Косарев_Экомическая информатика

ляет себе логическую структуру диска и может восстановить ее. В противном случае их придется удалить, потеряв содержимое. Если в таблице распределения файлов отмечено, что часть диска заня­ та информацией, которая не принадлежит никакому файлу, то со­ ответствующие блоки можно преобразовать в файл, чтобы потом просмотреть эту информацию и, возможно, спасти ее.

Программа уплотнения диска (DrvSpace) предназначена для создания и обслуживания уплотненных (сжатых) дисков. Уплот­ ненный диск представляет собой файл на обычном физическом гибком или жестком диске. Работа с таким диском ничем не отли­ чается от работы с простым диском. Разница заключается только в том, что при записи на диск данные сжимаются (непосредствен­ но перед записью), а при чтении восстанавливаются снова (непос­ редственно после считывания), поэтому чтение и запись выпол­ няются чуть медленнее, чем для обычного диска.

Программа резервирования (копирования) данных на диске (Backup) работает в трех режимах: резервирования (Backup), вос­ становления (Restore) и сравнения исходных данных с их резерв­ ными копиями (Compare). Для резервных копий используются дискеты, кассеты с магнитной лентой или другие сменные носите­ ли информации, а также возможно резервирование на другие же­ сткие диски.

Для резервирования небольших групп файлов часто исполь­ зуют программы-архиваторы, которые объединяют родственные файлы в один, при этом уплотняя исходные данные для того, что­ бы они занимали меньше места на диске.

Программа Системный монитор (System monitor) анализиру­ ет пиковую загрузку процессора и других ресурсов. По требова­ нию пользователя программой строится график загрузки ресур­ сов, таких, как диспетчер памяти, клиент для сети MS, сервер MS Network, файловая система, ядро и др. Программа используется в основном системными программистами и позволяет повысить быстродействие системы.

Антивирусные программы появились почти одновременно с персональными компьютерами, и с тех пор состав их постоянно растет. Современные антивирусные пакеты являются интегриро­ ванными средствами для выявления и устранения компьютерных вирусов. В связи с появлением операционных систем ( Windows 95, Windows NT, Windows 2000, OS/2 и др.) задача обеспечения

антивирусной защиты чрезвычайно усложнилась. Прежние анти­ вирусные средства, рассчитанные на работу под управлением DOS, не всегда способны корректно обнаружить и лечить компьютер­ ную инфекцию. Одним из наиболее перспективных направлений развития антивирусных средств является создание сетевых версий этих продуктов. Сетевой антивирусный пакет устанавливается на сервер и при обнаружении вируса блокирует дальнейшую работу с пораженными ресурсами. Среди антивирусных программ хоро­ шо себя зарекомендовали Norton Antivirus (фирмы Symantec), MS Antivirus в составе DOS 6.XX (фирмы Microsoft), Dr.Web (фирмы Диалог-Наука), Antiviral Toolkit Pro (фирмы «Ками») и др.

Различия между операционными оболочками и операционны­ ми средами достаточно условны. В ряде литературных источни­ ков они стерты, так как операционная среда обладает всеми при­ знаками оболочки, за исключением того, что последняя не фор­ мирует новой среды для выполнения программ. Это является функцией лишь операционной системы. В свою очередь, опера­ ционную среду нельзя назвать операционной системой, так как она не может функционировать самостоятельно. Исходя из этого операционную среду можно назвать полнофункциональной над­ стройкой над ОС. Наиболее известными операционными среда­ ми являются системы Windows 3.1 и Windows for Workgroups (Windows для рабочих групп), которые функционируют поверх DOS, при этом Windows for Workgroups является сетевым расши­ рением Windows 3.1.

Программно-инструментальные средства - это программные продукты, предназначенные для разработки программного обес­ печения. К ним относят системы программирования, которые включают систему команд процессора и периферийных устройств, трансляторы с различных языков программирования. В настоя­ щее время наиболее часто используются процедурно-ориентиро­ ванные системы программирования, такие, как MS Visual Basic, Borland Delphi и инструментарий искусственного интеллекта. Кроме того, используются системы программирования, не требу­ ющие описания алгоритма обработки данных, такие, как SQL, используемые, например, в MS Access и других программах. При их использовании следует указать исходные данные и требуемые результаты, а сам алгоритм генерируется системой программи­ рования.

Системы технического обслуживания - совокупность про­ граммно-аппаратных средств ПК для обнаружения сбоев в про­ цессе работы компьютера. Они предназначены для проверки ра­ ботоспособности отдельных узлов, блоков и всей машины в це­ лом, являясь инструментом специалистов по эксплуатации и ремонту технических средств компьютера.

Эти средства можно разделить на средства диагностики ПК, тестового контроля, аппаратного контроля и программноаппа­ ратного контроля.

Средства диагностики обеспечивают автоматический поиск ошибок и выявление неисправностей с определенной локализа­ цией их в ПК и его отдельных модулях.

Программно-логический контроль основан на использовании избыточного кода исходных и промежуточных данных ПК, что позволяет находить ошибки при изменении значения отдельных битов данных.

Тестовый контроль осуществляется с помощью специальных тестов для проверки правильности работы ПК или его отдельных устройств.

Аппаратный контроль ведется автоматически с помощью встроенного в ПК оборудования.

Программно-аппаратный контроль включает программный и аппаратный контроль.

Программное обеспечение, которое предназначено для реше­ ния определенных классов задач пользователя, называют приклад­ ным (application software). Прикладное программное обеспечение состоит из пакетов прикладных программ (ППП) и прикладных программ пользователя.

В настоящее время значительное место в прикладном ПО за­ нимают пакеты прикладных программ, которые по сфере приме­ нения делятся на проблемно-ориентированные, пакеты общего назначения и интегрированный пакеты.

Отличительной чертой проблемно-ориентированных ППП яв­ ляются их сравнительно узкая направленность на определенный круг решаемых задач и большое их разнообразие.

Пакеты общего назначения (методоориентированные пакеты) предназначены для решения типовых задач обработки данных.

Интегрированные ППП- это совокупность функционально раз­ личных программных модулей, способных взаимодействовать меж­ ду собой путем обмена данными через единый пользовательский

интерфейс. Областью применения таких пакетов является в основ­ ном экономическая сфера. Интегрированные пакеты обеспечива­ ют вычислительные потребности пользователя без обращения к другим программным продуктам. В структуре пакета предусмот­ рен модуль управления, обеспечивающий переключение между при­ ложениями и бесконфликтное использование общих данных. Со­ временные интегрированные пакеты содержат, как правило, пять функциональных компонентов: табличный процессор; тестовый (процессор) редактор; систему управления базами данных (СУБД); графический редактор; коммуникационные средства.

Прикладные программы создаются разработчиками с исполь­ зованием средств программирования, имеющихся в их распоря­ жении в составе конкретной вычислительной среды. В этом слу­ чае создание и отладка программ осуществляются обычно инди­ видуально в соответствии с правилами и соглашением ППП или ОС, в рамках которых они применяются.

3.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Операционная система в наибольшей степени определяет об­ лик вычислительной системы. Современные вычислительные си­ стемы состоят из процессоров, памяти, таймеров, различных ти­ пов дисков, накопителей на магнитных лентах, принтеров, сете­ вой коммуникационной аппаратуры и других устройств, требующих сложного механизма управления. ОС должна управ­ лять всеми ресурсами вычислительной машины так, чтобы обес­ печить максимальную эффективность ее функционирования. В со­ ответствии с этим главной функцией ОС является распределение процессоров, памяти, других устройств и данных между вычис­ лительными процессами, конкурирующими за эти ресурсы. Уп­ равление ресурсами включает решение следующих не зависящих от вида ресурса задач:

•планирование ресурса - т.е. определение, кому, когда и в ка­ ком количестве необходимо выделить данный ресурс;

•контроль за состоянием ресурса - т.е. поддержание опера­ тивной информации о том, занят или не занят ресурс, какое ко­ личество ресурса уже распределено, а какое свободно.

От эффективности алгоритмов управления локальными ресур­ сами компьютера во многом зависит эффективность всей сетевой ОС в целом.

Операционные системы различаются особенностями реали­ зации алгоритмов управления ресурсами компьютера, областя­ ми использования и по многим другим признакам. Так, в зависи­ мости от особенностей алгоритма управления процессором опе­ рационные системы делятся на однозадачные и многозадачные, однопользовательские и многопользовательские, на однопроцес­ сорные и многопроцессорные системы, а также на локальные и сетевые.

Однозадачные и многозадачные операционные системы. По числу одновременно выполняемых задач операционные системы делятся на два класса:

•однозадачные (например, MS DOS, MSX);

•многозадачные (ОС ЕС, OS/2, Unix, ОС семейства Windows)

идр.

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предос­ тавления пользователю виртуальной машины, делая более про­ стым и удобным интерфейс пользователя с компьютером. Одно­ задачные ОС включают средства управления периферийными ус­ тройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, уп­ равляют разделением совместно используемых ресурсов, таких, как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

Вытесняющая и невытесняющая многозадачность. Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ рас­ пределения процессорного времени между несколькими одновре­ менно существующими в системе вычислительными процессами во многом определяет особенность ОС. Среди множества суще­ ствующих способов реализациимногозадачности можно выделить две группы алгоритмов:

•невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);

•вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, Unix). Основным различием между вытесняющим и невытесняющим

алгоритмом многозадачности является степень централизации планирования вычислительных процессов. В первом случае пла­ нирование вычислительных процессов целиком возлагается на операционную систему, а во втором - распределено между one-

рационной системой и прикладными программами. При невытес­ няющей многозадачности активный вычислительный процесс вы­ полняется до тех пор, пока сама прикладная программа по соб­ ственной инициативе не отдаст указание операционной системе выбрать из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процес­ сора с одного активного вычислительного процесса на другой принимается самой ОС, а не прикладной программой.

В зависимости от областей использования многозадачные ОС подразделяются на три типа:

•системы пакетной обработки (например, ОС ЕС);

•системы с разделением времени (Unix, VMS);

•системы реального времени (QNX, RT/11).

Системы пакетной обработки предназначены для решения задач такого характера, которые не требуют быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способ­ ность, т. е. решение максимального числа задач в единицу време­ ни. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующий порядок обработки данных: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий фор­ мируется множество одновременно выполняемых задач. Для од­ новременного выполнения выбираются те задачи, которые предъявляют различные требования к ресурсам. Это делается с целью обеспечения сбалансированной загрузки всех устройств вычислительной машины. Например, является желательным од­ новременное присутствие вычислительных задач и задач с интен­ сивным вводом-выводом.

Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий за­ висит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, т.е. выбирается наиболее оптимальное, «выгодное» задание. Следо­ вательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени. В системах пакетной обработки переключение процессора с выпол­ нения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за необходимости выполнить операцию ввода-вы­ вода. Очевидно, что такой алгоритм вычислительного процесса снижает эффективность работы пользователя в интерактивном

режиме, но остается актуальным для обеспечения высокой произ­ водительности при обработке больших объемов информации и до настоящего времени, особенно в прикладных информацион­ ных системах.

Системы сразделением времени. В системах с разделением вре­ мени каждой задаче выделяется небольшой квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то это предполагает параллельное выполнение не­ скольких программ, существующих в рамках одной вычислитель­ ной системы. Ясно, что подобные системы обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользовате­ лем задача, а не та, которая «выгодна» системе. Критерием эф­ фективности систем с разделением времени является не максималь­ ная пропускная способность процессора, а эффективность рабо­ ты пользователя в интерактивном режиме.

Системы реального времени применяются для управления раз­ личными техническими объектами (такими, как станок, спутник, научная экспериментальная установка) или технологическими процессами (гальваническая линия, доменный процесс и т.п.). Применяют ОС РВ и в банковском деле. Критерием эффективно­ сти для систем реального времени является их способность вы­ держивать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответству­ ющее свойство системы -реактивностью. Среди наиболее извес­ тных ОС РВ для IBM PC - RTMX, AMX, OS-9000, FLEX OS, QNX и др. Среди перечисленных ОС наиболее полным набором инст­ рументальных средств обладает ОС РВ QNX, которая выполняет 32-разрядные приложения и может работать совместно с ОС се­ мейства Unix.

Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть - в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым ре­ жимом.

Многопользовательский и однопользовательский режимы. По числу одновременно работающих пользователей ОС могут быть

138 Глава 3

разделены на однопользовательские (MS DOS, Windows 3.x) и многопользовательские (Unix, Windows NT).

Главным отличием многопользовательских систем от одно­ пользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской и не всякая однополь­ зовательская ОС является однозадачной.

Многопроцессорные и однопроцессорные системы. Другим важ­ ным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки. В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцес­ сорной обработки данных. Такие функции имеются в операцион­ ных системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft

иNetWare 4.1 фирмы Novell.

Всистеме с многопроцессорной обработкой данных ОС мо­ гут быть разделены по способу организации вычислительного процесса следующим образом: асимметричные ОС и симметрич­ ные ОС. Асимметричная ОС целиком выполняется только на од­ ном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децент­ рализована и использует все количество процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.

Выше были рассмотрены особенности ОС, связанные с управ­ лением только одним типом ресурсов - процессором. Важное вли­ яние на операционную систему в целом, на возможности ее ис­ пользования в той или иной области оказывают также особенно­ сти управления и другими ресурсами, такими, как память, файлы, устройства ввода-вывода.

Одним из важных признаков классификации ОС является де­ ление их на сетевые и локальные. Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в сеть с це­ лью совместного использования данных. Они предоставляют мощ­ ные средства разграничения доступа к информации, ее целостно­ сти и сохранности, а также другие возможности использования сетевых ресурсов. Сетевая операционная система составляет ос­ нову любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в некоторой степени автономен, поэтому под сетевой операцион­ ной системой, с одной стороны, понимается вся совокупность one-

рационных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. С другой стороны, сетевая ОС - это опе­ рационная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети. В большинстве случаев ОС уста­ навливаются на одном или более достаточно мощных компьюте­ рах-серверах, предназначенных исключительно для обслуживания сети и совместно используемых ресурсов. Все остальные ОС бу­ дут считаться локальными сетевыми и могут использоваться на любом ПК, подключенном к сети в качестве рабочей станции. На каждой рабочей станции выполняется своя собственная локаль­ ная сетевая операционная система, отличающаяся от ОС автоном­ ного компьютера наличием дополнительных средств, позволяю­ щих компьютеру работать в сети. Локальная сетевая ОС такого типа не имеет фундаментальных отличий от ОС автономного ком­ пьютера, но она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств (драйвер сетевого адапте­ ра), а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным файлам, однако эти допол­ нения существенно не меняют структуру самой операционной си­ стемы. В сетевой операционной системе отдельной машины мож­ но выделить несколько частей (рис. 3.2):

• средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между планиро­ ванием и диспетчеризацией процессов, управления процессо­ рами в многопроцессорных машинах, управления периферий­ ными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС;

• средства предоставления собственных ресурсов и услуг в об­ щее пользование - серверная часть ОС (сервер). Эти средства обес­ печивают, например, блокировку файлов и записей, что необхо­ димо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление оче­ редями запросов удаленных пользователей к своим периферий­ ным устройствам;

• средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использование - клиентская часть ОС. Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос по-

140 Глава 3

Средства управления локальными ресурсами

(локальная ОС)

Серверная часть Клиентская часть

Коммуникационные средства

Рис. 3.2. Структура сетевой ОС

ступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиент­ ская часть также осуществляет прием ответов от серверов и пре­ образование их в локальный формат, так что для приложения вы­ полнение локальных и удаленных запросов неразличимо;

• коммуникационные средства ОС, с помощью которых про­ исходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адре­ сацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи со­ общения по сети, надежность передачи и т.п., т.е. является сред­ ством транспортировки сообщений.

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

Первые сетевые ОС представляли собой совокупность суще­ ствующей локальной ОС и надстроенной над ней сетевой обо­ лочки. При этом в локальную ОС встраивался минимум сетевых