1.7.Сетевые операционные системы

1.7.1. Структура сетевой операционной системы

Сетевая операционная система (сетевая ОС) составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому в широком смысле под сетевой операционной системой понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам (протоколам). В узком смысле сетевая ОС — это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

В сетевой операционной системе отдельной рабочей станции можно выделить несколько частей, каждая из которых имеет определенное функциональное назначение.

Средства управления локальными ресурсами компьютера:

• распределение оперативной памяти между процессами;

• планирование и диспетчеризация процессов;

• управление процессорами в мультипроцессорных компьютерах;

• управление периферийными устройствами и управление ресурсами локальных ОС.

Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование — серверная часть ОС (сервер):

• блокировка файлов и записей, необходимая для их совместного использования;

• ведение справочников имен сетевых ресурсов;

• обработка запросов удаленных пользователей к собственной файловой системе и базе данных;

• управление очередями запросов удаленных пользователей к собственным периферийным устройствам.

Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и средства использования этих ресурсов и услуг — клиентская часть ОС (редиректор):

• распознавание и перенаправление в сеть запросов доступа к удаленным ресурсам от приложений и пользователей (при этом запрос от приложения поступает в локальной форме, а передается в сеть в форме, соответствующей требованиям сервера);

• прием ответов от серверов и преобразование их в локальную форму

В результате такого преобразования выполнение локальных и удаленных запросов для приложения неразличимо.

Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети — средства транспортировки сообщений:

• адресация и буферизация сообщений;

• выбор маршрута передачи сообщения по сети;

• обеспечение надежности передачи и т. п.

В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная часть.

Редиректор перехватывает все запросы, поступающие от приложений, и анализирует их. Если выдан запрос к ресурсу данного компьютера, то он переадресуется соответствующей подсистеме локальной ОС, если же это запрос к удаленному ресурсу, то он перенаправляется в сеть. При этом клиентская часть преобразует запрос из локальной формы в сетевую и передает его транспортной подсистеме, которая отвечает за доставку сообщений указанному серверу. На принимающем компьютере серверная часть операционной системы преобразует запрос и передает его для выполнения своей локальной ОС. После того как результат получен, сервер обращается к транспортной подсистеме и направляет ответ клиенту, выдавшему запрос. Клиентская часть преобразует результат в соответствующий формат и адресует его тому приложению, которое выдало запрос.

Первые сетевые ОС представляли собой совокупность существующей локальной ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки. При этом в локальную ОС встраивался минимум сетевых функций, необходимый для работы оболочки. Основные сетевые функции выполнялись сетевой оболочкой. Примером такой технологии является использование на каждой рабочей станции сети операционной системы MS-DOS (начиная с третьей версии DOS, у нее появились необходимые для совместного доступа к файлам встроенные функции, такие как блокировка файлов и записей). Принцип построения сетевых ОС в виде сетевой оболочки над локальной ОС используется и в современных ОС, например, в LANtastic или Personal Ware.

Однако более эффективным представляется путь разработки операционных систем, изначально предназначенных для работы в сети. Сетевые функции у ОС такого типа глубоко встроены в основные модули системы, что обеспечивает их логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, также высокую производительность. Примером такой ОС является система Windows NT/2000 фирмы Microsoft, которая благодаря встроенным сетевым средствам обеспечивает более высокую производительность и защищенность информации, чем сетевая ОС LAN Manager (совместная разработка Microsoft и IBM), являющаяся надстройкой над локальной операционной Системой OS/2.

В современных сетевых операционных системах (NOS — Network Operation System) вычислительные операции производятся преимущественно на рабочих станциях. На основе сетевых систем создаются и успешно применяются системы с распределенной обработкой данных. Это, в первую очередь, связано с ростом вычислительных возможностей персональных компьютеров и все более активным внедрением мощных многозадачных операционных систем: OS/2, Windows NT/2000/XP, Windows 95/98. Кроме того, внедрение объектно-ориентированных технологий (OLE, DCE, IDAPI) позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей сетевой ОС становится объединение неравноценных операционных систем рабочих станций и обеспечение транспортного уровня для широкого круга задач, таких как обработка баз данных, передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети (directory/name service — сервис имен/каталогов).

Применяют три основных подхода к организации управления ресурсами сети.

Первый подход — таблицы объектов (Bindery) — используется в сетевых операционных системах NetWare 286 — NetWare 4.1x. Такая таблица находится на каждом файловом сервере сети. Она содержит информацию о пользователях, группах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услугам и т. п.). Такая организация работы удобна, если в сети только один сервер. В этом случае требуется определить только одну информационную базу и контролировать ее. При расширении сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы вынужден определять и контролировать работу пользователей на каждом сервере сети. Абоненты сети, в свою очередь, должны точно знать, где расположены те или иные сетевые ресурсы, а для получения доступа к этим ресурсам — регистрироваться на выбранном сервере. Конечно, для информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая организация работы не подходит.

Второй подход — структура доменов (Domain) — используется в таких сетевых ОС, как LANServer и LANManager. Все ресурсы и пользователи сети объединены в группы. Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов (bindery), только здесь такая таблица является общей для нескольких серверов, а ресурсы серверов — общими для всего домена. Чтобы получить доступ к сети, пользователю достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после этого ему становятся доступны все ресурсы домена, ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако и при таком подходе возникают проблемы при построении информационной системы с большим количеством пользователей серверов и, соответственно, доменов. Например, в сети для предприятий или большой разветвленной организации проблемы уже связаны с обеспечением взаимодействия и управления несколькими доменами. (По содержанию эти проблемы такие же, как и в первом случае.).

Третий подход — система доменных имен (DNS — Domain Name System) — лишен этих недостатков. Все ресурсы сети: сетевая печать, хранение данных, пользователи, серверы и т. п. — рассматриваются как отдельные ветви или каталоги информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Во-первых, это повышает надежность и работоспособность системы, а во-вторых, — упрощает обращение пользователя к ресурсам сети. Зарегистрировавшись на одном сервере, пользователь получает доступ ко всем ресурсам сети. При таком подходе управлять системой проще, чем при использовании доменов, поскольку в первом случае все ресурсы сети определяются при помощи одной таблицы, а при доменной организации необходимо определять ресурсы, список пользователей и права доступа для каждого домена отдельно.

Рассмотрим возможности некоторых сетевых операционных систем и требования, которые они предъявляют к программному и аппаратному обеспечению устройств сети.