Аверянов Основы современной информатики 2007

лов в общее пользование или организация совместного доступа факса, или предоставление всем пользователям сети возможности запуска на данном компьютере своих приложений), то такой компьютер называется выделенным сервером. В зависимости от того, какой ресурс сервера является разделенным, он называется файл-сервером, факс-сервером, принт-сервером, сервером приложений и т.п.

На выделенных серверах устанавливаются ОС, специально организованные для выполнения тех или иных серверных функций. Поэтому в сетях с выделенными серверами чаще всего используются сетевые ОС, отличающиеся возможностями серверных частей. Например, сетевая ОС Novell NetWare имеет серверный вариант, оптимизированный для работы в качестве файл-сервера, а также варианты оболочек для рабочих станций с различными локаль-

ными ОС (DOS, Macintosh, OS/2, UNIX, Windows). Другой пример ОС, ориентированной на построение сети с выделенным сервером, – ОС Windows NT. В отличие от NetWare оба варианта данной сетевой ОС – Windows NT Server (для выделенных серверов) и Windows NT Workstation (для рабочей станции) могут поддерживать функции и клиента, и сервера. Но серверный вариант Windows NT имеет больше возможностей для предоставления ресурсов своего компьютера другим пользователям сети (выполняет более широкий набор функций, поддерживает большое количество одновременных соединений с клиентами, имеет развитые средства защиты). В качестве локальных ОС могут использоваться также DOS, OS/2, Macintosh и др.

Несимметричность ОС в сетях с выделенным сервером сопровождается, как правило, несимметричностью аппаратуры. Для выделенных серверов используются более мощные компьютеры, рассмотренные в гл. 2, а также мейнфреймы и даже суперЭВМ.

Водноранговых сетях все компьютеры равны в правах доступа

кресурсам друг друга: каждый пользователь может объявить ка- кой-либо ресурс своего компьютера разделяемым. В таких сетях на всех компьютерах устанавливается одна и та же ОС, которая предоставляет всем компьютерам в сети равные возможности. Одноранговые сети могут быть построены, например, на базе ОС

LANtastic, Personal Ware, Windows for Workstation, Windows NT Workstation.

221

Одноранговые сети проще в организации и эксплуатации, однако они применяются, в основном, для объединения небольших групп пользователей, не предъявляющих больших требований к объемам хранимой информации, ее защищенности от несанкционированного доступа и скорости доступа. При повышенных требованиях к этим характеристикам более подходящими являются сети с выделенными серверами, которые в ряде случаев обеспечивают наиболее эффективный режим работы сети, называемый клиентсервер. В этом режиме работа сети распределяется между машиной клиента (который формирует запрос на обработку и принимает его результаты) и сервером, производящим требуемую обработку значительно быстрее ввиду значительно больших, чем у клиента, ресурсов и производительности.

При этом значительно уменьшается загрузка сети, по сравнению с работой в режиме файл-сервера, так как не требуется пересылка клиенту самих обрабатывающих программ и больших файловданных для использования их клиентом при обработке на собственной ЭВМ.

Обеспечение защиты информации от несанкционированного доступа и контроль за ним являются неотъемлемой частью сетевых ОС.

Основы стандартов в области безопасности сетевых ОС сформулированы в «Критериях оценки безопасности компьютерных систем», разработанных в 1983 г. Национальным центром компьютер-

ной безопасности США (NCSC – National Computer Security Center).

В соответствии с иерархией надежности систем, нижний уровень помечается как D, а верхний – как А:

в класс D попадают системы, оценка которых выявила их несоответствие требованиям всех других классов;

уровень C делится на два подуровня – уровень С1, предохраняющий данные от ошибок пользователей, но не от действий злоумышленников, и более строгий уровень – C2 (на уровне С2 должны присутствовать средства секретного входа и контроля перед тем, как им будет разрешен доступ к системе, средства учета и наблюдения (auditilly) обеспечивают возможность обнаружить и зафиксировать важные события, связанные с безопасностью или любые попытки создать, получить доступ или удалить системные ресурсы и т.п.);

системы уровня B основаны на помеченных данных и распределении пользователей по категориям, т.е. реализуется мандатный

222

контроль доступа (каждому пользователю присваивается рейтинг защиты и он может получать доступ к данным только в соответствии с этим рейтингом);

уровень А является самым высоким уровнем безопасности – он требует в дополнение ко всем требованиям уровня B выполнения формального, математически обоснованного доказательства соответствия системы требованиям безопасности.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что следует понимать под программой и программным обес-

печением? В чем различие Saft Ware, Firm Ware, Share Ware, Free Ware? Какие три состояния (формата) может иметь программа одного и того же функционального назначения?

2.Расскажите о жизненном цикле программного обеспечения, назначении каждой фазы. Перечислите основные этапы фазы разработки.

3.Расскажите о разновидности программного обеспечения (ПО). Перечислите функциональные особенности различных видов ПО и способы организации прикладного ПО.

4.Какие основные функции выполняет операционная система (ОС)? Назовите ее составные части, место размещения и способы загрузки.

5.Перечислите разновидности трансляторов. Укажите области их применения. Какова роль компоновщиков при подготовке программ? Что имеется в виду под динамическим связыванием?

6.Что такое файловая система? Назовите ее основные функции, разновидности файлов и их атрибуты.

7.Расскажите об особенностях ОС различных вычислительных систем. Перечислите основные функции сетевых ОС и их разновидности.

223

прикладное ПО (или ППП).

К системному ПО относятся операционные системы, в состав которых входят управляющие части традиционной ОС (см. гл. 6), системные утилиты, а также сетевое ПО. Этот вид программного обеспечения носит универсальный характер, не связан с конкретным применением ПК и выполняет традиционные функции, характерные для системного ядра ОС: планирование и управление задачами, осуществление посреднических функций между физическим уровнем аппаратуры и логическим уровнем пользователя, управления вводом-выводом и т.п.

Утилиты (вспомогательные или служебные программы) облегчают работу пользователя при проверке, наладке и настройке ПК. Существует два альтернативных направления использования таких программ: интеграция с ОС и автономное функционирование. Первое, наиболее значительное направление составляют так называемые системные утилиты, среди которых можно условно выделить следующие классы:

сервисные утилиты, предназначенные для эффективной работы с периферийными устройствами и файлами в среде ОС;

тестовые утилиты для оценки и диагностики параметров аппаратных и программных средств;

утилиты загрузки шрифтов национального языка, в качестве дополнительных (к английскому) при работе с устройствами вводавывода (клавиатура, принтер и т.п.);

интерфейсные оболочки данной ОС; антивирусы и т.д.

Инструментальное ПО выделено из состава ОС ввиду особенностей применений ПК, большая часть которых работает на уровне приложений (ППП) и не нуждается в подобных средствах. Однако для разработчиков ПО основными инструментальными средствами являются средства поддержки процесса программирования для ПК, наиболее распространенных в настоящее время.

Инструментальные средства ПК имеют ряд особенностей, связанных с созданием средо-ориентированных систем программирования.

Наблюдается устойчивая тенденция интегрировать компилятор и средства поддержки программирования, содержащие редактор текстов, макропроцессор, редактор связи (Linker), библиотекарь,

225

отладчик (Debugger), компоновщик, инструктор (Help), в единую систему, представляющую собой единый объектно-ориентирован- ный командный интерфейс в виде меню и окон для манипулирования всеми перечисленными средствами.

Первой по этому плодотворному пути начала работать фирма Borland с семейством Turbo-реализаций наиболее популярных языков программирования. Успех такого подхода обеспечил ей заметную конкурентоспособность по отношению к мощному соперникуфирме Microsoft, которая в своих последующих версиях также следует по пути создания интегрированных сред. Реализация языков в средах, как правило, содержит большое количество расширений (по сравнению со стандартными определениями ASNI). В трансляторы включается большое количество дополнительных функций и библиотек, значительно расширяющих возможности языков.

Следует отметить, что инструментальные системы ПК, при всех их достоинствах связаны с ограничениями переносимости разработанного ПО на различные платформы.

Популярность и повсеместное распространение ПК определяется прикладным ПО.

Разработка пакетов прикладных программ разного назначения значительно изменила характер человеческой деятельности в самых различных сферах: от научных и проектных организаций до банков, бухгалтерий, отделов кадров, офисов и т.п.

Одно из распространенных применений ПК – подготовка текстов. Диапазон текстов простирается от простых деловых писем, статей и отчетов до газет, журналов и монографий, целиком подготавливаемых на ПК. Поэтому диапазон ППП этого типа может варьироваться от простых текстовых редакторов до комплексных программных систем оперативной полиграфии, позволяющих комбинировать в едином документе текстовые и графические образы.

Табличные процессоры или электронные таблицы – одно из самых первых и массовых применений ПК. В основе табличного процессора лежит механизм потоковых вычислений над элементами двумерной матрицы.

Быстрое совершенствование технических характеристик ПК сделало возможным создание и эксплуатацию систем управления базами данных (СУБД), составляющих основу автоматизированных систем управления (АСУ).

226

Преодоление кризиса в проектировании сложных технических систем непосредственно связано с разработкой систем автоматизированного проектирования, элементами которого являются ППП

для различных направлений техники и технологии.

Большое разнообразие математических пакетов, реализующих как методы вычислительной математики, так и символьные вычисления, активно используется в сфере научно-технических приложений.

Проблемы искусственного интеллекта представлены в виде экс-

пертных систем.

Одно из направлений в развитии ППП – создание интегрированных сред, объединяющих наиболее распространенные приложения в рамках единых, стандартных для среды интерфейсов, обеспечивающих высокую степень взаимодействия между приложениями. Сюда можно отнести одну из первых таких разработок фирмы Microsoft Works, а также наиболее популярную в последнее время среду Office. Основу этих приложений составляют редакторы текстов, электронные таблицы и СУБД.

7.2. Краткая характеристика ОС, применяемых в ПК

До последнего времени для ПК IBM-клона применяются три типа локальных ОС:

однопользовательская однозадачная DOS; однопользовательские многозадачные OS/2, Windows 95, 98,

2000, ...;

многопользовательская многозадачная UNIX.

Начальная ОС для ПК – DOS, которая появилась в 1982 г. и до 1988 г. была единственной ОС для этого типа ЭВМ и в некотором смысле основой при разработке последующих ОС. Последующие операционные системы (OS/2, Windows) представляют собой дальнейшее развитие DOS, недостатки которой довольно быстро выявились и связаны с опережающим развитием технических средств ПК. Все эти ОС в определенной степени возникли в недрах фирмы Microsoft и имеют ряд общих черт, характерных для дисковых ОС.

1. Обеспечение автоматического запуска ОС с помощью ком-

плекса программ BIOS (Basic Input/Output System), хранящихся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ или ПП3У) и пред-

227

ставляющих так называемое аппаратно-ориентированное ПО (Firm ware), поставляемое изготовителем ЭВМ. BIOS начинает работать после включения питания ПК с проверки комплектности ЭВМ (проверки ОП, наличие НЖМД и НГМД, наличие клавиатуры) и сообщения о неисправностях. Если с комплектацией все в порядке, то BIOS завершает свою работу считыванием из специальной (системной) области диска программы-загрузчика, которая и осуществляет дальнейшее размещение ОС в ОП и ее запуск.

2. Физическая организация файловой системы во всех указан-

ных ОС имеет общие принципы. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах раз-

мещения файлов (FAT-таблицах (File Allocation Table)).

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт. В операционных системах DOS, OS/2, Windows 95 для адресации файлов используются 16разрядные поля (FAT 16). Такое адресное пространство не позволяет адресовать каждый сектор для дисков, объем которых превышает 32 Мбайт. В связи с этим группы секторов условно объединяют в кластеры. Кластер – наименьшая единица адресации данных на диске. Размер кластера в отличие от размера сектора не фиксирован и зависит от емкости диска. Так, для дисков объемом 1 – 2 Гбайта длина кластера составляет 32 Кбайта (64 сектора). Это приводит к нерациональному расходу рабочего пространства диска, поскольку любой файл (даже очень маленький) полностью оккупирует целый кластер. Даже если файл достаточно велик, в его конце может образоваться остаток, расходующий целый кластер, занимая при этом незначительную часть его. В результате потери, связанные с неэффективностью файловой системы, могут составлять 25 – 40 % полной емкости диска.

Частично эта проблема решается разбиением физического пространства диска на ряд разделов – логических дисков, каждый из которых имеет свою FAT-таблицу и представляется для пользователя как автономный, независимый диск.

228

Еще более радикальное решение – переход на FAT-таблицы с 32-разрядным адресным полем (FAT 32). Такой переход начался с ОС Windows 98. Для дисков до 8 Гбайт эта система обеспечивает размер кластера 4 Кбайт (8 секторов).

3. Логическая организация функции файловой системы доста-

точно традиционна. Для пользователя она представляется в виде иерархической, древовидной структуры. Метод именования файлов заимствован из системы UNIX, полное имя файла состоит из цепочки имен всех охватывающих каталогов (которые в ОС Windows 95, 98, 2000, ... называются папками), начиная от корня файловой системы, завершаемой локальным именем файла.

Каталог является файлом. В качестве разделителя используется левый слэш (в UNIX – правый слэш). Для сокращенного именования, как и в UNIX, введено понятие текущего каталога.

К функциям обслуживания файловой структуры относятся операции, происходящие под управлением ОС:

создание файлов и присваивание им имен; создание каталогов (папок) и присваивание им имен; переименование файлов и каталогов (папок);

копирование и переименование файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;

удаление файлов и каталогов (папок); навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному

файлу, каталогу (папке); управление атрибутами файлов.

Кроме имен и расширений имен файлов ОС хранит для каждого файла дату его создания (изменения) и несколько флаговых величин, называемых атрибутами файла. Атрибуты – дополнительные параметры, определяющие свойства файлов. ОС позволяет их контролировать и изменять. Состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами.

Основных атрибутов четыре:

1)только для чтения (Read only);

2)скрытый (Hidden);

3)системный (System);

4)архивный (Archive).

Рассмотрим некоторые особенности ОС, применяемых для ПК IBM РС-клона.

229

DOS. Как уже упоминалось, первая 16-разрядная ОС для ПК IBM, имевшая колоссальный успех, была разработана в 1981 г. сотрудником фирмы Seattle Computer Products Тимом Петерсоном, который выполнял работу в рамках фирмы Microsoft. Эта ОС явилась развитием своего логического предшественника – очень популярной (по тем временам) операционной системы СР/М, применяемой для 8-разрядных микроЭВМ. При поставке DOS фирмойразработчиком она называлась MS-DOS, при поставке фирмой IBM – PC-DOS. Множество лицензий на MS-DOS были затем проданы другим изготовителям и имели собственные названия: так, фирма Digital Research (разработчик СР/М) разработала DR-DOS.

DOS являлась единственной ОС, применяемой для ПК IBM PC вплоть до 1987 г. и фактически основной до 1995 г., поскольку появившаяся в 1987 г. OS/2 имела ограниченное распространение. За этот период выпущено шесть версий ОС: от MS-DOS 1.0 (1981 г.) до MS-DOS 6.0 (1993 г.). Продолжающаяся в этот период разработка DOS связана, прежде всего, с адаптацией к интенсивно развивающимся техническим средствам ПК, постоянно увеличивающимся объемом ОП, появлением новых типов НГМД и НЖМД, поддержкой CD-ROM, поддержкой средств сетевого взаимодействия и т.п. Очень важным элементом в совершенствовании DOS явилось создание полноэкранного, алфавитно-цифрового (Norton Commander), а затем и графического пользовательского интерфейса, последняя версия которого в виде оболочки Windows 3.1 явилась промежуточным этапом к переходу на 32-разрядные ОС фир-

мы Microsoft.

Независимо от версий, работу DOS обеспечивают следующие три компонента:

базовая система ввода-вывода (BIOS, или RIOS) – записанная в ПЗУ программа (программа поставляется производителями ЭВМ и выполняет функцию обеспечения нормального функционирования: проверку комплектности, тестирование различных устройств ПК, инициализацию загрузки DOS и ряд других функций, эта программа не является файлом и фактически не входит в состав DOS);

ядро DOS содержит в виде скрытых файлов: блок первоначальной загрузки (bootstrap), располагаемый в первом секторе системного диска (считываемый с помощью BIOS) и обеспечивающий загрузку в память машины операционной системы – IO.SYS (или IBM

230