2.1.8.5. Функции сетевых операционных систем
Сетевая ОС выполняет как функции автономного компьютера, так и специфические функции организации взаимодействия процессов, выполняющихся на разных машинах.
Функции и подсистемы ОС автономного компьютера. Управление процессами. ОС генерирует системные информационные структуры для хранения данных о ресурсах вычислительной системы, а также о фактически выделенных ресурсах (ОП, процессор, файлы, устройства ввода–вывода и т.п.) для процессов, развивающихся в системе.
В мультипрограммной ОС различают два вида процессов: пользовательские и системные процессы. Основные принципы управления процессами:
– ОС поддерживает очереди заявок к ресурсам с учетом приоритетов.
– ОС защищает ресурсы, выделенные процессу, от других ресурсов.
– Каждый процесс работает в своем адресном пространстве ОП.
– Процесс может быть многократно прерван и возобновлен. Для этого сохраняется контекст процесса (состояние операционной среды).
Управление памятью. ОС осуществляет распределение физической памяти между процессами и защиту памяти, настройку адресно-зависимых частей кодов процесса, загрузку кодов в отведенную область памяти.
Управление файлами и внешними устройствами. Файловая система ОС скрывает от пользователя сложную реальную аппаратуру (виртуализирует набор данных, хранящихся на внешнем накопителе, в виде файла). Наборы данных, разбросанных по цилиндрам, представляются в виде иерархической структуры файлов и каталогов.
Для управления конкретной моделью внешнего устройства производители этих устройств поставляют специализированные программы – драйверы.
Концепция файлового доступа, впервые использованная в ОС Unix, обеспечивает высокоуровневый интерфейс прикладного программирования к разнородным внешним устройствам.
Защита данных и администрирование. Основные функции:
– защита данных от несанкционированного доступа;
– аудит ОС (фиксация событий, влияющих на безопасность системы);
– поддержка отказоустойчивости, резервирование;
– утилиты для администратора, резервное копирование.
Интерфейс прикладного программирования. Алфавитно-цифровой или графический интерфейс прикладного программиста API (Application Programming Interface) обеспечивает доступ к возможностям ОС, поскольку в современных ОС все действия по управлению аппаратными средствами компьютера может выполнять только ОС.
Для обращения к функциям API приложение использует системные вызовы. Сетевые ОС – Сетевое ПО.
Сетевая ОС – это пока ОС отдельного компьютера, способного работать в сети. Сетевая ОС самостоятельно создает и завершает свои собственные процессы и управляет локальными ресурсами.
Сетевое ПО – это совокупность сетевых ОС отдельных компьютеров, работающих в сети. В одной сети могут работать компьютеры с различными ОС (например, Unix, Windows 98, Windows XP, Windows NT). Для организации взаимодействия процессов, выполняющихся на разных машинах, эти ОС используют согласованный набор коммуникационных протоколов.
Виртуальная сеть ( не путать с VLAN). Сетевое ПО создает среду, в которой пользователь может запустить задание на любой машине и всегда знает на какой.
Распределенная ОС. Распределенная ОС динамически и автоматически распределяет работы по машинам сети, т.е. предоставляет пользователю виртуальный унипроцессор. Истинно распределенная ОС – пока идеал.
На рис. 146 представлены функциональные компоненты сетевой ОС. На этом рисунке:
– средства управления локальными ресурсами – это все функции ОС автономного компьютера;
– серверная часть ОС – это средства предоставления локальных ресурсов и услуг в общее пользование;
– клиентская часть ОС – это средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам;
– транспортные средства обеспечивают передачу сообщений между компьютерами сети через коммуникационную систему.
|
|
|
Рис. 146. Функциональные компоненты сетевой ОС. |
Пример. Если пользователь компьютера A посылает свой файл на диск компьютера B, то выполняется следующая последовательность действий:
1. Пользователь компьютера A набирает на клавиатуре команду пересылки файла и нажимает клавишу <Enter>.
2. Модуль ОС, обеспечивающий интерфейс пользователя, принимает эту команду и передает ее клиентской части ОС компьютера A.
3. Клиентская часть посылает сообщение с запросом на пересылку серверной части B.
4. Транспортные средства ОС, используя коммуникационные протоколы (PPP, Ethernet, Token Ring, IP, IPX, TCP, ...), управляют пересылкой сообщений между клиентской и серверной частями компьютеров A и B соответственно:
• формируют сообщения;
• разбивают сообщения на части (пакеты, кадры);
• преобразуют имена компьютеров в числовые адреса;
• определяют маршрут доставки;
• обеспечивают надежность доставки.
5. На компьютере B серверная часть постоянно ожидает запросов из сети. Приняв запрос, серверная часть обращается к локальному диску компьютера B и размещает на нем пересылаемый файл.
Клиентская часть ОС должна различать запрос на обращение к удаленному файлу от запроса к локальному файлу и соответственно направлять запрос. Поэтому клиентская часть, как уже отмечалось, часто называется редиректором. Клиентская часть также преобразует запросы из формата клиентской части в формат серверной и обратно (Presentation Layer).
Сетевые службы и сервисы. Сетевая служба – это совокупность серверной и клиентской частей ОС, предоставляющая доступ к конкретному типу ресурса через сеть, например файловой службе, службе печати, службе удаленного доступа и т.д. Каждая служба предоставляет пользователю набор услуг (сетевых сервисов).
Сервис – это интерфейс между потребителем услуг и поставщиком услуг (службой).
Например, служба удаленного доступа предоставляет пользователям доступ к удаленным ресурсам через коммутируемые телефонные каналы.
Выделяются службы, ориентированные на администратора сети:
– централизованная справочная служба (служба каталогов) для ведения базы данных о пользователях сети, а также данных о программных и аппаратных компонентах сети;
– служба мониторинга (анализирует трафик);
– служба безопасности.
Серверные службы являются клиент-серверными системами. Сервер предоставляет ресурсы клиенту, а клиент ими пользуется.
Принципиальное различие между клиентом и сервером в том, что инициатором выполнения работы сетевой службой всегда является клиент, а сервер всегда находится в режиме пассивного ожидания запроса (или выполнения текущего запроса – в этом случае вновь поступившие запросы помещаются в очередь).
Пример. Почтовый сервер всегда находится в режиме ожидания запроса на пересылку клиенту содержимого электронного почтового ящика или на отправку электронной почты.
Назовем варианты построения сетевых ОС:
1. Сетевые службы глубоко встроены в ОС. Примером такой ОС является Windows NT компании Microsoft. В этом случае появляется возможность оптимизировать функции ОС и устранить избыточность.
2. Сетевые службы объединены в виде оболочки. В этом случае термин «сетевая ОС» имеет смысл набора сетевых служб, способных согласованно работать в общей операционной среде. Например, в сетях NetWare компании Novell рабочая станция имеет:
• клиентскую часть файловой службы и службы печати, установленной над MS-DOS;
• серверную часть файловой службы и службы печати File and Print Services for NetWare.
3. Сетевая служба в виде отдельного продукта.
Одноранговые и серверные сетевые ОС. Компьютер в сети является:
• выделенным сервером, если он только обслуживает запросы других компьютеров;
• клиентским узлом, если он только посылает запросы серверам;
• одноранговым узлом, если он совмещает функции сервера и клиента.
Одноранговая сеть – это сеть на основе одноранговых узлов. Все узлы в такой сети имеют потенциально равные возможности. Например, LANtastic, Personal Ware, Windows for Workgroups, Windows NT Workstation, Windows 95/98/2000. На отдельных компьютерах одноранговой сети возможно отключить серверную или клиентскую функцию. Число узлов 10–20. Не требуется централизованное администрирование. Безопасность не обеспечивается.
Сеть на основе клиентских узлов и выделенных серверов называется сетью с выделенными серверами. Гибридная сеть включает узлы всех типов. Специализация ОС в качестве сервера способствует повышению эффективности операций, что особенно ощутимо в крупных сетях (с сотнями и тысячами пользователей). В качестве сервера используется компьютер с мощной аппаратной платформой и ОС, оптимизированной для серверных функций. Например, ОС NetWare оптимизирована для файлового сервиса и сервиса печати.
Требования к современным ОС:
• расширяемость означает, что код ОС позволяет вносить дополнения и изменения без нарушения целостности;
• переносимость с аппаратной платформы одного типа на аппаратную платформу другого типа;
• совместимость означает возможность выполнения программ, написанных для других ОС;
• надежность и отказоустойчивость;
• безопасность;
• производительность.