9. Открытость и безопасность операционных систем.

Принцип открытости

? Открытая операционная система доступна для анализа как пользователям, так и системным специалистам, обслуживающим вычислительную систему. Необходимо, чтобы можно было легко внести дополнения и изменения, если это потребуется, не нарушая целостности системы.

? Этот принцип иногда трактуют как расширяемость системы.

? К открытым операционным системам прежде всего следует отнести UNIX-системы.

Принцип обеспечения безопасности вычислений

? Правила безопасности определяют свойства:

- защита ресурсов одного пользователя от других,

- установление квот по ресурсам для предотвращения захвата одним пользователем всех системных ресурсов. ? Для обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа чаще всего используется механизм учетных записей. Он предполагает проведение аутентификации и aвторизации пользователя.

? Во многих современных операционных системах гарантируется степень безопасности данных, соответствующая уровню С2 в системе стандартов США.

? Основы стандартов в области безопасности были заложены «Критериями оценки надежных компьютерных систем» (Оранжевая Книга).

? Иерархия уровней безопасности, приведенная в Оранжевой Книге, помечает низший уровень безопасности как D, а высший – как А:

? В класс D попадают системы, оценка которых выявила их несоответствие требованиям всех других классов.

? Основные свойства С-систем: наличие подсистемы учета событий, связанных с безопасностью, и избирательный контроль доступа.

? Системы уровня В основаны на помеченных данных и распределении пользователей по категориям, то есть реализуют мандатный контроль доступа.

? Уровень А требует в дополнение ко всем требованиям уровня В выполнения доказательства соответствия системы требованиям безопасности.

Семейство операционных систем UNIX

Проект системы UNIX (Uniplex Information and Computing Services) был создан сотрудниками лаборатории Bell Labs фирмы AT&T К.Томпсоном и Д. Ритчи более 20 лет назад. Разработанная ими ОС была реализована на ассемблере. Изначально сотрудник Bell Labs Б. Керниган назвал эту систему «UNICS». Однако скоро ее стали называть сокращенно «UNIX».

В 1973 г. Д. Ритчи разработал язык программирования высокого уровня С (Си), и скоро ОС UNIX заново переписали на этом языке. После публикации Д. Ритчи и К. Томпсона в 1974 г. в журнале САСМ систему UNIX стали применять повсеместно.

Главной проблемой ОС семейства UNIX является несовместимость различных версий. Попытки стандартизации версий UNIX закончились неудачей, так как наибольшее распространение получили две несовместимые версии этой системы: линия фирмыАТ&Т –UNIX System V и линия университета Berkeley – UNIX BSD. Многие фирмы, основываясь на этих версиях, разработали свои варианты UNIX: SunO• и Solaris фирмы Sun Microsystems, AIX фирмы IBM, UnixWare фирмы Novell и др.

Одна из последних версий UNIX System V Release 4 собрала в себе лучшие черты линий UNIX System V и UNIX BSD, но данная разновидность системы является незавершенной, так как в ней отсутствуют системные утилиты, необходимые для успешного использования ОС.

Общими чертами для любой ОС UNIX считаются:

1) многопользовательский режим со способом защиты данных от несанкционированного доступа;

2) реализация мультипрограммной обработки в режиме разделения времени, которая основана на применении алгоритмов вытесняющей многозадачности; повышение уровня мультипрограммирования;

3) унификация операций ввода-вывода на базе расширенного использования понятия «файл»;

4) иерархическая файловая система, которая образует единое дерево каталогов независимо от числа физических устройств, используемых для размещения файлов;

5) переносимость системы, которая осуществляется за счет написания ее основной части на языке С;

6) разнообразные средства взаимодействия процессов, например через сеть;

7) кэширование диска с целью уменьшения среднего времени доступа к файлам.

 

Операционная система Linux и FreeBSD

  Все операционные системы, которые базируются на Linux-ядре, можно отнести к категории, т.н. UNIX-подобных "OS". Наиболее правильное называние для таких систем, будет -GNU\Linux. По отдельности, всевозможные виды "ОС", созданных на базовой основе Linux-ядра, имеют общепринятое название - дистрибутив. Общее количество современных дистрибутивов Линукс, исчисляется трехзначным числом, по одной из формулировок, это более ста видов, по другой, около шестисот, точно ответить трудно. Не смотря на то, что все дистрибутивы - это есть Linux, всем им назначаются свои индивидуальные имена. Например, к GNU\Linux-дистрибутивам относятся: PCLinuxOS; Mandriva; Debian; Fedora; Ubuntu; CentOS и т.д., список просто огромнейший. Кроме того, каждый такой дистрибутив имеет собственный цикл развития, а соответственно, им присваиваются номера версий, по мере их усовершенствования, например: CentOS 5.0; CentOS 5.5; CentOS 6.0 и т.д.

  Далее, для более полного представления, приведена небольшая схема, дающая понимание для всей структуры развития и возникновения GNU\Linux, а ниже, некоторые разъяснения, соответствующие размещенному порядку в схеме, из которых складывается весь аспект, сопутствующий этому развитию.

OS UNIX

  Почему так часто мы встречаем это название UNIX? Что вообще такое UNIX и почему разговаривая о Linux, всегда упоминают UNIX? Дело в том, что именно UNIX является родоначальником unix-подобных операционных систем в целом и благодаря ему был создан, как бы основной метод разработок и функциональности этих "OS". На сегодняшний день, абсолютных UNIX-систем не существует, хотя когда-то, она была уникальная и единственная. Все системы, которые ныне имеют хоть какое-то отношение к UNIX, принято называть Unix-подобными, в том числе и Линукс, о котором мы собственно и ведем весь наш разговор.

  Истоки зарождения UNIX, датируются далеким тысяча девятьсот шестьдесят девятым годом, а место всех происходящих событий, штатовская фирма Bell Laboratories. Пару лет спустя, преследуя цель, сделать операционную систему не зависящей от компьютерной архитектуры, два сотрудника, входящих в общую группу программистов этого проекта, изобретают язык программирования "Си", на котором и в нынешнее время разрабатываются основополагающие разделы большего числа всех операционных систем. Примерно в течении последующих пяти лет, ведется интенсивная работа и к середине данного десятилетия UNIX получает весьма объемную среду распространения. Конечно же, это не домашние компьютеры, которых в то время просто еще не было в природе, а различные компании, университеты, организации. Кстати, в то время, UNIX распространялся совершенно  бесплатно, но и в то же время, появилась первая коммерческая версия UNIX.

  Следующий ряд событий, происходящих в восьмидесятых годах, трагическим образом повлиял на UNIX и главной негативной причиной последовавшим последствиям, как раз и являлся процесс коммертизацииUNIX'a. Возможность заработать большие деньги, продавая свою операционную систему, подвластна великому соблазну, поэтому огромнейшее количество, к тому моменту, фирм, занимающихся разработкой собственныхUNIX и продавая их, естественно применяли тактику закрытости исходного кода своих разработок. Таким образом, стало образовываться большое количество различных UNIX'сов, с таки же большим количеством различий между ними, а это привело к тому, что программы, предназначенные для одного UNIX'a, не могли работать на другом UNIX'e. Другими словами, такой хаос и перетягивание одеяла каждого на свою сторону, привело к полной несовместимости всех UNIX'сов между собой, что в свою очередь отрицательно сказалось на глобальном развитие UNIX в целом. Необходимо было срочно что-то менять. Решением возникших проблем, могло быть введение стандартизированных правил, что и было потом сделано, но было упущено время и ситуация зашла слишком далеко. Закрытость и недоступность исходного кода, практически свела на "нет" все усилия по исправлению возникшей неурядицы, а заключительным и плачевным финалом стал тот факт, что UNIX не смог двигаться вперед и развиваться в новом уже направлении, освоения персональных компьютеров.

GNU

  Итак, некий Ричард Столлман, в начале восьмидесятых годов, являясь сотрудником некого института, озадачился следующей возникшей проблемой, которая не появилась вдруг внезапно, а нарастала постепенно и в конце концов, его терпение лопнуло. Суть создавшейся ситуации заключалась в том, что некая лицензия некого программного обеспечения, запрещала ему производить обмен исходными кодами программ в радиусе своего же института, сотрудником коего он же и являлся. Такое положение дел, на его личный взгляд, показалось ему не справедливым и видимо не добившись никаких изменений, он вынужден был расстаться со своей работой или ему просто помогли уйти, сейчас никто точно ответить не может, да и это не важно.

  Будучи человеком одаренным и не лишенным возможности мыслить гениально, в тысяча девятьсот восемьдесят третьем году, он основывает  собственный проект GNU, приоритетным направлением которого, является создание операционной системы, доступной любому желающему, в любой точке своего местонахождения. Надо сказать, что идея тут же нашла одобрение и поддержку очень многих людей.

  Кроме всего прочего, наряду с этим, Ричард создает собственный редактор, который реально упрощал трудоемкую работу программистов при написании программ. В последствие, он же организовывает специальный фонд на благотворительных началах, который занимался рекламированием и распространением бесплатного программного обеспечения. Но главной задачей этого фонда, было все-таки, сбор хоть каких-нибудь средств, для дальнейшего развития проекта GNU. Вплоть до начала девяностых годов, в масштабах этого проекта, было предпринято не мало телодвижений, сопутствующим результатом которых, стало воплощение в реальность разного программного обеспечения в довольно приличных объемах. Но как бы там ни было, видимо дела шли все-таки не так, как хотелось бы и в девяностом году, ядро GNU все еще не было полнофункциональным и законченным.

MINIX

  Во второй половине восьмидесятых, некий Эндрю Таненбаум изобретает Unix-подобную систему, довольно маленьких размеров, с целью обучения студентов и дает ей название Minix. Теперь, его ученики имели наглядное учебное пособие, благодаря которому могли наглядно изучать методы функционирования "ОС" и всю ее составляющую часть. Что бы дать каждому желающему бесприпятственно заниматься изучением исходных кодов, данная"ОС" была лицензирована с возможностью свободного перемещения, распространения, изменения и т.д. Огромное количество студенческого состава, прошли через эту систему, постигая процесс изучения по внутренней структуре "ОС" основываясь именно на Minix. Таким образом, эта "операционка" тоже оставила свой значительный след в истории, связанной с появлением Linux.

LINUX

  В тысяча девятьсот девяносто первом году программист Линус Торвальдс, давно вынашивая идею по созданию собственной системы, внезапно обращает свое внимание на вышеупомянутый Minix. В целом, система производит на него вполне благоприятные впечатления, однако полной удовлетворенности нет, т.к. она не соответствовала всем потребностям, которые должны были присутствовать в полноценной операционной системе, с точки зрения самого Линус Торвальдса. Вполне возможно, что именно Minixсподвигнул Торвальдса на решительные действия и уже буквально к середине года образовывается первый зародыш еще очень сырого ядра, которое по истечении определенного времени, получило и свое название в честь его создателя - Linux. Это был свободный продукт с открытым кодом, не подверженный каким-либо ограничениям. Результат такого подхода, обеспечил очень быстрое развитие системы, она молниеносно начала свое распространение и видоизменение.

Развитие GNU/LINUX

  Как было описано выше, в начале девяностых годов, проект GNU испытывал определенные трудности в области законченности своего системного ядра. Вот тут-то, для быстрого решения проблемы, ядро Linux, как нельзя кстати, оказалось в нужном месте и в нужное время. Что в итоге произошло дальше, уже не трудно догадаться самостоятельно. Время от времени этот "скелет" обрастал все новыми и новыми кусками "мяса", благодаря "пластическому" вмешательству все того же Столлмана (из GNU) и в конечном итоге превратился в полноценную cъедобную "свинятину".  Далее, события начали развиваться еще куда более стремительней.GNU\Linux - моментально приобрел востребованность и уже его дальнейшей разработкой начали заниматься программисты-энтузиасты со всего мира, поддерживая связь при помощи Интернета. Ну, а там уже, пошло, поехало. Конечно же, новорожденные Linux(сы) по-началу, были довольно сложны для понимания, установки и настройки, но к сему моменту, ситуация изменена в "корне". Современные дистрибутивы, настолько стали дружелюбными по отношению к обычному пользователю, что позволяют установить себя, даже самому неподготовленному юзеру (в зависимости от выбора дистрибутива).

 FreeBSD свободно-распространяемая "ОС", древний предокAT&T (Unix) в ветке BSD, зародившаяся и созданная в 1993 году в Соединенных Штатах Америки (Калифорнийский Университет г. Беркли). Существовавшая, на тот момент386BSD-система, благодаря ее пользователям, стала очень быстро набирать обороты и путем применения патчей, достаточно активно видоизменятся. Скорость роста общего патчевого пакета стремительно росла, что нечего не оставалось делать, как отделиться от 386BSD и образовать самостоятельную FreeBSD-операционную систему. Под самый "занавес", все того же 1993 года, рождается официальный "первенец", версии FreeBSD 1.0, а уже полгода спустя, т.е. в мае месяце (1994), появляется весьма удачное продолжение в виде выхода версииFreeBSD 1.1. В настоящий момент актуальной является FreeBSD 8.2 (FreeBSD 9.0-beta, тоже есть).

  В отличие от Linux, в котором используется модульное ядро, FreeBSDиспользует монолит, т.е. это цельная "ОС". Другими словами, если разработкой ядра Linux занимаются одни люди, программным обеспечением другие люди, а сборкой дистрибутивов совсем другие люди, то в проектеFreeBSD, всем этим, занимается одна команда, которая, кстати на данный момент, насчитывает около 4000 чел. Именно такой подход, обеспечивает исключительную стабильность и надежность, чем собственно и объясняется популярность этой "ОС" среди определенного контингента пользователей. Кроме вышеупомянутой стабильности, FreeBSD отличается еще своей лицензией, на основе которой, можно использовать код FreeBSD, как в свободном программном обеспечении, так и в проприетарном.

  Установить систему можно разными способами начиная с CD/DVD, а также используя сетевые возможности FTP; NFS. Дополнительное программное  обеспечение насчитывает больше чем двадцать тысяч единиц, устанавливаемое с задействованием портов (в Linux-это репозитории, вFreeBSD-это порты). Спектр поддержки приложений разнообразен, "desktop", сервера, устройства, встраиваемое окружение. Учитывая, что BSD-программ, все-таки меньше, чем в Linux, то были предприняты меры по обеспечению максимальной совместимости с Linux, позволяющей работать с Linux-программным обеспечением, на системах BSD, причем, скоростные характеристики при использовании Linux-программ, если и уступают оригинальному BSD-обеспечению, то очень незначительно, практически это незаметно. Стоит заметить, что обратная интеграция не возможна, т.е. программы от FreeBSD на Linux работать не будут.

•   Учитывая, что данная ось имеет внушительную, по количеству сотрудников, команду и ровное, стабильное развитие, система является достойным конкурентом в среде свободно-распространяемых операционных систем. Тем не менее, все BSD-системы, включая и FreeBSD, значительно менее известны, чем, скажем Linux, поэтому пока, FreeBSD можно смело относить к разряду специфических "ОС", особенно в качестве системы для домашнего пользования.  Для тех, кто делает свои первые шаги в мире "UNIX"(unix-подобного), на мой взгляд, это не идеальное решение, не смотря на то, что по всем описаниям и заверениям, система легка в установке и проста в использовании. Думаю, что новичкам, следует лучше обратить внимание наLinux (это сугубо личное мнение).

 

12.Операционная система QNX.

QNX (произносится как "кью-эн-экс") — POSIX-совместимая операционная система реального времени, предназначенная преимущественно для встраиваемых систем. Считается одной из лучших реализаций концепции микроядерных операционных систем.

Как микроядерная операционная система, QNX основана на идее работы основной части своих компонентов, как небольших задач, называемых сервисами. Это отличает её от традиционных монолитных ядер, в которых ядро операционной системы — одна большая программа, состоящая из большого количества «частей», каждая со своими особенностями. Использование микроядра в QNX позволяет пользователям (разработчикам) отключить любую ненужную им функциональность, не изменяя ядро. Вместо этого можно просто не запускать определённый процесс.

Система достаточно небольшая, чтобы в минимальной комплектации уместиться на одну дискету, вместе с этим она считается очень быстрой и должным образом «законченной» (практически не содержащей ошибок).

QNX Neutrino, выпущенная в 2001 году, перенесена на многие платформы, и сейчас способна работать практически на любом современном процессоре, используемом на рынке встраиваемых систем. Среди этих платформ присутствуют семейства x86, MIPS, PowerPC, а также специализированные семейства процессоров, такие, как SH-4, ARM, StrongARM и xScale.

Система платная, при этом для некоммерческого использования и для обучения она предлагается бесплатно.

Наиболее ярким примером применения QNX является работа с кредитными карточками VISA во всех региональных офисах Северной Америки

Кроме применения QNX в области управления, она также успешно используется и для научных исследований: моделирования процессов, отслеживания хода экспериментов.

Cisco Systems использует оптимизированную версию микроядра QNX Neutrino в программном обеспечении IOS XR. Программный пакет IOS XR предназначен для управления коммутаторами Cisco CRS-1, обеспечивает непрерывный режим работы и поддерживает развитые функции управления терабитными коммутаторами с распределённой архитектурой.

13/

Общее представление OS/2 Warp:

Семейство ОС OS/2 Warp, созданных фирмой IBM, является одним из самых лучших ОС для ПК по очень большому числу параметров. Эти ОС появились раньше своих основных конкурентных систем, но тем не менее они не смогли стать самыми распространенными. Основная причина сложившейся ситуации заключает-ся в отсутствии широкой рекламы и системы продвижения этого продукта на рынок, хотя качество ОС было достаточно высоким.

Сегодня уже практически мало кто знает о системах OS/2. В то же время следует отметить, что фирмы, которые  в свое время освоили эту систему и создали для нее соответствующее ПО, до сих пор не переходят на ныне чрезвычайно популярные ОС Windows NТ, поскольку последние требуют существенно больше системных ресурсов и при этом функциони-руют медленнее.

Warp – дословно «основа».

—————————————————————

Характеристики OS/2 Warp 4.0:

1.) вытесняющая многозадачность (preemp-tive multitasking) и поддержка DOS- и Windows-приложений;

2.) интуитивно понятный и действительно удобный объектный пользовательский интерфейс;

3.) поддержка стандарта открытого объект-ного документооборота OpenDoc;

4.) поддержка стандарта OpenGL;

5.) поддержка и встроенная разработка на языке Java;

6.) поддержка шрифтов Тrue Туре (TTF);

7.) управление голосом без предваритель-ной подготовки (технология Voice Туре);

8.) полная поддержка глобальных сетей Интернет и технологии Интранет, доступ в CompuServe (американская почтовая служба);

9.) средства построения одноранговых сетей и клиентские части для IBM LAN Server, Windows, Lantastic, Novell Netware 4.1, в том числе поддержка службы каталогов;

10.) наличие системы удаленного доступа через модемные соединения;

11.) Mobile File System для поддержки мобильных пользователей;

12.) стандарт автораспознавания аппарат-ных устройств Plug-and-Play;

13.) набор офисных приложений;

14.) полная MultiMedia-поддержка, включаю-щая систему работы с видеокамерой, расширенную систему помощи WагрGuidе.

Причем наиболее заманчивы: удобная и надежная среда при работе с базами данных, возможность работы в сетях, орга- низованной как клиентское рабочее место при взаимодействии с большими системами.

—————————————————————

Чрезвычайно важным для пользователей является тот факт, что компания IBM для всех версий своей ОС регулярно выпускает пакеты (во много раз чаще, нежели microsort) обновления (FixPak). Эти пакеты исправляют обнаруженные ошибки, а также вносят новые функции.

Ядро OS/2 предоставляет многие базовые сервисные функции API, обеспечивает под-держку файловой системы, управление памятью и имеет диспетчер аппаратных прерываний.

В ядре виртуальных DOS - машин (VDM-ядре) осуществляется эмуляция DOS и про-цессора 8086, а также управление VDM. Драйверы виртуальных устройств обеспе-чивают уровень аппаратной абстракции.

Драйверы физических устройств напрямую взаимодействуют с аппаратурой.

—————————————————————

Модуль реализации механизмов виртуаль-ной памяти в ядре OS/2 поддерживает большие, постраничные, разбросанные ад-

ресные пространства, составленные из объектов памяти.

Каждый объект памяти управляется так называемым «пейджером» – задачей вне ядра, обеспечивающей резервное хранение страниц объекта памяти.

Адресные пространства управляются отображением или размещением объектов памяти внутри них. Ядро управляет защитой памяти и ее распределением на основе объектов памяти абстрактным образом вне зависимости от каких-либо конкретных аппаратных средств трансляции процесс-сорных адресов.

—————————————————————

Ядро управляет средами исполнения для программ, обеспечивающих выполнение множественных заданий и потоков. Каждое задание имеет свое собственное адресное пространство или отображение. Оно назначает объекты памяти, которые задание отобразило на диапазон адресов внутри адресного пространства. Задание также является блоком размещения ресурсов и защиты, при этом заданиям придаются возможности и права доступа к средствам межпроцессного взаимодействия системы. Для поддержки параллельного исполнения с другой программой в пределах одного адресного пространства ядро отделяет среду исполнения от действительно идущего потока инструкций.

—————————————————————

Система межпроцессного взаимодействия обеспечивает базовый механизм, позволяю-щий потокам работать в различных зада-ниях для связи друг с другом. Система межпроцессного взаимодействия поддержи-вает надежную доставку сообщений на порты. Порты представляют собой защищенные каналы между заданиями. Каждому заданию, использующему порт, приписывается набор прав на этот порт. Права могут быть различными для разных заданий. Только одно задание может получать данные по какому-либо порту.

—————————————————————

Особенности интерфейса OS/2 Warp:

В OS/2 Warp в качестве стандартной графической оболочки используется среда WPS (Workplace Shell), организованная более логично и удобно, чем известный Windows интерфейс. Оболочка Workplace Shell основана на мощной системно-объектной модели SOM IBM-технологии, специально разработанной для решения таких проблем, как жесткая привязка объектов к их клиентам и необходимость использования одного и того же языка программирования.

Операционные системы Windows 95 и Windows 98

   Прогресс в развитии аппаратных компонентов персональных ЭВМ (прежде всего существенный рост объемов оперативной и дисковой памяти), а также все более широкое применение компьютерной техники пользователями — неспециалистами в области информационных технологий (таких пользователей можно назвать обычными пользователями в отличие от пользователей — профессионалов в сфере компьютерных технологий) потребовало от разработчиков создания ОС, более полно учитывающих требования пользователей к аппаратно-программному обеспечению компьютеров. Лидер ОС 80-х гг. для персональных ЭВМ — MS DOS — уже не отвечала этим требованиям. Причиной явились следующие ее недостатки:    —  определенные ограничения, накладываемые MS DOS на максимальные размеры оперативной и дисковой памяти, доступные пользователю под управлением данной ОС;    —  трудности реализации режима многозадачности;    —  использование в качестве интерфейса пользователя командного интерфейса, не удовлетворяющего обычных пользователей слишком жесткими требованиями к организации взаимодействия с компьютером.    Пользователям была необходима ОС, лишенная таких недостатков. Результатом работы корпорации Microsoft («автора» MS DOS) в этом направлении стало появление в 1995 г. ОС Windows 95, а в 1998 г. — Windows 98. Популярность этих ОС превысила популярность MS DOS, и в настоящее время они занимают в совокупности большую часть рынка ОС, ориентированных на обычного пользователя. С точки зрения такого пользователя, ОС Windows 98 является улучшенной версией ОС Windows 95, не имеющей от нее принципиальных отличий. Поэтому в дальнейшем изложении будем говорить о «семействе» ОС — Windows 95/98. При необходимости указываются отличия этих ОС.    Основными характеристиками ОС Windows 95/98 (и одновременно отличиями от MS DOS) являются:    —  32-разрядная архитектура;    —  вытесняющая многозадачность;    —  подключение аппаратных компонентов по технологии Plug and Play;    —  использование виртуальной памяти;    —  наличие средств сетевого взаимодействия;    —  наличие средств мультимедиа;    —  совместимость с ранее созданным программным обеспечением;    —  стандартные приложения и сервисные средства поддержки работоспособности компьютера, ориентированные на обычного пользователя;    —  универсальный механизм обмена данными между приложениями;    —  использование более производительной файловой системы FAT 32 (для Windows 98);    —  интеграция с сетью Интернет (для Windows 98);    —  графический интерфейс пользователя.    32-разрядная архитектура (возможность использования 32 разрядов при адресации и передаче данных по адресным шинам и шинам данных — см. гл. 2) позволяет существенно увеличить скорость обработки информации в сравнении с 16-разрядной архитектурой MS DOS. Это позволяет также снять проблемы ограничений на использование оперативной памяти более 1 Мбайта, присущие MS DOS.    Вытесняющая многозадачность — более оптимальное решение проблемы распределения времени процессора между несколькими одновременно решаемыми задачами, когда этим процессом управляет (централизованно) сама ОС (в отличие от реализованной в MS DOS так называемой корпоративной многозадачности, когда управление выполняется самими программами, использующими процессор, что усложняет реализацию многозадачности). ОС Windows 95/98 позволяет также разбить программу на несколько частей, которые могут выполняться параллельно, в несколько потоков. Поэтому можно говорить и об обеспечении ОС Windows 95/98 многопоточности выполнения программ, позволяющей ускорить обработку данных и улучшить взаимодействие пользователя с компьютером (обеспечив, например, одновременно с расчетом данных в сложной таблице ввод данных в ячейки таблицы или печать).    Подключение аппаратных компонентов по технологии Plug and Play («включай и работай») означает, что в большинстве случаев пользователь при подключении того или иного аппаратного компонента (диски, мониторы, принтеры и т. п.) не должен обладать профессиональными знаниями в этой области, так как все необходимые действия по подключению выполняет ОС. Пользователь лишь управляет этим процессом, выбирая в диалоговом режиме тот или иной вариант из предлагаемых ему ОС.    Виртуальная память позволяет в случае нехватки для решения той или иной задачи оперативной памяти использовать для этих целей память жесткого диска. Это позволяет обеспечить, например, работу одновременно нескольких приложений, для которых требуется суммарный объем оперативной памяти, превышающий реально существующий. Однако при этом снижается производительность компьютера в связи с необходимостью выделить часть вычислительных ресурсов на организацию обмена между оперативной и внешней памятью (как виртуальной оперативной памятью).    Наличие средств сетевого взаимодействия позволяет использовать компьютер как рабочую станцию в одноранговой локальной сети, подключиться к корпоративной сети, передавать и принимать электронную почту и факсовые сообщения и т. п.    ОС Windows 95/98 предоставляет в распоряжение пользователя ряд стандартных приложений и сервисные средства поддержки работоспособности компьютера, входящие непосредственно в состав ОС. К ним относятся, например, приложения Блокнот (простейший текстовый редактор), Paint (простой графический редактор), приложения для проверки состояния диска и его дефрагментации.    Универсальный механизм обмена данными между приложениями позволяет организовать обмен данными, имеющими разную структуру (формат), когда необходима их передача от одного приложения другому (например, для продолжения обработки в табличном редакторе данных, созданных в текстовом редакторе). Такой обмен реализуется на основе так называемого буфера обмена, представляющего собой единую для всех приложений область оперативной памяти.    Наличие средств мультимедиа позволяет реализовать работу пользователя с графической, аудио- и видеоинформацией на уровне ОС, что обеспечивает совместимость с различными средствами мультимедиа (аудио-, видеоаппаратурой и т. п.).    Совместимость с ранее созданным программным обеспечением дает возможность выполнять в среде ОС Windows 95/98 программы, написанные для более ранних ОС и операционных сред (MS DOS, Windows 3.1/3.11).    Использование более производительной файловой системы FAT 32 (для Windows 98) позволяет снизить издержки использования дисковой памяти за счет меньшего, по сравнению с файловой системой FAT 16 (используемой в MS DOS), размера кластера.    Кластер — это минимально допустимый для размещения и манипулирования на диске файловой системой объем информации на жестком диске. Он равен одному или нескольким секторам дорожки диска (см. пп. 2.4.3). Поэтому каждый файл занимает на диске как минимум один кластер (в общем случае размер файла кратен определенному количеству кластеров). Содержимое файла (хранимый документ) по своему размеру, как правило, меньше выделенного для его хранения соответствующего кратного количества кластеров. Поэтому имеют место непроизводительные потери дисковой памяти, и тем больше, чем больше размер кластера. Все кластеры диска пронумерованы. Соответствие (связь) файла и номеров кластеров, в которых он размещен, задается операционной системой в специальной FAT-таблице. Чем больше адресов кластеров позволяет хранить эта таблица, т. е., чем больше допустимая в данной файловой системе разрядность адреса кластера, тем потенциально меньше размер кластера (при фиксированном размере жесткого диска) и тем меньше потерь памяти диска. Файловая система, позволяющая выделить для адресации кластеров 32 разряда (FAT 32), существенно сокращает потери памяти в сравнении с 16-раз- рядной (FAT 16).    Интеграция с сетью Интернет (для Windows 98) позволяет:    —  настроить конфигурацию компьютера на работу в сети Интернет с использованием специальных программ — мастеров настройки, в режиме, требующем от пользователя минимальных знаний в этой области;    —  использовать для работы в сети Интернет специальное приложение — браузер Internet Explorer и приложение Outlook Express (программы электронной почты), уже «встроенные» в ОС (см. главу 4);    —  широко использовать в интерфейсе пользователя элементы приложения Internet Explorer, которые предоставляют пользователю дополнительные возможности для манипулирования с папками, файлами и другими объектами ОС.    Приведенные выше специфические характеристики ОС Windows 95/98, как правило, скрыты от обычного пользователя. Поэтому основное отличие от MS DOS и главная специфическая особенность ОС Windows 95/98 для него — графический интерфейс пользователя, предоставляемый в его распоряжение. Основой интерфейса пользователя в ОС Windows 95/98 является использование идей так называемого WIMP-интерфейса, т. е. ориентация на:    —  окна (Windows) как основной элемент экрана, в границах которых происходят все действия пользователя;    —  графические значки (Icons) как представители объектов манипулирования;    —  манипулятор типа «мышь» (Mouse);    —  меню как основной элемент диалога, команды которого автоматически всплывают и/или выделяются пользователем из строки меню (Pop-up, Pull down).    Такой подход предполагает также использование следующих принципов:    —  принципа объектного подхода (пользователю информационные элементы представляются в виде конкретных объектов разных типов; объекты имеют как общие, так и специфические правила манипулирования с ними, определяемые типом объекта (рабочий стол, окно, файл, папка, ярлык и др.) и контекстом ситуации, в которой выполняется та или иная манипуляция (реализуется в виде контекстно-зависимого меню);    —  принципа «что видишь, то и получишь», когда результат любого действия тут же отображается на экране (например, удаление файла);    —  принципа рабочего стола, когда все действия пользователя происходят на некотором рабочем столе либо на его ограниченно независимой части (в активном окне);    —  принципа общего пространства памяти для обмена данными между объектами, в том числе принадлежащими разным приложениям (наличие буфера обмена);    —  принципа интуитивно-естественных манипуляций (технологии работы) с объектами (для обычного пользователя).    Именно реализация указанных подхода и принципов построения интерфейса пользователя обеспечила в конечном счете широкую популярность ОС Windows 95/98.    Типичным примером реализации в интерфейсе пользователя приведенных выше идей и принципов является возможность использования контекстного меню, вызвать которое пользователь может, щелкнув правой кнопкой мыши по значку того объекта, с которым необходима та или иная манипуляция (перемещение, переименование и т. п.). При этом набор команд, который появляется на экране перед пользователем, определяется как типом объекта (например, для файлов и папок состав команд меню будет различен), так и той конкретной ситуацией, в которой произошел вызов меню. Таким образом, перечень команд автоматически определяется «контекстом» ситуации и типом объекта, что в итоге позволяет пользователю использовать только это меню при манипуляциях с объектами (до 90% всех манипуляций с объектами в среде ОС Windows). Это существенно повышает эффективность работы пользователя.    В то же время необходимо отметить, что ОС Windows 95/98 предъявляет более высокие требования (в сравнении с MS DOS) как к надежности аппаратных средств компьютера, так и к их основным характеристикам (быстродействию процессора, объемам дисковой, оперативной и видеопамяти).    Хотя, как указывалось выше, семейство ОС Windows 95/98 в настоящее время наиболее часто (в сравнении с другими ОС) оказывается установленным на компьютерах пользователей АИС, политика фирмы Microsoft в области разрабоки ПО (достаточно быстрый «выброс» на рынок программных средств новых версий ОС и отказ от официальной поддержки предыдущих версий ОС) в ближайшее время должна уменьшить долю указанных выше ОС. Наиболее вероятной заменой являются ОС Windows 2000 и Windows ХР.    ОС Windows 2000 является дальнейшим развитием линии ОС Windows NT. ОС Windows 2000 ориентирована прежде всего на использование в средних (по количеству подключенных компьютеров) сетях. Непосредственно для пользователей предназначена клиентская часть этой ОС (Windows 2000 Professional, которая устанавливается на компьютере пользователя). Наиболее важной с точки зрения пользователя является более надежная работа приложений в среде данной ОС (в сравнении с работой в среде ОС Windows 95/98), обеспечиваемая иной, чем в ОС Windows 95/98, реализацией архитектуры ОС, а также более совершенной файловой системой NTFS (в сравнении с файловой системой FAT). В то же время возможны ситуации, когда те или иные приложения, работающие в среде ОС Windows 95/98 и пользующиеся популярностью у пользователей (прежде всего приложения потребительского характера, например игровые), оказываются неработоспособными в среде ОС Windows 2000. Другой проблемой для пользователя является больший объем специальных знаний в области программного обеспечения, необходимый для установки, настройки, изменения конфигурации (например, при подключении новых внешних устройств) ОС Windows 2000 в сравнении с ОС Windows 98.    ОС Windows ХР — это попытка объединить две, ранее существовавшие независимо, «линии» — Windows 9х и NT. Это полностью 32-разрядная ОС с приоритетной многозадачностью. В ее основе лежат те же принципы, на которых базировались все NT. С точки зрения пользователя, это прежде всего привычный интерфейс ОС семейства Windows, возможность работы системы в различных сетевых средах, на различных процессорах семейства х86 производства Intel и AMD. Архитектура этой ОС обеспечивает более надежную, чем в ОС Windows 98, защиту приложения от повреждения друг другом и самой операционной системой (в том числе за счет использования восстанавливаемой файловой системы NTFS и обеспечения защиты с помощью встроенной системы безопасности и усовершенствованных методов управления памятью). Одновременно данная ОС имеет более удобный интерфейс пользователя и более последовательную реализацию принципа Plug and Play при ее установке и настройке в сравнении с ОС Windows 2000 и Windows 98. В то же время требования к качеству аппаратной «начинки» (например оперативной памяти), ее надежности у ОС Windows ХР выше, чем у ОС Windows 2000 и Windows 98. Кроме того, и Windows 2000, и Windows ХР для своей работы требуют больше аппаратных ресурсов (дисковой и оперативной памяти), чем Windows 98.

Операционные системы Windows NT/2000/XP Компания Microsoft в 1990 году объявила о начале работ по созданию принципи­ально новой операционной системы для персональных IBM PC-совместимых компьютеров с прицелом на корпоративный сектор, которая помимо банальной муль­тизадачности и поддержки виртуальной памяти обладала бы, в частности, такими качествами, как:

• микроядерная архитектура — сказалось влияние идей проекта Mach 3, выпол­ненного в университете Карнеги Меллон (Carnegie Mellon University), которое в то время было очень велико;

• аппаратная независимость (platform independent), что должно было обеспечить легкую переносимость системы;

• мультипроцессорная обработка и масштабируемость (в то время операцион­ные системы семейства UNIX обеспечивали работу на мультипроцессорных компьютерах и фактически доминировали как мощные корпоративные сервер­ные системы);

• возможность выполнения приложений, созданных для других операционных систем, в частности приложений для UNIX и 16-разрядных программ OS/2;

• защита информации и вычислений от несанкционированного доступа;

• наличие высокопроизводительной и надежной файловой системы и возмож­ность работать с несколькими файловыми системами;

• встроенные сетевые функции и поддержка распределенных вычислений.

Однако Windows NT 3.1 в качестве рабочей станции уступала системе OS/2, поскольку требовала существенно больше оперативной памяти и имела от­носительно низкое быстродействие. Кроме этого, при работе с дисками, отформа­тированными под файловую систему FAT, она не поддерживала длинные имена. Системы Windows NT 3.x не смогли тогда завоевать признание ни в качестве сер­верных, ни в качестве обычных настольных систем, поскольку требовали очень больших (по меркам того времени) вычислительных ресурсов. Как ни странно, но еще одним недостатком этих первых систем Windows NT было гтоогое следование идеям микроядерной архитектуры. Желая исправить эти недочеты, Microsoft запустила проект Cairo и в 1996 г. выпустила операционные системы Windows NT 4.0 Server и Windows NT 4.0 Workstation. К сожалению, в своей новой операционной системе компания Microsoft отказа­лась от поддержки высокопроизводительной файловой системы HPFS, с которой работают операционные системы OS/2, хотя при желании пользователь мог сам до­бавить соответствующие драйверы из дистрибутива предыдущей Windows NT 3.x.  Желая противопоставить свою серверную операционную систему известным се­тевым операционным системам корпоративного уровня Nowell Netware 4.x и Netware 5х, компания Microsoft разработала новое семейство операционных систем класса NT, которое должно было изначально называться Windows NT 5.0, однако из маркетинговых соображений было переименовано в Windows 2000. В семей­ство этих систем вошли четыре операционные системы.

• Windows 2000 Professional — для использования в качестве рабочей станции вместо Windows NT 40 Workstation или Windows 98. Эта операционная систе­ма может работать на 2-процессорных компьютерах.

• Windows 2000 Server— для использования в качестве контроллера домена и/или сервера (файлов, приложений, баз данных, web и/или FTP, печати и т. д.) в относительно небольшой сети, которую могут себе позволить иметь предприятия малого и среднего бизнеса. Эта операционная система поддерживает 4-процессорные конфигурации.

• Windows 2000 Advanced Server — для тех же целей, что и Windows 2000 Server, но с упором на выполнение функций сервера приложений и сервера баз дан­ных. Обладает возможностью работать на компьютере с восемью процессора­ми и, самое главное, организовать кластер из двух машин.

• Windows 2000 Datacenter Server — специальная версия операционной систе­мы, предназначенная для работы в вычислительных сетях крупных предприя­тий. Система хорошо масштабируется, позволяет построить 4-узловой кластер, причем каждая из машин может иметь вплоть до 16 процессоров.

Наверное, самыми главными особенностями этих операционных систем (по сравне­нию с предыдущими Windows NT 4.0) следует назвать поддержку механизма Plug and Play (как и в системах Windows 9х) и использование службы каталогов как ос­новы для построения сетей клиент-сервер. Служба каталогов Microsoft, получила наименование Active Directory. Принципиальной особенностью этой технологии яв­ляется ее глубокая интеграция с ТСР/IP.  Осенью 2001 года Microsoft обновила операционную систему Windows 2000 Professional до Windows ХР (eXPerience). При этом она выпустила две редакции. Одна из них представляла собой «облегченный» вариант системы для домашнего при­менения. Она получила название Windows ХР Home Edition. Системы Windows XP в еще большей мере стали мультимедийными и ориентированными на Интер­нет. Интересным новшеством для систем Windows стала возможность организо­вать одновременную работу с компьютером двух пользователей: для одного непо­средственно (локально), а для второго удаленно с другого компьютера.  Наконец, весной 2003 года на замену семейству Windows 2000 вышли несколько серверных операционных систем, которые получили в название число 2003. Это следующие 32-разрядные операционные системы для микропроцессоров с архитек­турой iа-32.

• Windows Small Business Server 2003 — предназначена для построения неболь­ших локальных вычислительных сетей.

• Windows Server 2003 Web Edition — это самая «облегченная» система, она не может выступать в роли контроллера домена и быть сервером приложений.

• Windows Server 2003 Standard Edition — основная многоцелевая операционная система, пришедшая на смену Windows 2000 Server.

• Windows Server 2003 Enterprise Edition — аналог Windows 2000 Advanced Server.

• Windows Server 2003 Datacenter Edition.

Последние две операционные системы имеют разновидности для 64-разрядных процессоров Itanium 2 производства компании Intel. Ничего революционного эти системы не привнесли, но существенно обновили предыдущие серверные операционные системы. В качестве основных особенностей новых систем Microsoft отмечает упрощение администрирования, более безопас­ную инфраструктуру и более высокую надежность, интеграцию в системы актив­но продвигаемой технологии NET (произносится как «дот нет»). ^ Основные особенности архитектуры Наиболее принципиальным отличием между системами класса Windows 9х и Windows NT является то, что у них разная архитектура. Большинство операционных систем использует такую особенность современных процессоров, как возможность работать в одном из двух режимов: привилегирован­ном (режиме ядра, или режиме супервизора) и пользовательском (режиме выпол­нения приложений).  Поскольку при. создании Windows NT разработчики хотели обеспечить ее мобиль­ность, то есть легкую переносимость на другие платформы, они приняли решение использовать только два уровня привилегий из четырех, имеющихся в микропро­цессорах Intel семейства i80x86.  Одним из важнейших компонентов операционных систем Windows NT/2000/XP, который появился вследствие следования микроядерному принципу их построе­ния, является исполняющая система (Win32 Executive). Она выполняет такие ба­зовые функции операционной системы, как управление процессами и потоками, управление памятью, взаимодействие между процессами, защиту, операции вво­да-вывода (включая файловые операции, кэширование, работу с сетью и некото­рые другие). Ниже перечислены компоненты исполняющей системы.

• Диспетчер процессов (Process Manager) создает, отслеживает и удаляет про­цессы. Для выполнения этих функций создается соответствующий дескриптор, определяются базовый приоритет процесса и карта адресного пространства, создается и поддерживается список всех готовых к выполнению потоков.

• Диспетчер виртуальной памяти (Virtual Memory Manager) предоставляет вир­туальную память выполняющимся процессам. Каждый процесс имеет отдель­ное адресное пространство, используется страничное преобразование линей­ных адресов в физические, поэтому потоки одного процесса не имеюг доступа к физическим страницам, отведенным для другого процесса.

• Диспетчер объектов (Object Manager) создает и поддерживает объекты. В част­ности, поддерживаются дескрипторы объектов и атрибуты защиты объектов. Объектами считаются каталоги, файлы, процессы и потоки, семафоры и собы­тия и многие другие.

• Монитор безопасности (Security Reference Monitor) обеспечивает санкционирование доступа к объектам, контроль полномочий доступа и ведение аудита. Совместно с процессом входа в систему (logon) и защищенными подсистемами реализует модель безопасности Windows NT.

• Диспетчер ввода-вывода (Input/Output Manager) управляет всеми операция­ми ввода-вывода в системе. Организует взаимодействие и передачу данных между всеми драйверами, включая драйверы файловых систем, драйверы фи­зических устройств, сетевые драйверы, для чего используются структуры дан­ных, называемые пакетами запросив на ввод-вывод (I/O Request Packet, IRP). Запросы на ввод-вывод обрабатываются в порядке приоритетов, а не в порядке их поступления. Операции ввода-вывода квитируются, этим процессом управ­ляет диспетчер кэша (Cache Manager). Поддерживаются различные файловые системы, причем драйверы этих систем воспринимаются диспетчером ввода-вывода как драйверы физических устройств. Специальное сетевое системное программное обеспечение (редиректор и сервер) трактуются как сетевые драй­веры и также имеют непосредственную связь с диспетчером ввода-вывода.

• Средства вызова локальных процедур (Local Procedure Call, LPC) обеспечивают выполняющиеся подсистемы среды выполнения и приложения пользователей коммуникационным механизмом, в котором взаимодействие строится по прин­ципу клиент-сервер.