая к этому вечно занятого системного администратора

В Windows 2000 появилась новая возможность – создание сценария установки, что позволит установить систему на диски разных машин, пользуясь единым сценарием.

Сравнение сетевых операционных систем Microsoft Windows NT Server 4.0 и NetWare 5

Параметры	Microsoft Windows NT Server 4.0	NetWare 5
Цена сервера с лицензией на 5 пользователей
Поддерживаемые платформы	Alpha, Intel, MIPS
Минимальные требования к аппаратному обеспечению	ЦП 486, 16 Мбайт ОЗУ, 200 Мбайт на жестком диске	ЦП 486, 64 Мбайта ОЗУ, 500 Мбайт на жестком диске
Многопоточность/ многозадачность ОС
Общий поддерживаемый объем ОЗУ
Поддерживаемые сетевые протоколы	AppleTalk, DLC, IPX, NetBEUI, TCP/IP	AppleTalk, IPX, NetBIOS, TCP/IP, UDP
Собственная поддержка IP
Встроенные средства обмена сообщениями / электронная почта
Встроенные средства резервного копирования
Управление настольными системами	Да (через ZAK)
Служба каталога
Поддержка FTP/HTTP/LDAP	Да Да Нет
Фильтрация информации
Поддержка DNS/Dynamic DNS
	Да (только клиент)

Все современные операционные системы Microsoft - Windows NT 4.0, Windows 95, Windows 98, Windows 2000 - поддерживают так называемые профили пользователя. Профиль представляет собой набор данных, полностью описывающих текущую рабочую среду пользователя. С каждым пользователем ассоциирован собственный профиль, что позволяет ему получать при работе с системой ту конфигурацию рабочей среды, которая соответствует специфике именно его деятельности, вне зависимости от других пользователей, работающих за тем же компьютером в другое время. Администратор имеет возможность заранее сформировать пользовательский профиль и тем самым подготовить для сотрудника рабочую среду, в которой тот сможет наиболее продуктивно решать стоящие перед ним задачи. Профили могут храниться на сервере и автоматически загружаться при входе пользователя в систему. Благодаря этому, пользователь имеет одну и ту же рабочую среду на любом компьютере сети. Кроме того, в случае выхода из строя и замены рабочей станции индивидуальные настройки пользователя не будут утеряны. Эффективное использование профилей пользователя существенно снижает затраты на обучение, техническую поддержку, а также сокращает время простоя и повышает продуктивность работы пользователей.

Применение механизмов системной политики (механизм воздействия на рабочую среду пользователя, базирующийся на особенностях реализации операционных систем Microsoft и конкретных приложений) снижает расходы на сопровождение и поддержку рабочих станций и продлевает время их устойчивой работы. Таким образом, используя механизмы системной политики, администратор может ограничить возможности пользователя при работе, как с базовыми функциями системы, так и с конкретными приложениями. Это позволяет минимизировать риск непреднамеренных или несанкционированных действий пользователя, способных нарушить целостность операционной системы или приложений.

Операционная система компьютерной сети во многих отношениях подобна ОС независимого компьютера - также представляет комплекс соединенных программ, который обеспечивают удобство работы потребителям и программистам путем предоставления им некоторой виртуальной вычислительной системы, и реализует эффективный метод совместного использования ресурсов между набором исполнимой программы процессов в сети.

Компьютерная сеть - комплекс из компьютеров, соединенных коммуникационной системой и предоставленным адекватным ПО, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этого набора компьютеров. Компьютеры различных типов, которые могут быть малыми микропроцессорами, рабочими станциями, мини-ЭВМ, персональными компьютерами или суперкомпьютерами, могут сформировать сеть. Коммуникационная система может включать кабели, повторители, кнопочные формы, коммутаторы - распределители и другие устройства, обеспечивающие передачу данных между любой парой компьютеров сети Таненбаум, Э. Современные операционные системы [Текст]/ Э. Таненбаум. - 2-е изд. - СПб.: Питер, 2008. - С. 17. Компьютерная сеть позволяет потребителю работать с компьютером автономно и добавляет в него возможность доступа к информации и аппаратным ресурсам других компьютеров сети.

Первая сетевая ОС представляла собой набор существующих локальной ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки. Таким образом, в локальную ОС вставляются минимум сетевых функций, необходимых для работы сетевой оболочки, которая выполняет главную роль, функционирования сети Пример такого подхода - использование каждой машиной сети операционной системы MS DOS (который начиная с его третьей версии имел такие встроенные функции, как блокировка файлов и записей, необходимых для объединенного доступа к файлам). Принцип построения сетевых ОС в виде сетевой оболочки над локальной ОС используется и в современных ОС, таких, например, как LANtastic или Personal Ware.

В устройстве сетевой работы операционная система играет роль интерфейса, скрывающего от потребителя все подробные данные низкоуровневых средств аппаратного ПО сети. Например, вместо численных адресов компьютеров сети, такой как МАС-адрес и IP-адрес, операционная система компьютерной сети позволяет работать с именами пользователей, удобными для хранения. В результате в представлении потребителя сеть с ее набором трудных и спутанных реальных подробных данных переворачивает, чтобы очистить достаточно понятный набор разделяемых ресурсов.

В Приложении А показаны основные функциональные компоненты сетевой ОС:

Средства управления локальными ресурсами компьютера реализуют все функции ОС автономного компьютера (выделение оперативной памяти между процессами, планируя и диспетчеризируя процессом, управление процессами в многопроцессорных машинах, управление внешней памяти большого объема, интерфейса с потребителем и т.д.);

Сетевые средства, поочередно, могут быть разделены на три компонента:

Средства условия местных средств и служб в общем использовании - серверная часть ОС;

Средства запроса доступа, чтобы отдалить ресурсы и службы - клиентская часть ОС;

Механизмы ОС, которые вместе с коммуникационной системой обеспечивают передачу сообщений между сетевыми компьютерами.

Основное требование, показанное операционной системе, производительности основных функций эффективного управления этим ресурсы и поддержка удобного интерфейса для пользовательских и прикладных программ. Современный ОС, как правило, должен поддерживать обработку ПО, виртуальную память, свопинг, графический интерфейс потребителя, и также выполнить много других необходимых функций и служб. Кроме этих необходимых условий функциональной полноты не менее важные операционные требования, которые перечисляются более низкие, выдвигаются к операционным системам.

Расширяемость;

Переносимость;

Совместимость;

Надежность и отказоустойчивость;

Безопасность;

Производительность.

В сети узкого смысла ОС - операционная система отдельного компьютера, возможность, обеспечивающая для этого, чтобы разогреваться сеть.

В сетевой операционной системе отдельной машины возможно выбрать некоторые части:

Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции выделения оперативной памяти между процессами, планированиями и диспетчеризациями процессов, средствами управления процессоров в многопроцессорных тренажерах, средствами управления периферийных устройств и другими функциями рационального использования природных ресурсов локального ОС Голицына О.Л., Программное обеспечение [Текст]/О.Л. Голицына, И.И. Попов, Т.Л. Партыка. - М.: Форум, 2008. - С. 33.

Средства условия собственных ресурсов и служб в общем использовании - часть сетевой ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, который необходим для их совместного использования; руководство справочников имен сетевых ресурсов; обработка запросов удаленного доступа, чтобы иметь файловую систему и базу данных; управление очередей запросов удаленных потребителей к периферийным устройствам.

Средства запроса доступа, чтобы отдалить ресурсы и службы и их использования - клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сети запросов, чтобы отдалить ресурсы из приложений и потребителей, таким образом, запрос приходит из приложения в локальную форму, и передается в сети в другой форме, соответствующей необходимым условиям подающего. Клиентская часть также выносит получение ответов от подающих и их преобразования в локальный формат, таким образом, для производительности приложения локальных и удаленных запросов неразличимо.

Коммуникационные средства ОС, кс помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения в сетях, надежности передачи, и т.д., который является, средства перевозки сообщений.

В зависимости от функций, положенных к определенному компьютеру, в его операционной системе, могут отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

Виды сетевых ОС

Сетевая служба может быть представлена в ОС либо обеими (клиент и сервер) частями, либо только одному из них.

В первом случае операционная система названа одноранговой, не только позволяет адресоваться к ресурсам других компьютеров, но также и хранению собственные ресурсы в инструкции потребителей других компьютеров. Например, если на всех компьютерах сети устанавливаются и клиенты, и подающие файловой службы, все пользователи сети могут применить совместно файлы друг друга. Компьютеры, комбинирующие функции клиента и сервера, называются одноранговыми зонами Таненбаум Э. Компьютерные сети. - 4 изд. [Текст]/ Пер. с англ. - СПб.: Питер, 2007. - С. 190.

Операционную систему, которая избирательно содержит клиентские части сетевых служб, называют как клиент. Клиент ОС устанавливается на компьютерах, адресующихся с запросами к ресурсам других компьютеров сети. Позади таких компьютеров также назвал клиент, обыкновенные потребители работают. Обычно клиентские компьютеры принадлежат классу относительно простых устройств.

Серверная ОС касается другого типа операционных систем - ориентируется на обработку запросов от сети до ресурсов компьютера и включает в себя части серверных сетевых служб. Компьютер с серверным ОС, установленный на нем, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, называют выделенным сервером сети. За выделенным сервером, как правило, обычные пользователи не работают.

Примеры сетевых ОС:

Повторюсь, что сегодня практически все ОС являются сетевыми. Наиболее распространенные из них:

Novell NetWare

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

Различные UNIX системы, такие как Solaris, FreeBSD

Различные GNU/Linux системы

ZyNOS компании ZyXEL

Chrome OS от Google.

График использования сетевых операционных систем на предприятиях представлен в Приложении Б.