33. Особенности сетевых и распределенных операционных систем

Рассмотрим подробнее сетевые и распределенные операционные системы.

Компьютерная сеть – набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим ПО, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этого набора компьютеров.

Компьютерная сеть позволяет пользователю работать со своим компьютером как с автономным и добавляет к этому возможность доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров.

Сетевая ОС играет роль интерфейса, экранирующего от пользователя все детали низкоуровневых программно-аппаратных средств сети.

В зависимости от того, какой виртуальный образ создает ОС для того, чтобы подменить им реальную аппаратуру компьютерной сети, различают

• сетевые ОС;

• распределенные ОС.

Пользователь сетевой ОС всегда помнит, что он имеет дело с сетевыми ресурсами. Он всегда знает, где хранятся его файлы, знает, на какой машине выполняется его задание.

В идеальном случае сетевая ОС должна представить пользователю сетевые ресурсы в виде ресурсов единой централизованной виртуальной машины. Такие ОС называют распределенными ОС.

Распределенная ОС, распределяя работы по различным машинам системы, заставляет набор сетевых машин работать как виртуальный унифицированный процессор. Пользователь такой ОС, вообще говоря, не знает, на какой машине выполняется его задание.

Таким образом, распределенная ОС является единой ОС в масштабах вычислительной системы. Каждый компьютер сети, работающий под управлением распределенной ОС, выполняет часть функций этой ОС.

Сетевая ОС может рассматривается как набор ОС отдельных компьютеров, составляющих сеть, причем на разных компьютерах сети могут выполняться одинаковые или разные ОС. Каждая из этих ОС принимает независимые решения о создании и завершении своих собственных процессов и управлении локальными ресурсами. Но также и включает взаимно согласованный набор коммуникационных протоколов для организации взаимодействия процессов, выполняющихся на разных компьютерах сети, и разделения ресурсов компьютеров между пользователями сети.

С другой стороны, если ОС отдельного компьютера позволяет ему работать в сети, т.е. предоставлять свои ресурсы в общее пользование и потреблять ресурсы других компьютеров, то такая ОС отдельного компьютера также называется сетевой ОС.

Итак, термин сетевая ОС используется в двух значениях:

1. как совокупность ОС всех компьютеров сети;

2. ОС отдельного компьютера, способного работать в сети.

Функциональные компоненты сетевой ОС:

• средства управления локальными ресурсами (реализуют функции ОС автономного компьютера);

• сетевые средства:

• серверная часть ОС (средства для предоставления локальных ресурсов и услуг в общее пользование);

• клиентская часть ОС (средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам);

• транспортные средства ОС (совместно с коммуникационной системой обеспечивают передачу сообщений между компьютерами):

  • формируют сообщения,

  • разбивают сообщения на части (пакеты, кадры),

  • преобразуют имена компьютеров в числовые адреса,

  • организуют надежную доставку сообщений,

  • определяют маршрут в сложной сети и др.

Правила взаимодействия компьютеров при передачи сообщений по сети фиксируются в коммуникационных протоколах (Ethernet, IP, IPX и др.)

Подходы к построению сетевых ОС различаются глубиной внедрения сетевых служб в ОС:

• сетевые службы глубоко встроены в ОС;

• сетевые службы объединены в виде некоторого набора – оболочки;

• сетевые службы производятся и поставляются в виде отдельного продукта.

Первоначально сетевые ОС представляли собой совокупность уже существующей локальной ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки.

Современные сетевые ОС (более эффективный подход) с самого начала проектируются специально для работы в сети. Сетевые функции глубоко встраиваются в основные модули системы, отсюда логическая стройность ОС, простота эксплуатации и модификации, высокая производительность, отсутствует избыточность.

Например, сетевая ОС LAN Manager является надстройкой над локальной ОС OS/2. ОС со встроенными сетевыми службами – Windows NT, все версии UNIX.

Другой вариант сетевых служб – объединение их в виде некоторого набора (оболочки). В этом случае все службы должны быть согласованы между собой, т.е. могут обращаться друг к другу, могут иметь в своем составе общие компоненты (например, общую подсистему аутентификации).

Оболочка представляет собой самостоятельный программный продукт.

Примеры – LAN Server, LAN Manager.

Третий способ реализации сетевой службы – в виде отдельного продукта.

Примеры: сервер удаленного управления WinFrame (компании Citrix), предназначен для работы в среде Windows NT. Он дополняет возможности встроенного в Windows NT сервера удаленного доступа Remote Access Server; программный продукт NetWare Connect – служба удаленного доступа для NetWare.

Компьютер в сети может выступать в трех разных ролях:

• роль выделенного сервера сети (исключительно обслуживание запросов других компьютеров);

• роль клиентского узла (обращается с запросами к ресурсам другой машины);

• одноранговый узел – это компьютер, совмещающий функции клиента и сервера.

Сеть может быть построена по одной из следующих схем:

• сеть на основе одноранговых узлов – одноранговая сеть;

• сеть на основе клиентов и серверов – сеть с выделенными серверами;

• сеть, включающая узлы всех типов, - гибридная сеть.

Каждая из этих схем обладает своими достоинствами и недостатками, определяющими их области применения.

В одноранговых сетях все компьютеры равны в возможностях доступа к ресурсам друг друга. Пользователь может объявить ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут его использовать. Таким образом, на всех компьютерах устанавливается такая ОС, которая предоставляет всем компьютерам сети потенциально равные возможности.

Сетевые ОС такого типа называют одноранговыми ОС.

Очевидно, что одноранговые ОC должны включать и серверные, и клиентские компоненты сетевых служб.

Примеры одноранговых ОС: Windows for Workgroups, Windows NT Workstation, Windows 95/98.

При потенциальном равноправии всех компьютеров одноранговой сети часто возникает функциональная несимметричность. С одной стороны, некоторые пользователи не предоставляют ресурсы в совместное пользование, т.е. серверные компоненты их ОС не активизируются. С другой стороны, администратор может закрепить за некоторыми компьютерами только функции по обслуживанию запросов, превратив их в серверы.

В такой конфигурации одноранговые сети становятся похожими на сети с выделенными серверами.

Но это только внешняя схожесть. Остается существенное внутреннее различие.

Т.к. изначально специализация ОС не зависит от роли компьютера. Изменение роли достигается только за счет того, что функции серверной или клиентской частей просто не используются.

Заметим, что одноранговые сети проще в организации и эксплуатации. Поэтому по такой схеме организуется работа в небольших сетях (10-20 компьютеров).

В сетях с выделенными серверами используются варианты сетевых ОС, которые оптимизированы для работы в роли серверов, которые называются серверными ОС. Пользовательские компьютеры в этих сетях работают под управлением клиентских ОС.

В состав многих серверных ОС включаются все компоненты, позволяющие использовать их в качестве универсального сервера и даже в качестве клиентской ОС. Такие серверные ОС снабжаются развитым графическим пользовательским интерфейсом и поддерживают универсальный API. Это сближает их с одноранговыми ОС.

Отличия серверных ОС:

• поддержка мощных аппаратных платформ, в том числе мультипроцессорных;

• поддержка большого числа одновременно выполняемых процессов и сетевых соединений;

• включение в состав ОС компонентов централизованного администрирования сети (например, справочной службы или службы аутентификации и авторизации пользователей сети);

• более широкий набор сетевых служб.

Клиентские ОС организованы проще. Разработчики клиентских ОС уделяют особое внимание пользовательскому интерфейсу и клиентским частям сетевых служб.

Наиболее простые клиентские ОС поддерживают только базовые сетевые службы – обычно файловую службу и службу печати.

Многие компании, разрабатывающие сетевые ОС, выпускают два варианта одной и той же ОС. Один вариант предназначен для работы в качестве серверной ОС, другой – в качестве клиентской.

Эти варианты чаще всего основаны на одном и том же базовом коде, но отличаются набором служб и утилит, а также параметрами конфигурации, некоторые из которых устанавливаются по умолчанию и не поддаются изменению.

Например, ОС Windows NT выпускается в варианте для рабочей станции - Windows NT Workstation - и в варианте для выделенного сервера - Windows NT Server. Оба эти варианта включают клиентские и серверные части многих сетевых служб.

ОС Windows NT Server содержит все необходимые средства, которые позволяют использовать компьютер под ее управлением в качестве клиентской рабочей станции. Кроме того, она имеет такой же развитый графический интерфейс, как и Windows NT Workstation, что позволяет использовать эти ОС для работы пользователя или администратора.

Однако, вариант Windows NT Server поддерживает более широкий набор функций, большее количество одновременных соединений с клиентами, централизованное управление сетью, более развитые средства защиты.