Ильин А.А., Евсюков В.В., Ильин Р.А. Информатика

Подождите немного. Документ загружается.

–

121

–

аппаратные платформы. Обычно в состав ОС входят исполняемые и объектные

модули стандартных для данной ОС форматов, библиотеки разных типов,

модули исходного текста программ (самой ОС), программные модули

специального формата (например, загрузчик ОС, драйверы ввода-вывода),

файлы конфигурации, файлы документации, модули справочной системы и др.

Единой общепринятой архитектуры ОС не существует, но

на практике

выработаны универсальные подходы к структурированию ОС.

Наиболее общим подходом является разделение всех её модулей на две

группы:

• ядро, включающее в себя модули, выполняющие основные функции

ОС;

• модули, выполняющие вспомогательные функции. ОС.

Без ядра (при нарушении его работоспособности) ОС не сможет

выполнять ни одной из своих функций.

Модули ядра управляют процессами,

памятью, устройствами ввода-вывода и др. Они не доступны для

пользовательских приложений. Другая часть функций ядра ориентирована на

поддержку приложений, создавая для них так называемую прикладную

программную среду. Приложения обращаются к ядру с соответствующими

запросами (системными вызовами) для выполнения конкретных действий,

например, по открытию и чтению файла

, вывода данных на экран и др. Эти

функции ядра и образуют интерфейс прикладного программирования API.

Функции ядра выполняются наиболее часто (поэтому они и собраны в

ядре) и скорость их выполнения определяет производительность системы в

целом. Для обеспечения высокой скорости работы ОС все функции ядра или

большая их часть постоянно находятся в

оперативной памяти, то есть являются

резидентными.

Остальные модули ОС выполняют полезные, но менее обязательные

функцию Их можно подразделить на следующие группы:

• утилиты – программы – решающие отдельные задачи управления и

сопровождения компьютерной системы, такие, например, как программы

сжатия дисков, архивирования данных и т.п.;

• системные обрабатывающие программы – редакторы, средства

настройки оборудования

и др.;

• программы предоставления пользователю дополнительных услуг –

специальный вариант пользовательского интерфейса, калькулятор, игры и др.;

• библиотеки процедур различного назначения, упрощающие

разработку приложений, например библиотека математических функций,

функции ввода- вывода и др.

Модули ОС, выполняемые в виде утилит и системных обрабатывающих

программ, обычно загружаются в оперативную память только на

время

выполнения своих функций, поэтому их называют транзитными. Такой подход

–

122

–

позволяет более эффективно использовать оперативную память. Как и обычные

приложения, эти модули при выполнении своих функций обращаются к

функциям ядра с помощью системных вызовов.

В зависимости от того, какой виртуальный образ создаёт операционная

система, отображая реальную аппаратуру сети, различают сетевые ОС и

распределённые ОС.

Сетевая ОС предоставляет пользователю виртуальную вычислительную

систему

, которая не полностью скрывает характер распределения аппаратуры в

сети, т.е. она формирует для пользователя виртуальную сеть. При работе

пользователь должен знать, где хранятся интересующие его файлы, а при

запуске приложения - на каком компьютере оно выполняется. Для запуска

приложения на другом компьютере пользователь должен выполнить логическое

подключение к нему, либо

реализовать процедуру удалённого выполнения с

идентификацией этого компьютера. Развитие сетевых ОС предполагает

усиление степени прозрачности сетевых ресурсов с целью облегчения доступа к

ним.

В широком смысле под сетевой операционной системой понимается вся

совокупность программных средств (включая ОС отдельных компьютеров),

управляющих процессами в сети и объединенных общей архитектурой,

определенными коммуникационными протоколами и

механизмами

взаимодействия вычислительных процессов для обмена сообщениями и

совместного использования сетевых ресурсов. В узком смысле сетевая ОС

представляет собой операционную систему, установленную на отдельный

компьютер и позволяющую ему работать в составе сети.

В сетевой ОС можно выделить следующие части:

• типовые средства управления локальными (доступными для

пользователя этого компьютера) ресурсами,

традиционные для автономно

используемого компьютера:

• серверную часть ОС, обеспечивающую предоставление ресурсов

данного компьютера в общее использование для различных клиентов. Она

реализует механизмы безопасного совместного использования ресурсов (в том

числе блокировку файлов и записей), управление очередями запросов к

доступным в системе ресурсам со стороны удаленных пользователей и т.п.;

o клиентскую

часть ОС, осуществляющая передачу в сеть запросов к

удаленным ресурсам со стороны пользователей и исполняемых приложений, а

также прием результатов выполнения запросов от серверов. При этом

выполняются все необходимые преобразования с учетом принятых на сервере и

клиентской части форматов сообщений (данных);

• коммуникационные средства ОС для транспортировки сообщений в

сети,

реализующие операции адресации и буферизации сообщений, выбора

маршрута их передачи и т.п.

–

123

–

С учетом сетевой специализации компьютера в его операционной системе

может доминировать либо серверная, либо клиентская часть.

На сервер (или несколько серверов) устанавливается сетевая

операционная система (сетевая ОС), управляющая работой сети в целом и, в

частности, самим сервером; на компьютере-клиенте размещается клиентская

часть, обеспечивающая взаимодействие с сервером. Клиентская часть может

представлять

собой как часть общей сетевой ОС, поддерживающей работу

компьютера в сети, так и любую другую сетевую ОС при наличии на

компьютере драйверов для взаимодействия этих операционных систем.

Выполняющаяся на рабочей станции клиентская часть сетевой ОС отличается

от ОС для автономного компьютера тем, что она включает в себя драйвер(ы)

сетевых

адаптеров (сетевой карты, модема и т.п.), а также средства удаленного

входа на другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным файлам.

Различные виды сетевых операционных систем гарантированно

обеспечивают выполнение ряда базовых функций (при наличии

соответствующих прав доступа):

• копирование файлов между различными компьютерами;

• обработку данных (чтение, редактирование, поиск и

т.п.),

находящихся на других компьютерах;

• запуск программ, размещенных на различных компьютерах сети;

• использование распределенных по сети внешних устройств.

Для сетевых ОС актуально выполнение следующих требований:

• возможности организации территориально распределенных,

многосерверных сетей с осуществлением режима удаленного доступа;

• обеспечения высокой производительности при совместном

использовании сетевых ресурсов;

• эффективности выполнения приложений (прикладных программ),

ориентированных на технологию “клиент-сервер”;

• возможности использования ОС на различных платформах с

различным сетевым оборудованием;

• поддержки протоколов, обеспечивающих взаимодействие с сетью

Интернет

и с реализованными в ней службами (электронной почтой, WWW и

др.).

Изначально сетевые ОС строились как совокупность автономной

(локальной) ОС и находящейся над ней специализированной сетевой оболочки.

Такой подход был реализован, в частности, в сетевой ОС LAN Manager,

являющейся надстройкой над локальной ОС OS/2.

Современные сетевые ОС имеют необходимые встроенные средства для

полноценной работы

в сети. Они реализуют эффективные архитектурные

решения: переносимость на различные платформы и совместимость с

оборудованием основных производителей, поддержку многозадачности и

–

124

–

многопроцессорности; поддержку сетей с доменной иерархической

архитектурой и технологией “клиент-сервер”; обеспечение высокого уровня

надежности и отказоустойчивости; реализацию многоуровневой системы

безопасности.

С учетом современной концепции построения компьютерных сетей,

предполагающей выделение в их составе серверов и клиентских машин,

сетевые ОС одного семейства разрабатываются как совместимые

специализированные решения для установки на серверах или

на клиентских

машинах. Объединение ряда решений в одном семействе позволяет еще на

стадии проектирования реализовать возможности их эффективного

взаимодействия в рамках компьютерной сети практически любой

конфигурации.

Распределённая ОС автоматически распределяет запускаемые на

выполнение приложения по различным компьютерам системы, заставляя весь

набор компьютеров в сети работать как единый виртуальный процессор. При

этом пользователь распределённой ОС не имеет сведений о том, на каком

именно компьютере выполняется его приложение. Распределённая ОС работает

как единая операционная система в рамках всей сети. Она объединяет все

компьютеры сети с целью эффективного использования всех имеющихся

ресурсов. Подобные сети независимо от их масштаба можно однозначно

считать вычислительными сетями.

настоящее время большинство программ работает под управлением

графических пользовательских интерфейсов (GUI) типа Windows , Macintosh

или UNIX Motif, тратя на вызовы библиотек функций GUI для

манипулирования окнами до половины всего времени выполнения приложений.

Сетевые оболочки LAN Manager компании Microsoft и LAN Server

компании IBM позволяют, во-первых, выполнять на сервере любые программы,

разработанные для OS/2, MS-DOS и Windows, а, во-вторых, использовать (в

отличие от Novell NetWare) компьютер,

на котором они работали, в качестве

рабочей станции.

Распространение персональных компьютеров сделало возможным работу

на них непосредственно пользователей, не имеющих серьезной компьютерной

подготовки. Эта возможность была реализована благодаря простой,

экономичной ОС MS-DOS и ее операционной оболочке Norton Commander.

Однопрограммная однопользовательская ОС MS-DOS получила

широчайшее распространение на персональных компьютерах с процессорами

компании Intel (8088, 80286, 80386, 80486). Логичным развитием разработок

компании

Microsoft стал выпуск в 1984 году собственной операционной

оболочки Windows 3.1, обеспечивающей пользователям удобный графический

интерфейс (это был огромный шаг вперед для того периода времени). Следует

отметить, что оболочка позволила реализовать мультизадачный режим работы.

–

125

–

Для поддержки графического интерфейса был введен манипулятор мышь. При

этом Windows 3.1 не являлась самостоятельной полноценной операционной

системой, поскольку ее основным назначением была поддержка MS-DOS.

Затем появилась новая разработка компании Microsoft – операционная

оболочка Windows for Workgroups, ориентированная на организацию локальной

вычислительной сети по схеме “равный с равным”, в которой не было

необходимости использовать отдельный компьютер в качестве сервера

(как

при использовании ОС Netware). Благодаря использованию в составе Windows

for Workgroups 32-разрядных драйверов она обеспечивала высокую

производительность сетевой обработки. С учетом результатов эксплуатации

этих систем и возросших функциональных возможностей персональных

компьютеров была выпущена новая операционная система Windows 95.

Следует отметить, что компания Microsoft изначально взяла курс на создание

операционных систем для персональных компьютеров и накопленный ее

сотрудниками опыт в этой области, а также грамотное управление проектами

разработки ОС и их продвижения на рынок со своевременным учетом его

запросов, позволили компании занять доминирующее положение в области ОС

для ПК, а так же стать одним из трех основных производителей операционных

систем для компьютеров любого уровня сложности. В ОС Windows 3.1

были

встроены концептуальные решения, развиваемые в последующих версиях

операционных систем:

• мультизадачный режим работы;

• рациональное управление ресурсами компьютера с широким

использованием библиотек со стандартными процедурами, с множеством

драйверов для управления устройствами;

• графический пользовательский интерфейс, ориентированный на

одновременную работу со многими окнами на экране дисплея;

• наличие программных решений для

связывания и встраивания

объектов одной программы в другие программы. Для этого использовался

буфер обмена, представляющий собой временно выделяемую область

оперативной памяти для хранения объекта. Встроенная технология OLE

позволила использовать объекты различных типов: текст, таблицы, рисунки,

звук и др.;

• возможности использования мультимедиа, в том числе,

непосредственно в пользовательском интерфейсе;

• возможности

работы в сетевой среде. При этом Windows 3.1 могла

использоваться только на рабочей станции, а управление сетью осуществляла

другая ОС, например Netware.

В одноранговой сети каждая рабочая станция Windows 3.1.равноправна;

ее пользователь мог работать со всеми доступными ему сетевыми ресурсами:

файлами других компьютеров, принтерами, модемами и другими устройствами.

–

126

–

Любой пользователь имел возможность предоставить доступ другим членам

группы к ресурсам своей рабочей станции. Члены группы имели возможность

использования электронной почты.

Windows 95 является высокопроизводительной многозадачной 32-

разрядной операционной системой с расширенными сетевыми возможностями.

По сравнению с Windows 3.1 в ней появились новые решения: улучшен

пользовательский интерфейс (впервые появился “Рабочий стол”); реализована

технология поддержки самонастраивающейся

аппаратуры Plug and Play;

встроена сетевая поддержка, обеспечивающая возможность создания локальной

сети без необходимости использования других сетевых ОС; повышена

производительность системы; обеспечена совместимость с ранее

разработанными приложениями для MS-DOS и Windows; реализована

поддержка практически любого существующего (на тот период времени)

оборудования благодаря большому числу встроенных драйверов

В Windows 95 встроена поддержка двух типов локальных сетей: Microsoft

Network и Novell Netware. Все

стандартные сетевые операции: поиск серверов,

перемещение по сетевым ресурсам и подключение к ним, печать и др.

выполняются посредством пользовательского интерфейса аналогично работе с

локальными ресурсами. В ОС имеются средства разграничения доступа к

ресурсам, реализующие политику защиты информации.

Значительное внимание в Windows 95 уделено поддержке механизмов

взаимодействия со службами сети Интернет. Пользователь имеет

возможность

выходить в сеть Интернет как посредством модема, так и с использованием

цифровых каналов связи.

Дальнейшим развитием в этом направлении стала операционная система

Windows 98. Основные видимые изменения коснулись организации

пользовательского интерфейса. “Рабочий Стол” Windows 98 ориентирован на

полную интеграцию со средой Интернет; при этом обеспечивается

единообразное представление файлов, папок компьютера и объектов

Всемирной

Паутины (WWW). Для работы с разнотипными объектами в состав

системы введен браузер Internet Explorer. Также в операционной системе

расширены возможности управления пользовательским интерфейсом.

Внутренняя организация Windows 98 обеспечила корректную работу с новыми

устройствами: процессором Pentium II, графическим портом AGP, шиной USB,

новыми моделями системных плат, модемов и др. В состав системы среди ряда

новых утилит включена утилита конвертации (преобразования)

файловой

системы FAT16 в более производительную версию FAT32.

Параллельно с линией ОС универсального характера (Windows 95/98)

компания Microsoft в 1993 году выпустила ОС Windows NT 3.1 и Windows NT

Advanced Server 3.1. Изначально это направление разработки операционных

систем было ориентировано на быстродействующие ОС со встроенными

–

127

–

развитыми средствами работы в сети. При этом ОС могла функционировать на

различных платформах с процессорами Intel 486, Pentium, Power PC и др.

Совместное использование ОС Windows NT на рабочих станциях и Windows

Advanced Server на сервере позволяло строить локальные вычислительные сети

различного уровня сложности. В ОС Windows NT были реализованы

практически все известные (на тот период времени) архитектурные решения:

переносимость на различные

платформы, многозадачность,

многопроцессорность (при установке в компьютер нескольких процессоров),

масштабируемость, поддержка технологии “клиент-сервер”, обьектный подход

(обьект объединяет данные, атрибуты и операции их обработки),

расширяемость системы за счет добавления новых программных модулей,

совместимость с приложениями для других ОС, возможность объединения

компьютеров в доменные структуры, многоуровневая система безопасности и

др. ОС Windows NT (

популярна четвертая версия системы) включает в себя ОС

Windows NT Server, предназначенную для управления сетевыми ресурсами, и

ОС Windows NT Workstation, ориентированную на использование на рабочем

месте клиента. Windows NT Server является современной ОС, способной

выполнять функции сервера файлов (централизованное хранение коллективно

используемых файлов) и функции сервера приложений (в том числе, и сервера

службы удаленного доступа с подключением к

хостам, с осуществлением

обмена сообщениями по электронной почте, для установки СУБД и т.п.),

поддерживать доступ ко многим сетевым устройствам (принтерам накопителям

и т.п.), организовывать резервное копирование на носители информации. При

этом на клиентских компьютерах могут быть установлены различные

операционные системы, например, Windows for Workgroups, Windows 95/98,

Windows NT Workstation и др. На основе Windows NT Server могут быть

построены

как простейшие сети из нескольких ПК, так и сложные гетерогенные

системы с доменной организацией и многими тысячами пользователей. При

этом благодаря встроенному протоколу многоканальной связи PPTP (Point to

Point Tunnelling Protocol) Windows NT Server позволяет строить виртуальные

корпоративные сети посредством объединения локальных сетей через

транспортную систему сети Интернет. Кроме того, благодаря встроенным

средствам многопротокольной маршрутизации она может быть использована

для поддержки функций маршрутизатора при передаче сообщений между

сетями с различной топологией (в том числе и глобальными сетями). Windows

NT Workstation изначально разрабатывалась в качестве операционной системы

для рабочей станции в сетях, построенных на основе ОС Windows NT Server.

При этом были реализованы повышенные требования по обеспечению

надежности работы в целом, защите информации, разграничению прав

доступа. ОС Windows NT Workstation может быть использована как

невыделенный файл-сервер в небольших одноранговых сетях с возможностью

–

128

–

подключения одного удаленного пользователя.в качестве клиента. В системе

имеются средства для работы в сети Интернет и передачи сообщений в

корпоративных Интранет-сетях.

Последующее развитие ОС Windows NT и ОС Windows 98 с их

превращением в единую ОС Windows 2000 расширило возможности

масштабирования создаваемых на их основе сетей, усилило интеграцию ОС с

другими системами, приложениями, службами

, повысило надежность системы

информационной безопасности, увеличило общую производительность. В

состав Windows 2000 входят четыре операционные системы, предназначенные

для поддержки систем различного масштаба. ОС Windows 2000 Professional

явилась развитием ОС Windows NT Workstation с ориентацией на ту же область

применения. Три других ОС осуществляют поддержку многопроцессорных

серверов в различных сетевых конфигурациях. ОС Windows 2000 Server

является универсальной сетевой операционной системой, поддерживающей 4-

процессорные

серверы и ОЗУ объемом 4 Гбайта и ориентированной на

применение в небольших организациях. ОС Windows 2000 Advanced Server

позволяет создавать системы с 8-процессорными серверами при объеме ОЗУ до

8 Гбайт. Она эффективна в качестве сервера приложений при больших базах

данных, а также при организации высокопроизводительного шлюза в сети

Интернет. ОС Windows 2000 Datacenter Server способна поддерживать 32-

процессорные архитектуры при объеме

ОЗУ до 64 Гбайтб ее эффективность

проявляется при решении ресурсоемких задач.

В последнее время большую популярность завоёвывает операционная

система Windows ХР (существуют как 32-разрядная, так и 64–разрядная версии

системы). В ней появились новые функциональные возможности, такие как

распознавание голосовых команд, оптимизация ядра системы, шифрование с

открытым ключом, протокол IpV6, улучшения в медиаплейере, поддержка

стандарта беспроводной передачи Bluetooth и др. Windows ХР имеет

полностью настраиваемый интерфейс (можно сменить рисунок на “Рабочем

Столе”, шрифт подписей к иконкам, вид курсора мыши и др.). Система

оснащена интеллектуальным меню “Пуск”, предлагающим только наиболее

часто вызываемые пользователем программы. Работа с дисками CD-R и CD-RW

осуществляется так же, как с обычными дискетами (для записи необходимо

отбуксировать требуемые файлы на диск непосредственно в проводнике). В

целом семейство Windows ХР содержит следующие операционные системы:

Windows ХР Server и Windows ХР Professional - для информационных систем

корпоративного уровня, Windows ХР Home - для домашнего использования. За

небольшой период времени (с момента выхода в октябре 2001 года) к началу

2003 ОС Windows XP была установлена у 20% пользователей сети Интернет

(наиболее популярной

на этот момент оставалась ОС Windows 98 – 37%).

–

129

–

ОС UNIX – многопользовательская, мультизадачная, многопоточная

компьютерная операционная система. Изначально ОС UNIX была

ориентирована для использования компьютеров среднего класса

(мэйнфреймов) и больших рабочих станций в составе компьютерных сетей

любого уровня сложности. С увеличением возможностей персональных

компьютеров для них также были разработаны версии ОС UNIX, в частности

ОС XENIX от Microsoft.

Отличительными особенностями ОС UNIX остаются её непревзойдённые

другими операционными системами многозадачные способности, встроенные

возможности защиты и работы в сетях. Многие, ранее реализованные в UNIX

концептуальные решения, со значительной задержкой во времени

реализовывались в других ОС.

ОС UNIX состоит из нескольких компонент, основными их которых

являются ядро, оболочки и утилиты. Ядро взаимодействует с аппаратными

средствами компьютера, с одной стороны, и с

системными оболочками или

командными процессорами – с другой стороны. Помимо взаимодействия с

аппаратурой ядро выполняет следующие операции:

• выделяет память приложениям (программам);

• обрабатывает все запросы на ввод – вывод;

• распределяет время работы процессора между приложениями.

Среди множества появившихся в 90-е годы интерфейсов GUI для UNIX

наиболее популярными стали Motif и Open Windows. Оба интерфейса

представляют собой инструментарий типа X Windows. Система X Windows

сама по себе является не интерфейсом, а библиотекой графических программ,

содержащей множество графических

объектов. В целом графический

пользовательский интерфейс Motif обладает возможностями, схожими с

интерфейсом семейства ОС Windows (он и был унифицирован в связи с

конкуренцией со стороны ОС Windows NT). Следует отметить, что интерфейс

Motif не связан с какой-либо конкретной компьютерной платформой, в то

время как интерфейс Open Windows ориентирован для компьютеров на

платформе Sun Microsystems.

Сетевые возможности сделали UNIX пригодной

для широкого

применения на рынке 32-разрядных рабочих станций с поддержкой MS-DOS и

Windows.

В отличие от ОС Windows, изначально разрабатывающейся как

коммерческий продукт в рамках одной корпорации в условиях жёсткого

цейтнота, ОС UNIX развивалась различными энтузиастами во многих

университетских и исследовательских центрах (благодаря открытости её

кодов). В последние два года активизировали поддержку ОС Linux (одной

из

32-разрядных версий семейства UNIX, разработанной Линусом Торвальдсом)

такие крупные корпорации, как IBM, Hewlett-Packard, Sun Microsystems, Oracle.

–

130

–

В настоящее время ОС Linux является основной операционной системой,

поддерживающей работу сети Интернет (ОС Linux развивается с 1981 года).

Для нее характерны универсальность (возможность установки на компьютеры

различных типов), открытость (доступность программного кода ядра системы),

стабильность работы, бесплатность приобретения.

Соединение усилий компаний AT&T и Novell Inc. привело к созданию в

1992 году ОС UNIXWare, которая явилась объединением операционных

систем

UNIX и NetWare.

ОС Novell NetWare стала одной из первых коммерческих сетевых

операционных систем, предназначенных для использования в локальных

вычислительных сетях на основе персональных компьютеров, и в настоящее

время остается самой старой из широко распространенных сетевых ОС. В

период начала 1980-х в ней наиболее эффективно, по сравнению с другими ОС,

были реализованы базовые

функции по совместному использованию файлов и

принтеров. В течение ряда последующих лет NetWare не имела достойных

конкурентов в этой группе программных продуктов. В 1990-х годах NetWare не

смогла выдержать конкуренции из-за затруднений разработки независимых

приложений, особенно Интернет-приложений. NetWare по-прежнему

эксплуатируется во многих существующих сетях, обычно в комбинации с

другими сетевыми ОС

, такими как Windows NT или UNIX, но количество ее

внедрений в новые сети существенно сократилось (несмотря на некоторые,

присущие ей сильные стороны, например ее службу каталогов).

Только с явно запоздалым выходом версии NetWare 5.0 стало возможным

применение в этой ОС протоколов TCP/IP для базовых файловых служб и

служб печати. В NetWare 5.0 впервые в истории создания ОС графический

пользовательский интерфейс (в программе установки ОС) реализован на основе

языка Java. Крупномасштабная установка NetWare (даже версии 5.0) на новую

сеть или переход на NetWare с Windows или UNIX, представляется в

большинстве случаев, неблагоразумным решением. ОС NetWare 5.0 способна

поддерживать как 32–разрядные, так и 64–разрядные системы; максимальное

число устанавливаемых на сервер процессоров – 32. Семейство ОС фирмы

Novell включает версии NetWare 2.х/3.х/4.

х/5. В настоящее время наиболее

широко распространены версии NetWare 4.х.

Операционные системы различных производителей имеют множество

специфических особенностей, не позволяющих без дополнительных

специализированных программных средств осуществлять взаимодействие

между компонентами сетей с разнотипными ОС. На практике в течение

десятилетий использовались операционные системы различных

производителей (конкурируя между собой) и наибольшее распространение

смогли завоевать системы

, имеющие наиболее широкие функциональные

возможности и наиболее высокие эксплуатационные характеристики. В