Развитие операционных систем в 80-е годы
К наиболее важным событиям 80-х годов можно отнести создание стека TCP/IP, становление Интернета, разработку новых версий ОС Unix, стандартизацию технологий локальных сетей, появление персональных компьютеров и операционных систем для них.
Рабочий вариант стека протоколов TCP/IP был создан в конце 70-х годов. Этот стек представлял собой набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды и предназначался для связи экспериментальной сети ARPANET с другими «сателлитными» сетями. В 1983 году стек протоколов TCP/IP был принят министерством обороны США в качестве военного стандарта. Переход компьютеров сети ARPANET на стек TCP/IP ускорила его реализация для операционной системы BSD Unix. С этого времени началось совместное существование Unix и протоколов TCP/IP и практически все многочисленные версии Unix стали сетевыми.
Внедрение протоколов TCP/IP в ARPANET придало этой сети все основные черты, которые отличают современный Интернет. В 1983 году сеть ARPANET была разделена на две части: MILNET, поддерживающую военные ведомства США, и новую ARPANET. Для обозначения составной сети ARPANET и MILNET стало использоваться название Internet, которое в русском языке превратилось в Интернет. Интернет стал отличным полигоном для испытаний многих сетевых операционных систем, позволившим проверить в реальных условиях возможности их взаимодействия, степень масштабируемости, способность работы при экстремальной нагрузке, создаваемой сотнями и тысячами пользователей. Стек протоколов TCP/IP также ждала завидная судьба. Независимость от производителей, гибкость и эффективность, доказанные успешной работой в Интернете, а также открытость и доступность стандартов сделали протоколы TCP/IP не только главным транспортным механизмом Интернета, но и основным стеком большинства сетевых операционных систем.
Все десятилетие было отмечено появлением новых, все более совершенных версий ОС Unix. Среди них были и фирменные версии Unix: SunOS, HP-UX, Irix, AIX, QNX и многие другие, в которых производители компьютеров адаптировали код ядра и системных утилит для своей аппаратуры. Разнообразие версий породило проблему их совместимости, которую периодически пытались решить различные организации. В результате были приняты стандарты POSIX и XPG, определяющие интерфейсы ОС для приложений, а специальное подразделение компании AT&T выпустило несколько версий Unix System III и Unix System V, призванных консолидировать разработчиков на уровне кода ядра.
Начало 80-х годов связано с еще одним знаменательным для истории операционных систем событием — появлением персональных компьютеров. С точки зрения архитектуры персональные компьютеры ничем не отличались от класса миникомпьютеров типа PDP-11, но их стоимость была существенно ниже. Если миникомпьютер позволял иметь собственную вычислительную машину отделу предприятия или университету, то персональный компьютер дал такую возможность отдельному человеку. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки «дружественного» программного обеспечения, и предоставление этих «дружественных» функций стало прямой обязанностью операционных систем.
Персональные компьютеры послужили также мощным катализатором для бурного роста локальных сетей, создав для этого отличную материальную основу в виде десятков и сотен компьютеров, принадлежащих одному предприятию и расположенных в пределах одного здания. В результате поддержка сетевых функций стала для ОС персональных компьютеров необходимым условием.
Однако и дружественный интерфейс, и сетевые функции появились у операционных систем персональных компьютеров не сразу. Первая версия наиболее популярной операционной системы раннего этапа развития персональных компьютеров — MS-DOS компании Microsoft (1981 год) — была лишена этих возможностей. Это была однопрограммная однопользовательская ОС с интерфейсом командной строки, способная стартовать с дискеты. Основными задачами для нее были управление файлами, расположенными на гибких и жестких дисках в Unix-подобной иерархической файловой системе, а также поочередный запуск программ. MS-DOS не была защищена от программ пользователя, так как процессор Intel 8088 не поддерживал привилегированного режима. Разработчики первых персональных компьютеров считали, что при индивидуальном использовании компьютера и ограниченных возможностях аппаратуры нет смысла в поддержке мультипрограммирования, поэтому в процессоре не были предусмотрены привилегированный режим и другие механизмы поддержки мультипрограммных систем. Однако довольно скоро ПК стали возвращать себе многое из утраченной было функциональности и добавлять новые свойства.
Ориентация на массового, а значит, непрофессионального пользователя резко повысила интерес к интуитивно понятному пользовательскому интерфейсу, который ранее не относился к приоритетным свойствам ОС.
Важным событием для этого направления стало представление компанией Apple в начале 1984 года новой операционной системы Mac OS для своего персонального компьютера Macintosh. Эта ОС резко отличалась ото всех существовавших тогда ОС тем, что для взаимодействия с пользователем она использовала не обычный для того времени интерфейс командной строки, а значительно более удобный графический пользовательский интерфейс, включающий столь знакомые всем нам теперь окна, меню, значки (ярлыки) файлов и программ (рис. 1.3). Это революционное изменение позволило пользователю управлять компьютером с помощью простого и удобного нового устройства — мыши, а не набирать команды на клавиатуре1.
Компания Microsoft в своих ОС Windows также сделала ставку на использование оконного графического интерфейса. Первая версия операционной системы Windows компании Microsoft появилась в 1985 году и осталась практически незамеченной, но начиная с версии 3.0, это семейство ОС оказало сильнейшее влияние на развитие индустрии персональных компьютеров.
Рис. 1.3. Вид рабочего экрана первой версии Mac OS
Наиболее серьезные изменения в последней версии Microsoft Windows Vista, ставшей доступной для корпоративных пользователей в конце 2006 года (на момент написания этих строк индивидуальные пользователи все еще ждали своей версии этой системы), также произошли в области пользовательского интерфейса.
Что же касается возвращения утраченных свойств, то, как уже было сказано ранее, после появления персональных компьютеров первое время казалось, что концепция многозадачности, когда на одном компьютере одновременно выполняется несколько задач, исчерпала себя. Действительно, если каждому пользователю теперь выделяется целиком компьютер, то зачем нагружать операционную систему громоздкими функциями по разделению ресурсов между несколькими программами, запускаемыми разными пользователями? Однако очень скоро наступило осознание того, что даже при автономном использовании ПК (то есть без подключения его к сети) по-прежнему актуальна многозадачность, только теперь ресурсы компьютера должны разделяться не между программами разных пользователей, а между несколькими программами одного и того же пользователя. Более того, в ОС персональных компьютеров оказались востребованными и функции многопользовательской защиты для тех случаев, когда ПК поочередно используется несколькими людьми.
В соответствии с этой стратегией в 1987 году в результате совместных усилий Microsoft и IBM появилась первая мультипрограммная операционная система для персональных компьютеров с процессором Intel 80286, в полной мере использующая возможности защищенного режима — OS/2. Эта ОС с ее развитыми функциями многозадачности и файловой системой, снабженной встроенными средствами многопользовательской защиты, оказалась хорошей платформой для построения локальных сетей персональных компьютеров. В семействе ОС Windows многозадачность тоже была введена почти с первых версий. Причем долгое время существовали две реализации многозадачности. Первый вариант был характерен для тех версий Windows, которые фактически представляли собой надстройку (оболочку) над MS-DOS (то есть версии 1.0, 2.0, 3.0, 3.1, Windows 95/98/МЕ). Эта многозадачность была невытесняющей, то есть ОС не могла прервать выполняемую задачу, пока эта задача по своей инициативе не передавала управление операционной системе. Это ограничение снижало эффективность ОС. По-другому была решена проблема многозадачности в автономной линии Windows, начатой Windows NT и продолженной Windows 2000, Windows ХР Professional, Windows Server 2003 и Vista (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Операционные системы Windows компании Microsoft. Хронологическая схема
В этих ОС, для которых в этой книге используется обобщенное наименование «ОС семейства Windows NT», поддерживается эффективная вытесняющая многозадачность, полноценный многопользовательский режим, а также многопоточный режим, когда каждая задача может быть распараллелена на несколько независимо выполняющихся подзадач.
Поддержка многопользовательского и многозадачного режимов стала в современных ОС для ПК стандартом, этими свойствами обладают и две другие популярные ОС, работающие на ПК, — Mac OS X и Linux/Fedora.
Еще одним мощным фактором возвращения в ОС ПК многозадачности и многопользовательского режима стали локальные сети. Действительно, если компьютер подключен к локальной сети, то к его ресурсам (файлам, непосредственно подключенному принтеру и т. д.) может обращаться не только тот пользователь, который работает за клавиатурой, но и все остальные пользователи сети — если, конечно, эти ресурсы сделаны разделяемыми. Не способные выполнить эту функцию первые ОС персональных компьютеров, такие, например, как MS-DOS, дополнялись внешними программами, называемыми сетевыми оболочками. В простейшем случае они просто позволяли нескольким пользователям работать с одним файлом за счет дополнительных средств блокировки доступа. В MS-DOS такая блокировка была введена, начиная с версии 3.0 (это не означает, что MS-DOS 3.0 обладала встроенными сетевыми функциями, блокировка файлов была только необходимым условием для работы сетевых оболочек сторонних производителей или самой Microsoft).
Наибольшее распространение получили сетевые оболочки LAN Manager компании Microsoft и LAN Server компании IBM, разработанные этими компаниями на основе одного базового кода. Эти оболочки уступали по производительности специализированной ОС NetWare и потребляли больше аппаратных ресурсов, но имели важные достоинства универсальной ОС — они позволяли, во-первых, выполнять на сервере любые программы, разработанные для OS/2, MS-DOS и Windows, а во-вторых, использовать компьютер, на котором они были запущены, в качестве рабочей станции. Не очень удачная рыночная судьба OS/2, не позволила системам LAN Manager и LAN Server захватить заметную долю рынка, но принципы работы этих сетевых систем во многом нашли свое воплощение в более удачливой операционной системе 90-х годов: Microsoft Windows NT, содержащей встроенные сетевые компоненты, некоторые из которых имеют приставку LM — от LAN Manager.
Иной путь выбрала компания Novell. Она изначально сделала ставку на разработку, операционной системы со встроенными сетевыми функциями и добилась на этом пути выдающихся успехов. Ее сетевые операционные системы NetWare на долгое время стали эталоном производительности, надежности и защищенности для локальных сетей. С самой первой версии ОС NetWare (1983 г.) распространялась как операционная система для центрального сервера локальной сети, которая за счет специализации на выполнении функций файл-сервера обеспечивала максимально возможную для данного класса компьютеров скорость удаленного доступа к файлам и повышенную безопасность данных.
В 80-е годы были приняты основные стандарты на коммуникационные технологии для локальных сетей: в 1980 году — Ethernet, в 1985 — Token Ring, в конце 80-х — FDDI. Это позволило обеспечить совместимость сетевых операционных систем на нижних уровнях, а также стандартизовать интерфейс ОС с драйверами сетевых адаптеров.
Для персональных компьютеров применялись не только специально разработанные для них операционные системы, подобные MS-DOS, NetWare и OS/2, но и адаптировались уже существующие ОС. Появление процессоров Intel 80286 и особенно 80386 с поддержкой мультипрограммирования позволило перенести на платформу персональных компьютеров ОС Unix. Наиболее известной системой этого типа в 1980-е годы была версия Unix компании Santa Cruz Operation (SCO Unix).
Появление высокоскоростных и надежных локальных сетей дало мощный импульс развитию распределенных вычислительных систем. Наибольшую популярность завоевали системы клиент-сервер, в которых сервер чаще всего выполнял функции базы данных, а клиент предоставлял пользователю удобный графический интерфейс и выполнял обработку данных, которые были найдены сервером и переданы клиенту по сети.