Операционные системы (ОС). Классификация, ОС семейства Windows, Linux, особенности

1.

Операционные системы (ОС). Классификация, ОС
семейства Windows, Linux, особенности
1. Операционные системы. Их назначение и
функции.
Операционные
системы
являются
основой
программного обеспечения вычислительных машин.
Операционная
система
—
это
комплекс
взаимосвязанных системных программ, назначение
которого — с одной стороны интерфейс между
пользователем
и
аппаратными
компонентами
вычислительных машин и вычислительных систем, а
с другой стороны предназначен для эффективного
управления вычислительными процессами, а также
наиболее
рационального
распределения
и
использования вычислительных ресурсов.
1

2.

Операционная система выполняет роль связующего
звена
между
аппаратурой
компьютера,
с
одной
стороны, и выполняемыми программами, а также
пользователем, с другой стороны.
Операционная
система
обычно
хранится
во
внешней памяти компьютера — на диске. При
включении компьютера она считывается с дисковой
памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется
загрузкой операционной системы.
2

3.

Основная функция всех операционных систем —
посредническая.
Она заключается в обеспечении нескольких видов
интерфейса:
• интерфейса между пользователем и программноаппаратными
средствами
компьютера
(интерфейс
пользователя);
• интерфейса между программным и аппаратным
обеспечением (аппаратно- программный интерфейс);
• интерфейса между разными видами программного
обеспечения (программный интерфейс).
3

4.

В функции операционной системы входит:
• осуществление диалога с пользователем; вводвывод и управление данными;
• планирование и организация процесса обработки
программ;
• распределение ресурсов (оперативной памяти и
кэша, процессора, внешних устройств);
• запуск программ на выполнение;
• всевозможные
вспомогательные
операции
обслуживания;
• передача
информации
между
различными
внутренними устройствами;
• программная поддержка работы периферийных
устройств
(дисплея,
клавиатуры,
дисковых
накопителей, принтера и др.).
4

5.

В зависимости от количества одновременно
обрабатываемых задач и числа пользователей,
которых могут обслуживать ОС, различают четыре
основных класса операционных систем:
1. однопользовательские
однозадачные,
которые
поддерживают одну клавиатуру и могут работать
только с одной (в данный момент) задачей;
2. однопользовательские однозадачные с фоновой
печатью, которые позволяют помимо основной задачи
запускать
одну
дополнительную
задачу,
ориентированную, как правило, на вывод информации
на печать. Это ускоряет работу при выдаче больших
объёмов информации на печать;
5

6.

1. однопользовательские
многозадачные,
которые
обеспечивают одному пользователю параллельную
обработку нескольких задач. Например, к одному
компьютеру можно подключить несколько принтеров,
каждый из которых будет работать на "свою" задачу;
2. многопользовательские
позволяющие
на
одном
многозадачные,
компьютере
запускать
несколько задач нескольким пользователям. Эти ОС
очень сложны и требуют значительных машинных
ресурсов.
6

7.

Операционная
система
для
персонального
компьютера, ориентированного на профессиональное
применение, должна содержать следующие основные
компоненты:
• программы управления вводом/выводом;
• программы, управляющие файловой системой и
планирующие задания для компьютера;
• процессор командного языка, который принимает,
анализирует и выполняет команды, адресованные
операционной системе.
7

8.

Классификация ОС
Для построения классификации ОС рассмотрим
основные направления:
• Область использования ОС;
• Типы аппаратной платформы;
• Методы проектирования;
• Реализация внутренних алгоритмов управления
ресурсами.
8

9.

Классификация по области использования:
Настольные ОС – ОС, ориентированные на работу
отдельного пользователя. (Windows)
Серверные, использующиеся в серверах сетей как
центральное звено, а также в качестве элементов
систем управления; (Windows NT)
Специализированные ОС, ориентированные на
решение узких классов задач с жестким набором
требований (высокопроизводительные вычисления,
управление в реальном времени).
Мобильные ОС – вариант развития настольных ОС
на аппаратной платформе КПК (PalmOS, Windows CE).
9

10.

Состав операционной системы
В общем случае в состав ОС входят следующие
модули:
• Программный модуль, управляющий файловой
системой.
• Командный процессор, выполняющий команды
пользователя.
• Драйверы устройств.
• Программные
модули,
обеспечивающие
графический пользовательский интерфейс.
• Сервисные программы.
• Справочная система.
10

11.

Наиболее
общим
подходом
к
структуризации
операционной системы является разделение всех ее
модулей на две группы:
• Ядро
–
это
модули,
выполняющие
основные
функции ОС.
• Вспомогательные
вспомогательные
определяющих
модули,
функции
свойств
ядра
ОС.
выполняющие
Одним
является
работа
из
в
привилегированном режиме.
11

12.

Модули ядра выполняют следующие базовые
функции ОС:
• Управление процессами,
• Управление системой прерываний,
• Управление памятью, управление устройствами
ввода-вывода,
Функции, решающие внутрисистемные задачи
организации вычислительного процесса:
• переключение контекстов,
• загрузка/выгрузка страниц,
• обработка прерываний.
Эти функции недоступны для приложений.
Функции, служащие для поддержки приложений,
создавая для них так называемую прикладную
программную среду.
12

13.

Объектами ядра ОС являются:
• Процессы.
• Файлы.
• События.
• Потоки.
• Семафоры – объекты, позволяющие войти в
заданный участок кода не более чем n потокам.
• Мьютексы – одноместные семафоры, служащие в
программировании для синхронизации одновременно
выполняющихся потоков.
• Файлы, проецируемые в память.
13

14.

2. Операционные системы семейства Windows
Windows
была, наверное, первой операционной
системой, которую Биллу Гейтсу никто не заказывал, а
разрабатывать ее он взялся на свой страх и риск. Что в
ней
такого
особенного?
Во-первых,
графический
интерфейс. Такой на тот момент был только у
пресловутой Мас 0S. Во-вторых, многозадачность. В
общем, в ноябре 1985 вышла Windows 1.0. Основной
платформой ставились 286-е машины.
14

15.

Windows 3.x
В своей основе Windows3.x - 16-разрядная ОС,
поэтому для программ память представляется
состоящей из 64-Кб сегментов, а все данные в основе
16-разрядные. Такая система доводит не только
программистов,
но
может
оказаться
менее
эффективной по сравнению 32-разрядной адресацией
при работе с большими массивами данных. Еще одно
следствие
16-разрядной
базы
этой
ОС
ограниченность системных ресурсов. В Windows 3.x
для хранения таких структур, как дескрипторы
файлов прикладных программ выделяется небольшой
блок памяти в других адресах.
15

16.

Windows 3.0
Крупным шагом вперед стал выпуск в мае 1990 года
версии Windows 3.0. Фирма Microsoft ввела поддержку
защищенного режима процессоров 80286 и 80386, что
давало прикладным программам больше памяти.
Поддержка 386 расширенного режима была перенесена
из Windows/386. Прикладным программам отводилось
до 16 Мб памяти, причем не странично
организованной, а доступной для одновременного
использования.
Была
реализована
псевдомногозадачность и возможность выполнения
DOS-программ в окне.
16

17.

Windows 3.1
Операционная оболочка Windows 3.1 - это
разработанная фирмой Microsoft надстройка над ОС
DOS,
обеспечивающая
большое
количество
возможностей и удобств для пользователей и
программистов.
Широчайшее
распространение
Windows сделало 661 фактическим стандартом для
IBM PC - совместимых компьютеров: подавляющее
большинство пользователей таких компьютеров
работают в Windows. В отличие от оболочек типа
Norton Commander,Windows не только обеспечивает
удобный и наглядный интерфейс для операции с
файлами, дисками и т.д., но и предоставляет новые
возможности для запускаемых программ в среде
Windows программ.
17

18.

Windows 95
24 августа 1995 года в продажу поступила новая
операционная система Windows 95. Еще до выхода
было продано около 400 тыс. экземпляров beta-версий
этой системы. Вся компьютерная общественность
помешалась на этой системе - выход Windows 95 стал
главнейшим событием 1995 года. Начался шквал: все
журналы писали о Windows 95, стали выходить книги,
проводилась широкая рекламная компания, все
производители программного обеспечения стали
переделывать свои продукты для этой новой ОС,
производители компьютеров и комплектующих
старались получить логотип Designed for Windows 95.18

19.

Windows 98
Основные отличия Windows 98: Поддержка
нескольких
мониторов.
Поддержка
нескольких
мониторов
делает
возможной
использование
нескольких мониторов для расширения рабочего
стола, выполнение разных программ на разных
мониторах или игр.
Управление питанием. Выбор режима Всегда Вкл.
сокращает
время
запуска
компьютера.
При
использовании средств управления питанием в
режиме. Всегда Вкл. для запуска компьютера
достаточно нескольких секунд. При этом все
программы восстанавливаются в том состоянии,
которое они имели на момент отключения.
19

20.

Windows 2000
В конце 1998 года корпорация Microsoft объявила,
что следующая версия Windows NT 5.0, намеченная к
выпуску в 1999 году, будет носить иное название Windows 2000. Однако сменой названия дело не
ограничится
-
новая
ОС
должна
была
стать
стандартом не только для «корпоративного» рынка, но
и обжиться на домашних ПК.
20

21.

Windows XP (Experience)
Хотя
неудавшаяся
кандидатка
на
роль
«объединяющей» ОС - Windows 2000 - так и не
прижилась на домашних компьютерах, решимость
Microsoft привести все свои операционные системы к
единому знаменателю, а заодно и покончить с
остатками 16-разрядности в ядре Windows, от этого
только окрепла. Ещё до выхода Windows ME в
середине 2000 года стало ясно - эта ОС должна была
раз и навсегда поставить крест на линии Windows 9x.
Поле боя же, после ухода в небытие последних
программ для DOS и старых версий Windows, должно
остаться за полностью 32-разрядными системами с
новой, защищённой архитектурой.
21

22.

Windows Vista
Windows Vista - это последняя версия Microsoft
Windows, из серии графических операционных систем
для персональных компьютеров, используется как для
дома так и для работы.
В линейке продуктов Windows NT новая система
носит номер версии 6.0 (Windows 2000 -- 5.0, Windows
XP -- 5.1, Windows Server 2003 -- 5.2). Для обозначения
«Windows Vista» иногда используют аббревиатуру
«WinVI», которая объединяет название «Vista» и номер
версии, записанный римскими цифрами. На раннем
этапе разработки система была известна под кодовым
именем Longhorn (по имени бара Longhorn Saloon
вблизи лыжного курорта Вистлер в Британской
Колумбии). Название «Vista» было объявлено 22 июля
22
2005 года.

23.

3. Операционные системы семейства Linux
Сильной
стороной
ОС
является
Linux
ее
универсальность: система покрывает весь диапазон
применений -- от настольного PC до сверхмощных
многопроцессорных
настоящее
время
устойчиво
работает
серверов
и
кластеров.
многопроцессорная
на
платформах
В
ОС
Linux
PC,
Alpha,
PowerPC, Macintosh, SGI MIPS, Strong ARM, SGIVisual
Workstations, VAX, 8086, PC-98, Palm Pilot, HP PARISC, Sparc & UltraSparc64 systems, m68k.
23

24.

С финансовой точки зрения Linux обладает одним
весьма существенным достоинством — она не
коммерческая. В отличие от операционной системы
Unix,
Linux
распространяется
бесплатно
по
генеральной открытой лицензии GNU в рамках Фонда
бесплатного программного обеспечения (Free Software
Foundation), благодаря чему эта ОС доступа всем
желающим. В действительности система Linux
защищена авторским правом и не находится в
общедоступном
пользовании,
однако
открытая
лицензия GNU — это почти то же самое, что и передача
в общедоступное пользование. Она составлена таким
образом, что Linux остается бесплатной и в то же
время стандартизированной системой. Существует
лишь один официальный вариант Linux.
24

25.

Управление файлами, управление программами и
взаимодействие
традиционные
с
—
пользователями
функции,
общие
для
это
всех
операционных систем. У Linux, как и у всех версий
Unix,
есть
еще
две
особенности:
она
является
многопользовательской и многозадачной системой.
Многозадачность
"попросить"
означает,
что
выполнить
систему
можно
несколько
задачодновременно. Пока выполняется одна задача, вы
работаете с другой.
25

26.

Как версия системы Unix, Linux отличается
характерной для этой ОС гибкостью, обусловленной в
первую очередь тем, что эта ОС развивалась в среде
исследователей и ученых. Операционную систему Unix
разработал Кен Томпсон, сотрудник фирмы Bell
Laboratories концерна AT&T, в конце 60-х — начале
70-х годов. Unix вобрала в себя целый ряд новых
разработок в области операционных систем. Она
создавалась
как
операционная
система
для
исследователей. При разработке Unix была поставлена
задача
создать
систему,
которая
могла
бы
удовлетворять
непрерывно
изменяющимся
требованиям
сотрудников,
занимающихся
разнообразными исследованиями.
26

27.

Для достижения этой цели Томпсону пришлось
разрабатывать систему, которая могла решать
множество разнотипных задач. Гибкость системы
стала более важным качеством, нежели эффективность
работы аппаратных средств. Как и Unix, Linux
позволяет пользователям справиться с решением
чрезвычайно
широкого
круга
задач.
ОС
рассматривается как механизм, предоставляющий в
распоряжение
пользователя
набор
высокоэффективных инструментов. Такая ориентация
на
пользователя
означает,
что
вы
можете
конфигурировать и программировать систему в
соответствии со своими конкретными потребностями.
В случае с Linux операционная система действительно
становится операционной средой.
27

28.

Сетевые операционные системы
1. Сетевые операционные системы: структура,
назначение, функции
Сетевое программное обеспечение предназначено
для организации совместной работы группы
пользователей на разных компьютерах. Позволяет
организовать общую файловую структуру, общие базы
данных,
доступные
каждому
члену
группы.
Обеспечивает возможность передачи сообщений и
работы над общими проектами, возможность
разделения ресурсов.
(Network Operating System – NOS) – это комплекс
программ, обеспечивающих обработку, хранение и
передачу данных в сети.
28

29.

Сетевая операционная система выполняет функции
прикладной платформы, предоставляет разнообразные
виды
сетевых
служб
и
поддерживает
работу
прикладных процессов, выполняемых в абонентских
системах. Сетевые операционные системы используют
клиент-серверную, либо одноранговую архитектуру.
Компоненты NOS располагаются на всех рабочих
станциях, включенных в сеть.
29

30.

NOS
протоколов
определяет
верхних
взаимосвязанную
уровней,
группу
обеспечивающих
выполнение основных функций сети. К ним, в первую
очередь, относятся:
адресация объектов сети;
• функционирование сетевых служб;
• обеспечение безопасности данных;
• управление сетью.
30

31.

При
выборе
NOS
необходимо
рассматривать
множество факторов. Среди них:
• набор сетевых служб, которые предоставляет сеть;
• возможность наращивания имен, определяющих
хранимые данные и прикладные программы;
• механизм рассредоточения ресурсов по сети;
• способ модификации сети и сетевых служб;
• надежность функционирования и быстродействие
сети;
• используемые
или
выбираемые
физические
средства соединения;
31

32.

• типы компьютеров, объединяемых в сеть, их
операционные системы;
• предлагаемые
системы,
обеспечивающие
управление сетью;
• используемые средства защиты данных;
• совместимость с уже созданными прикладными
процессами;
• число серверов, которое может работать в сети;
• перечень
ретрансляционных
систем,
обеспечивающих сопряжение локальных сетей с
различными территориальными сетями;
• способ документирования работы сети, организация
подсказок и поддержек.
32

33.

Функции и характеристики сетевых операционных
систем (ОС).
Различают ОС со встроенными сетевыми функциями
и оболочки над локальными ОС. По другому признаку
классификации различают сетевые ОС одноранговые
и функционально несимметричные (для систем
“клиент/сервер”).
Основные функции сетевой ОС:
• управление каталогами и файлами;
• управление ресурсами;
• коммуникационные функции;
• защита от несанкционированного доступа;
• обеспечение отказоустойчивости;
• управление сетью.
33

34.

2. Структура сетевой операционной системы
Сетевая операционная система составляет основу
любой вычислительной сети. Каждый компьютер в
сети автономен, поэтому под сетевой операционной
системой в широком смысле 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.
34

35.

Рис. 1 Структура сетевой ОС
35

36.

Клиентское программное обеспечение
Для работы с сетью на клиентских рабочих
станциях
должно
программное
обеспечение
быть
установлено
обеспечение.
обеспечивает
Это
доступ
клиентское
программное
к
ресурсам,
расположенным на сетевом сервере. Тремя наиболее
важными компонентами клиентского программного
обеспечения
являются
редиректоры
(redirector),
распределители (designator) и имена UNC (UNC
pathnames).
36

37.

Редиректоры
Редиректор – сетевое программное обеспечение,
которое
принимает
удаленных
файлов,
запросы
ввода/вывода
именованных
каналов
для
или
почтовых слотов и затем переназначает их сетевым
сервисам
другого
перехватывает
все
компьютера.
запросы,
Редиректор
поступающие
от
приложений, и анализирует их.
Фактически существуют два типа редиректоров,
используемых в сети:
• клиентский редиректор (client redirector)
• серверный редиректор (server redirector).
37

38.

Оба
редиректора
функционируют
на
представительском уровне модели OSI. Когда клиент
делает запрос к сетевому приложению или службе,
редиректор перехватывает этот запрос и проверяет,
является ли ресурс локальным (находящимся на
запрашивающем компьютере) или удаленным (в сети).
Если редиректор определяет, что это локальный
запрос,
он
направляет
запрос
центральному
процессору для немедленной обработки. Если запрос
предназначен для сети, редиректор направляет запрос
по сети к соответствующему серверу. По существу,
редиректоры скрывают от пользователя сложность
доступа к сети.
38

39.

Распределители
Распределитель (designator) представляет собой
часть программного обеспечения, управляющую
присвоением букв накопителя (drive letter) как
локальным, так и удаленным сетевым ресурсам или
разделяемым
дисководам,
что
помогает
во
взаимодействии с сетевыми ресурсами. Когда между
сетевым ресурсом и буквой локального накопителя
создана ассоциация, известная также как отображение
дисковода
(mapping
a
drive),
распределитель
отслеживает присвоение такой буквы дисковода
сетевому ресурсу. Затем, когда пользователь или
приложение получат доступ к диску, распределитель
заменит букву дисковода на сетевой адрес ресурса,
прежде чем запрос будет послан редиректору.
39

40.

Имена UNC
Редиректор и распределитель являются не
единственными методами, используемыми для доступа
к сетевым ресурсам. Большинство современных
сетевых операционных систем, так же как и Windows
95, 98, NT, распознают имена UNC (Universal Naming
Convention — Универсальное соглашение по
наименованию).
UNC
представляют
собой
стандартный спо-соб именования сетевых ресурсов.
Эти имена имеют форму \\Имя_сервера\имя_ресурса.
Способные работать с UNC приложения и утилиты
командной строки используют имена UNC вместо
отображения сетевых дисков.
40

41.

3. Серверное программное обеспечение
Для того чтобы компьютер мог выступать в роли
сетевого сервера необходимо установить серверную
часть сетевой операционной системы, которая
позволяет поддерживать ресурсы и распространять их
среди сетевых клиентов. Важным вопросом для
сетевых серверов является возможность ограничить
доступ к сетевым ресурсам. Это называется сетевой
защитой (network security). Она предоставляет
средства управления над тем, к каким ресурсам могут
получить доступ пользователи, степень этого доступа,
а также, сколько пользователей смогут получить такой
доступ одновременно. Этот контроль обеспечивает
конфиденциальность и защиту и поддерживает
эффективную сетевую среду.
41

42.

В
дополнение
к
обеспечению
контроля
над
сетевыми ресурсами сервер выполняет следующие
функции:
•предоставляет
проверку
регистрационных
имен
(logon identification) для пользователей;
•управляет пользователями и группами;
•хранит инструменты сетевого администрирования
для управления, контроля и аудита;
•обеспечивает
отказоустойчивость
для
защиты
целостности сети.
42

43.

Клиентское и серверное программное обеспечение
Некоторые из сетевых операционных систем, в том
числе Windows, имеют программные компоненты,
обеспечивающие компьютеру как клиентские, так и
серверные возможности. Это позволяет компьютерам
поддерживать и использовать сетевые ресурсы и
преобладает в одноранговых сетях. В общем, этот тип
сетевых операционных систем не так мощен и
надежен, как законченные сетевые операционные
системы.
Главное
преимущество
комбинированной
клиентско–серверной сетевой операционной системы
заключается
в
том,
что
важные
ресурсы,
расположенные на отдельной рабочей станции, могут
быть разделены с остальной частью сети.
43

44.

Недостаток состоит в том, что если рабочая станция
поддерживает много активно используемых ресурсов,
она
испытывает
производительности.
серьезное
Если
такое
падение
происходит,
то
необходимо перенести эти ресурсы на сервер для
увеличения общей производительности.
В
зависимости
от
функций,
возлагаемых
на
конкретный компьютер, в его операционной системе
может отсутствовать либо клиентская, либо серверная
части.
44

45.

На рис. 2 компьютер 1 выполняет функции
клиента, а компьютер 2 – функции сервера,
соответственно на первой машине отсутствует
серверная часть, а на второй – клиентская.
Рис. 2 Взаимодействие компонентов сетевой ОС
45

46.

Требования
к
современным
операционным
системам
Главным
требованием,
предъявляемым
к
операционной системе, является выполнение ею
основных
функций
эффективного
управления
ресурсами и обеспечение удобного интерфейса для
пользователя и прикладных программ. Современная
ОС,
как
правило,
должна
поддерживать
мультипрограммную обработку, виртуальную память,
свопинг, многооконный графический интерфейс
пользователя, а также выполнять многие другие
необходимые функции и услуги. Кроме этих
требований
функциональной
полноты
к
операционным системам предъявляются не менее
важные эксплуатационные требования, которые
46
перечислены ниже.

47.

Расширяемость
В то время как аппаратная часть компьютера
устаревает за несколько лет, полезная жизнь
операционных
систем
может
измеряться
десятилетиями. Примером может служить ОС UNIX.
Поэтому операционные системы всегда изменяются со
временем эволюционно, и эти изменения более
значимы, чем изменения аппаратных средств.
Изменения ОС обычно заключаются в приобретении
ею новых свойств, например поддержке новых типов
внешних устройств или новых сетевых технологий.
Если код ОС написан таким образом, что дополнения
и изменения могут вноситься без нарушения
целостности системы, то такую ОС называют
расширяемой.
47

48.

Переносимость
В идеале код ОС должен легко переноситься с
процессора одного типа на процессор другого типа и с
аппаратной платформы (которые различаются не
только типом процессора, но и способом организации
всей
аппаратуры
компьютера)
одного
типа
на
аппаратную платформу другого типа. Переносимые
ОС имеют несколько вариантов реализации для
разных платформ, такое свойство ОС называют также
многоплатформенностью.
48

49.

Совместимость
Существует
несколько
«долгоживущих»
популярных операционных систем (разновидности
UNIX, Windows, Windows Server), для которых
наработана широкая номенклатура приложений.
Некоторые
из
них
пользуются
широкой
популярностью.
Поэтому
для
пользователя,
переходящего по тем или иным причинам с одной ОС
на другую, очень привлекательна возможность запуска
в
новой
операционной
системе
привычного
приложения. Если ОС имеет средства для выполнения
прикладных программ, написанных для других
операционных систем, то про нее говорят, что она
обладает совместимостью с этими ОС.
49

50.

Надежность и отказоустойчивость
Система должна быть защищена как от внутренних,
так и от внешних ошибок, сбоев и отказов. Ее действия
должны быть всегда предсказуемыми, а приложения
не должны иметь возможности наносить вред ОС.
Надежность и отказоустойчивость ОС прежде всего
определяются
архитектурными
решениями,
положенными в ее основу, а также качеством ее
реализации (отлаженностью кода). Кроме того, важно,
включает ли ОС программную поддержку аппаратных
средств обеспечения отказоустойчивости, таких,
например, как дисковые массивы или источники
бесперебойного питания.
50

51.

Безопасность
Современная ОС должна защищать данные и
другие ресурсы вычисли-тельной системы от
несанкционированного доступа. Чтобы ОС обладала
свойством безопасности, она должна как минимум
иметь в своем составе средства аутентификации —
определения легальности пользователей, авторизации
—
предоставления
легальным
пользователям
дифференцированных прав доступа к ресурсам, аудита
— фиксации всех «подозрительных» для безопасности
системы событий. Свойство безопасности особенно
важно для сетевых ОС. В таких ОС к задаче контроля
доступа добавляется задача защиты данных,
передаваемых по сети.
51

52.

Производительность
Операционная система должна обладать настолько
хорошим
быстродействием
и
временем
реакции,
насколько это позволяет аппаратная платформа. На
производительность ОС влияет много факторов, среди
которых
основными
являются
архитектура
ОС,
многообразие функций, качество программирования
кода,
возможность
высокопроизводительной
исполнения
ОС
на
(многопроцессорной)
платформе.
52

53.

Выбор сетевой операционной системы
При выборе сетевой операционной системы
необходимо учитывать:
• совместимость оборудования;
• тип сетевого носителя;
• размер сети;
• сетевую топологию;
• требования к серверу;
• операционные системы на клиентах и серверах;
• сетевая файловая система;
• соглашения об именах в сети;
• организация сетевых устройств хранения.
53

54.

В настоящее время наибольшее распространение
получили
две
основные
сетевые
ОС
—
UNIX
и Windows .
ОC UNIX применяют преимущественно в крупных
корпоративных
сетях,
поскольку
эта
система
характеризуется высокой надежностью, возможностью
легкого масштабирования сети. В Unix имеется ряд
команд и поддерживающих их программ для работы в
сети.
54

55.

Во-первых, это команды ftp, telnet, реализующие
файловый обмен и эмуляцию удаленного узла на базе
протоколов TCP/IP. Во-вторых, протокол, команды и
программы UUCP, разработанные с ориентацией на
асинхронную модемную связь по телефонным линиям
между удаленными Unix-узлами в корпоративных и
территориальных сетях.
ОС Windows Server обеспечивает работу в сетях
“клиент/сервер”.
Windows
обычно
применяют
в
средних по масштабам сетях.
55

56.

Распределенные операционные системы
1. Операционные системы для однопроцессорных
компьютеров
Существует
два
типа
распределенных
операционных
систем.
Мультипроцессорная
операционная система (multiprocessor operating system)
управляет
ресурсами
мультипроцессора.
Мулътикомпъютерная
операционная
система
(multicomputeroperating system) разрабатывается для
гомогенных мультикомпьютеров. Функциональность
распределенных операционных систем в основном не
отличается от функциональности традиционных
операционных
систем,
предназначенных
для
компьютеров с одним процессором за исключением
того, что она поддерживает функционирование
56
нескольких процессоров.

57.

Операционные системы традиционно строились
для управления компьютерами с одним процессором.
Основной задачей этих систем была организация
легкого доступа пользователей и приложений к
разделяемым устройствам, таким как процессор,
память, диски и периферийные устройства. Говоря о
разделении ресурсов, мы имеем в виду возможность
использования одного и того же аппаратного
обеспечения
различными
приложениями
изолированно друг от друга. Для приложения это
выглядит так, словно эти ресурсы находятся в его
полном распоряжении, при этом в одной системе может
выполняться одновременно несколько приложений,
каждое со своим собственным набором ресурсов. В
этом смысле говорят, что операционная система
57
реализует виртуальную машину.

58.

Важным аспектом совместного использования
ресурсов в такой виртуальной машине является то,
что приложения отделены друг от друга. Так,
невозможна ситуация, когда при одновременном
исполнении двух приложений, А и В, приложение А
может изменить данные приложения В, просто работая
с той частью общей памяти, где эти данные хранятся.
Также требуется гарантировать, что приложения
смогут использовать предоставленные им средства
только так, как предписано операционной системой.
Например,
приложениям
обычно
запрещено
копировать сообщения прямо в сетевой интерфейс.
Взамен
операционная
система
предоставляет
первичные
операции
связи,
которые
можно
использовать для пересылки сообщений между
58
приложениями на различных машинах.

59.

Следовательно, операционная система должна
полностью
контролировать
использование
и
распределение
аппаратных
ресурсов.
Поэтому
большинство процессоров поддерживают как минимум
два режима работы. В режиме ядра (kernelmode)
выполняются все разрешенные инструкции, а в ходе
выполнения доступна вся имеющаяся память и любые
регистры. Напротив, в пользовательском режиме (user
mode) доступ к регистрам и памяти ограничен. Так,
приложению не будет позволено работать с памятью за
пределами набора адресов, установленного для него
операционной системой, или обращаться напрямую к
регистрам устройств. На время выполнения кода
операционной системы процессор переключается в
режим ядра.
59

60.

Однако
единственный
способ
перейти
из
пользовательского режима в режим ядра — это
сделать системный вызов, реализуемый через
операционную систему. Поскольку системные вызовы
— это лишь базовые службы, предоставляемые
операционной системой, и поскольку ограничение
доступа к памяти и регистрам нередко реализуется
аппаратно, операционная система в состоянии
полностью их контролировать.
Существование двух режимов работы привело к
такой организации операционных систем, при которой
практически весь их код выполняется в режиме ядра.
Результатом часто становятся гигантские монолитные
программы,
работающие
в
едином
адресном
пространстве.
60

61.

Оборотная сторона такого подхода состоит в том,
что перенастроить систему часто бывает нелегко.
Другими
словами,
компоненты
заменить
операционной
или
системы
адаптировать
без
полной
перезагрузки, а возможно и полной перекомпиляции и
новой установки очень трудно. С точки зрения
открытости, проектирования программ, надежности
или
легкости
обслуживания
монолитные
операционные системы — это не самая лучшая из
идей.
61

62.

Более удобен вариант с организацией операционной
системы в виде двух частей. Одна часть содержит
набор
модулей
для
управления
аппаратным
обеспечением, которые прекрасно могут выполняться
в пользовательском режиме. Например, управление
памятью состоит в основном из отслеживания, какие
блоки памяти выделены под процессы, а какие
свободны. Единственный момент, когда мы нуждаемся
в работе в режиме ядра, — это установка регистров
блока управления памятью.
62

63.

Вторая часть операционной системы содержит
небольшое микроядро (microkernel), содержащее
исключительно код, который выполняется в режиме
ядра. На практике микроядро должно содержать
только код для установки регистров устройств,
переключения процессора с процесса на процесс,
работы с блоком управления памятью и перехвата
аппаратных прерываний. Кроме того, в нем обычно
содержится
код,
преобразующий
вызовы
соответствующих модулей пользовательского уровня
операционной системы в системные вызовы и
возвращающий результаты. Такой подход приводит к
организации, показанной на рис. 3.
63

64.

Рис. 3. Разделение приложений в операционной системе посредством микроядра
64

65.

Использование микроядра дает нам разнообразные
преимущества. Наиболее важное из них состоит в
гибкости: поскольку большая часть операционной
системы исполняется в пользовательском режиме,
относительно несложно заменить один из модулей без
повторной компиляции или повторной установки всей
системы. Другой серьезный плюс заключается в том,
что
модули
пользовательского
уровня
могут
в
принципе размещаться на разных машинах.
65

66.

У микроядер имеется два существенных недостатка.
Во-первых, они работают иначе, чем существующие
операционные
системы,
а
попытки
поменять
сложившееся «статус-кво» всегда встречают активное
сопротивление
эта
(«если
операционная
система
подходила для моего деда — она подойдет и для меня»).
Во-вторых,
обмена,
что
микроядро
слегка
требует
снижает
дополнительного
производительность.
Однако, зная как быстры современные процессоры,
снижение производительности в 20 % вряд ли можно
считать фатальным.
66

67.

2. Мультипроцессорные операционные системы
Важным, но часто не слишком очевидным
расширением
однопроцессорных
операционных
систем является возможность поддержки нескольких
процессоров,
имеющих
доступ
к
совместно
используемой памяти. Концептуально это расширение
несложно. Все структуры данных, необходимые
операционной системе для поддержки аппаратуры,
включая
поддержку
нескольких
процессоров,
размещаются
в
памяти.
Основная
разница
заключается в том, что теперь эти данные доступны
нескольким процессорам и должны быть защищены от
параллельного
доступа
для
обеспечения
их
целостности.
67

68.

Однако многие операционные системы, особенно
предназначенные для персональных компьютеров и
рабочих станций, не могут с легкостью поддерживать
несколько процессоров. Основная причина такого
поведения состоит в том, что они были разработаны
как монолитные программы, которые могут
выполняться только в одном потоке управления.
Адаптация
таких
операционных
систем
под
мультипроцессорные
означает
повторное
проектирование и новую реализацию всего ядра.
Современные операционные системы изначально
разрабатываются с учетом возможности работы в
мультипроцессорных системах.
68

69.

Мультикомпьютерные операционные системы
Мультикомпьютерные
операционные
системы
обладают гораздо более разнообразной структурой и
значительно сложнее, чем мультипроцессорные. Эта
разница проистекает из того факта, что структуры
данных, необходимые для управления системными
ресурсами, не должны больше отвечать условию
легкости совместного использования, поскольку их не
нужно помещать в физически общую память.
Единственно возможным видом связи является
передача
сообщений
(messagepassing).
Мультикомпьютерные операционные системы в
основном организованы так, как показано на рис. 4. 69

70.

Рис. 4. Общая структура мультикомпьютерных операционных систем
70

71.

Каждый узел имеет свое ядро, которое содержит
модули для управления локальными ресурсами —
памятью,
локальным
процессором,
локальными
дисками и т. д. Кроме того, каждый узел имеет
отдельный
модуль
для
межпроцессорного
взаимодействия, то есть посылки сообщений на другие
узлы и приема сообщений от них.
Поверх каждого локального ядра лежит уровень
программного
обеспечения
реализующий
операционную
виртуальной
машины,
общего
систему
назначения,
в
виде
поддерживающей
параллельную работу над различными задачами.
71

72.

Множество
аспектов
мультикомпьютерных
проектирования
операционных
систем
одинаково важны для любой распределенной системы.
Основная
разница
операционными
между
мультикомпьютерными
системами
и
распределенными
системами состоит в том, что в первом случае обычно
подразумевается,
гомогенно
и
что
полностью
аппаратное
управляемо.
обеспечение
Множество
распределенных систем, однако, строится на базе
существующих операционных систем.
72

73.

Специализированные
пакеты,
утилиты
администрирования
1. Системное и сетевое администрирование
Администрирование – процедуры управления,
регламентирующие некоторые процессы или их часть.
Как правило, оно фиксирует и руководит процессами и
ситуациями, нуждающимися в ограничениях или
целевом управлении.
Построение
компьютерных
сетей
вызвало
необходимость управления (администрирования) ими
и созданными на их основе компьютерными
вычислительными и информационными системами. В
результате появилось системное администрирование.
73

74.

Системное администрирование
Основной целью системного администрирования
является приведение сети в соответствие с целями и
задачами,
Достигается
для
эта
которых
цель
путём
она
предназначена.
управления
сетью,
позволяющего минимизировать затраты времени и
ресурсов, направляемых на управление системой, и в
тоже
время
максимизировать
доступность,
производительность и продуктивность системы.
74

75.

Сетевое администрирование
Сетевое администрирование (Network Management)
возникает, когда у администратора сети появляется
потребность и возможность оперировать единым
представлением сети, как правило, это относится к
сетям
со
сложной
осуществляется
архитектурой.
переход
от
При
этом
управления
функционированием отдельных устройств к анализу
трафика в отдельных участках сети, управлению её
логической конфигурацией и конкретными рабочими
параметрами, причём все эти операции целесообразно
выполнять с одной управляющей консоли.
75

76.

Задачи, решаемые в данной области, разбиваются
на две группы:
1. Контроль за работой сетевого оборудования,
2. Управление функционированием сети в целом.
Конечной целью управления сетью является
достижение параметров функционирования ИС,
соответствующих
потребностям
пользователей.
Пользователи оценивают работу ИС не по
характеристикам сетевого трафика, применяемым
протоколам, времени отклика серверов на запросы
определённого типа и особенностям выполняемых
сценариев управления, а по поведению приложений,
ежедневно
запускаемых
на
их
настольных
компьютерах.
76

77.

Общая тенденция в мире сетевого и системного
администрирования – перенос акцентов с контроля за
отдельными ресурсами или их группами, с управления
рабочими характеристиками ИС на максимальное
удовлетворение
запросов
информационных
появлению
конечных
технологий
концепции
потребителей
способствовала
динамического
администрирования.
Такой подход предполагает, прежде всего, наличие
средств анализа поведения пользователей, в ходе
которого выявляют их предпочтения и проблемы,
возникающие в повседневной работе.
77

78.

Результаты, полученные на этом этапе, должны
послужить
отправной
точкой
для
активного
управления взаимодействием между основными
объектами администрирования – пользователями,
приложениями и сетью. Эти факторы дают основание
полагать, что на смену сетевому и системному
администрированию придёт управление приложениями
и качеством сервиса, независящее от используемых
вычислительных платформ или сетей.
Эволюция
концепций
администрирования
коснулась не только архитектуры систем. Новые
проблемы, возникшие в распределённых средах,
привели к тому, что на некоторое время сетевое
управление стали рассматривать как главную заботу
администраторов ИС.
78

79.

Интегрированная система управления сетью
(Integrated network management system, INMS) –
система управления, обеспечивающая объединение
функций, связанных с анализом, диагностикой и
управлением сетью.
Таким образом, эволюция средств и систем
администрирования непосредственно связана с
развитием основных информационных технологий.
Проекты развития административных механизмов
обычно включают в себя задачи постановки
стратегического управления, разработки политики
информационного
обеспечения
и
доступа
к
информационным ресурсам, а также программноаппаратным устройствам, системам и комплексам,
постановки и развития системы, совершенствование
79
непрерывного управления.

80.

2. Утилиты администрирования АИС
Утилитами называются специальные системные
программы,
с
помощью
которых
можно
как
обслуживать саму операционную систему, так и
подготавливать
для
работы
носители
данных,
осуществлять оптимизацию размещения данных на
носителе и производить некоторые другие работы,
связанные
с
обслуживанием
информационной
системы. Существует огромное количество различных
утилит.
80

81.

Программы-архиваторы
позволяют
за
счет
применения
специальных
методов
«упаковки»
информации сжимать информацию на дисках, т.е.
создавать копии файлов меньшего размера, а также
объединять копии нескольких файлов в один
архивный файл. Применение программ-упаковщиков
очень полезно при создании архива файлов, так как в
большинстве случаев значительно удобнее хранить на
внешних носителях файлы, предварительно сжатые
программами-упаковщиками.
Антивирусные программы предназначены для
предотвращения заражения компьютерным вирусом и
ликвидации последствий заражения вирусом.
81

82.

Антивирусная программа (называемая также
антивирусом) - программа, выявляющая вирусную
программу на диске или в оперативной памяти
компьютера и обезвреживающая ее.
Вирусная программа (называемая также вирусом) программа,
специально
предназначенная
для
копирования самой себя и выполнения различных
действий на компьютере без санкции пользователя.
Программы
для
диагностики
компьютера
позволяют проверить конфигурацию компьютера
(количество памяти, ее использование, типы дисков и
т.д.), а также проверить работоспособность устройств
компьютера (прежде всего жестких дисков).
82

83.

Программы для оптимизации дисков (программыдефрагментаторы)
позволяют
обеспечить
более
быстрый доступ к информации за счет оптимизации
размещения
данных
на
диске.
Эти
программы
перемещают все участки каждого файла друг к другу
(устраняют фрагментацию), собирают все файлы в
начале диска и т.д., за счет чего уменьшается число
перемещений головок диска (т.е. ускоряется доступ к
данным) и снижается износ диска.
83

84.

Утилиты могут распространяться как поодиночке,
так и в составе больших и мощных утилитных
комплектов, например, Norton Utilities от фирмы
Symantec.
Комплект утилит Norton Utilities Комплект Norton
Utilities (NU) распространяется корпорацией Symantec
как отдельно, так и в составе набора Norton System
Works,
включающего
также
другие
известные
программы от Symantec.
84

85.

Norton Disk Doctor (NDD) — программа для
проверки физического и логического «здоровья»
жесткого диска компьютера, а в случае необходимости
— и исправления ошибок, как на логическом, так и на
физическом уровне. Под физическим понимается
контроль на наличие на жестком диске физических
повреждений магнитного слоя. Под логическим —
отслеживание и ликвидация различных повреждений
файловой системы, «потерянных» фрагментов данных,
которые могут появиться при некорректном
завершении работы программ, и многих других
логических
ошибок.
Физическую
проверку
нецелесообразно проводить часто — это долгая
процедура. А вот логическую желательно запускать
каждый день.
85

86.

При запуске NDD отметьте диски, которые Вы
хотите проверить, и установите галочку на пункте
меню Fix Errors (Автоисправление ошибок). Окно
запуска NDD представлено на рисунке 5.
Рис. 5. Главное окно Norton Disk Doctor
86

87.

Norton Speed Disk (NSD) — программа дефрагментатор. Вторая из важнейших утилит этого
пакета. Единственная программа комплекта, аналог
которой подобрать крайне трудно: по тщательности
работы NSD просто нет равных. В частности, только
эта программа умеет дефрагментировать файл
подкачки — виртуальную дисковую память Windows
— перемещая ее к тому же на начальные дорожки
диска. Окно запуска NSD представлено на рисунке 6.
NSD предлагает пользователю несколько методов
оптимизации: Полный (Full Optimization), при котором
выполняется полная оптимизация диска, а также
режимы Только дефрагментация файлов (Unfragment
Files Only) и Только дефрагментация свободного
пространства (Unfragment Fret Space).
87

88.

Рис. 6. Главное окно Norton Speed Disk
88

89.

Norton WinDoctor — оптимизатор реестра. Реестр —
база
данных,
в
которой
хранятся
различные
параметры Windows. Реестр тоже иногда нуждается в
оптимизации: со временем в нем образуется множество
лишних записей, относящихся к установленным в
системе программам. Многие из них никак не влияют
на работу Windows, но некоторые способны изрядно
навредить.
Особенно
страдает
реестр
из-за
некорректных установки и удаления программ.
89

90.

WinDoctor сканирует Ваш реестр и отлавливает в
нем все возможные ошибки и лишние записи: в
частности, он контролирует корректность всех
имеющихся в Windows ярлыков программ и так
называемые «ассоциации» (то есть какому типу
файлов – расширению - соответствует та или иная
программа редактирования и просмотра).
После завершения работы программы и вывода на
экран информации обо всех имеющихся проблемах
Вам необходимо будет их исправить, — для этого
нажмите кнопку Repair All (Исправить все) на
кнопочной панели WinDoctor (рис. 7).
90

91.

Рис. 7. Окно Norton WinDoctor
91

92.

Norton Wipeinfo позволяет удалять файлы с
компьютера таким образом, что восстановление их
оказывается невозможным. Это иногда требуется,
например, для уничтожения секретной информации.
Алгоритм удаления разработан с учетом самых
придирчивых
требований
правительственных
учреждений США, — Wipeinfo не просто удаляет файл,
но и забивает освободившееся место «пустыми»
символами до семи раз!
Norton System Doctor — утилита для отслеживания
самых разных параметров Windows. После запуска
выполняет сразу несколько операций: проверяя ет
диск на наличие вирусов и ошибок, определяет, не
нужна ли дефрагментация, а также сканирует Norton
Utilities на предмет необходимости обновления.
92

93.

System Information — полная и всеобъемлющая
информация о Вашем компьютере. С помощью этой
программы
Вы
можете
узнать,
какие
именно
комплектующие, драйверы и программы установлены
на компьютере, насколько велика производительность
Вашего компьютера и отдельных его компонентов по
сравнению с другими и многое другое.
Norton Unerase — программа для восстановления
ошибочно удаленных файлов. Работает в единой связке
с Защищенной Корзиной, также устанавливаемой
вместе с Norton Utilities.
93

94.

Norton Recycle Bin — улучшенная Защищенная
Корзина для Windows. Как известно, в стандартную
Корзину попадают далеко не все удаляемые Вами
файлы, что в ряде случаев недопустимо. Если из
стандартной Корзины можно восстановить только то,
что в ней лежит, то Защищенная Корзина умеет
просматривать диск с целью по иска удаленных
файлов и часто отыскивает то, что мы уже от чаялись
вернуть. Устанавливается Защищенная Корзина при
установке Norton Utilities и исправно функционирует
вместе с обычной корзиной.
94

95.

Norton LiveUpdate . Как и любые другие
программы, Norton Utilities нуждаются в регулярном
обновлении. Ежемесячно Symantec выпускает так
называемые «патчи» или «заплатки» — файлы с
исправлением найденных в отдельных компонентах
NU ошибок и добавлениями новых возможностей.
Кроме того, нуждается в регулярном обновлении
антивирусная база Norton System Doctor. После входа в
Internet и запуска программы Norton LiveUpdate
самостоятельно соединяется с сервером Symantec и
проверяет, имеются ли на нем обновления
антивирусных баз или патчи для программ Norton
Utilities. В случае обнаружения таковых программа
самостоятельно перекачивает их из Сети на Ваш
компьютер и выполняет процедуру установки без
95
Вашего малейшего участия.