Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Сетевые операционные системы (Операционные системы. Понятие, классификация)

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день известно огромное количество разнообразных видов операционных систем, которые различаются областью использования, аппаратной платформой, методами реализации и другими аспектами. Закономерен тот факт, что разнообразие операционных систем порождает их существенные функциональные различия.

Известно, что операционные системы, применяемые в работе компьютерных сетей, во многом аналогичны и сопоставимы с операционными системами автономных персональных компьютеров. Так, корпоративная операционная система также является комплексом взаимосвязанных программ, обеспечивающим комфортность работы пользователям и программистам посредством предоставления им определенной виртуальной вычислительной системы, и реализующим эффективный способ распределения ресурсов между множеством выполняемых в сети процессов.

В современном мире сетевыми операционными системами пользуется большинство успешных организаций и предприятий, и можно предположить, что именно этот факт, в числе прочих, дает им возможность оставаться конкурентоспособными на рынке. Это можно объяснить тем, что современные требования общества и экономики обуславливают высокую скорость обработки информации, что на сегодняшний день реализуется именно автоматизированными системами. Сетевые операционные системы являются наиболее удобными для подобного вида организаций.

В частности, новейшие технологии широко задействованы в промышленных компаниях, на производстве, в малых и больших компаниях, где используются для оптимизации управления, принятия решений, отладки производственных процессов и мн. др. Разумеется, качественная реализация всех этих функций не представляется возможной без применения персональных компьютеров, новейшей сетевой и многофункциональной техники. А основой любого компьютера является операционная система. Она загружает компьютер, предоставляет удобный интерфейс, отлаживает все процессы. В производственных условиях наиболее целесообразно использование сетевых операционных систем, что позволит создать некую общность процессов и коммуникаций в организации.

Таким образом, определяется цель исследования – анализ сетевых операционных систем.

Для достижения данной цели необходимо выполнить следующие задачи:

охарактеризовать понятие и сущность операционных систем;
привести классификацию операционных систем;
рассмотреть основную характеристику и типы архитектуры сетевых операционных систем;
проанализировать основные функции, достоинства и недостатки сетевых операционных систем;
произвести общий обзор наиболее распространенных сетевых операционных систем;
подвести итоги исследования.

Объектом исследования выступают операционные системы, а предметом – сетевые операционные системы.

Теоретической базой выполнения работы стали научные труды и тексты таких отечественных и зарубежных исследователей проблемы, как Костромин В., Мертенс П., Партыка Т. Л. и др. Опыт названных исследователей позволяет рассмотреть предмет с разных сторон и с учетом различных точек зрения.

Структура работы содержит две главы. Первая глава состоит из двух параграфов, вторая – из четырех. Также в работу включены такие структурные элементы, как введение, заключение и список использованных источников.

1 Операционные системы. Понятие, классификация

Сущность и понятие операционных систем

Операционная система – комплекс системных и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы (Вычислительная система – взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации) и удобства работы с ней [17].

Назначение операционной системы – организация вычислительного процесса в вычислительной системе, рациональное распределение вычислительных ресурсов между отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования и отладки задач. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса (Интерфейс – совокупность аппаратуры и программных средств, необходимых для подключения периферийных устройств к ПЭВМ) между пользователем и вычислительной системой, т.е. операционная система предоставляет пользователю виртуальную вычислительную систему [12]. Это означает, что операционная система в значительной степени формирует у пользователя представление о возможностях вычислительной системы, удобстве работы с ней, ее пропускной способности. Различные операционные системы на одних и тех же технических средствах могут предоставить пользователю различные возможности для организации вычислительного процесса или автоматизированной обработки данных.

В программном обеспечении вычислительной системы операционная система занимает основное положение, поскольку осуществляет планирование и контроль всего вычислительного процесса. Любая из компонент программного обеспечения обязательно работает под управлением операционной системы.

В соответствии с условиями применения различают три режима операционной системы: пакетной обработки, разделения времени и реального времени.

В режиме пакетной обработки операционной системы последовательно выполняет собранные в пакет задания. В этом режиме пользователь не имеет контакта с ЭВМ, получая лишь результаты вычислений.

В режиме разделения времени операционная система одновременно выполняет несколько задач, допуская обращение каждого пользователя к ЭВМ.

В режиме реального времени операционная система обеспечивает управление объектами в соответствии с принимаемыми входными сигналами. Время отклика ЭВМ с операционной системе реального времени на возмущающее воздействие должно быть минимальным [17].

1.2 Классификация операционных систем

Существует несколько схем классификации операционных систем. Ниже приведена классификация по некоторым признакам с точки зрения пользователя.

По количеству одновременно работающих пользователей:

Однопользовательские операционные системы позволяют работать на компьютере только одному человеку.
Многопользовательские операционные системы поддерживают одновременную работу на ЭМВ нескольких пользователей за различными терминалами.

По числу процессов, одновременно выполняемых под управлением системы:

Однозадачные операционные системы поддерживают выполнение только одной программы в отдельный момент времени, то есть позволяют запустить одну программу в основном режиме.
Многозадачные операционные системы (мультизадачные) поддерживают параллельное выполнение нескольких программ, существующих в рамках одной вычислительной системы на некотором отрезке времени, то есть позволяют запустить одновременно несколько программ, которые будут работать параллельно, не мешая друг другу [4].

При многозадачном режиме, в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей, время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором, Параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

Современные операционные системы поддерживают многозадачность, создавая иллюзию одновременной работы нескольких программ на одном процессоре. На самом деле за фиксированный период времени процессор обрабатывает только один процесс, а процессорное время делится между программами, организуя тем самым параллельную работу. Это замечание не относится к многопроцессорным системам, в которых в действительности в один момент времени могут выполняться несколько задач.

Многозадачная операционная система, решая проблемы распределения ресурсов и конкуренции, полностью реализует мультипрограммный (многозадачный) режим. Многозадачный режим, который воплощает в себе идею разделения времени, называется вытесняющим. Каждой программе выделяется квант процессорного времени, по истечении которого управление передается другой программе. Говорят, что первая программа будет вытеснена. В вытесняющем режиме работают пользовательские программы большинства операционных систем.

По количеству поддерживаемых процессоров (однопроцессорные, многопроцессорные):

Многопроцессорные операционные системы поддерживают режим распределения ресурсов нескольких процессоров для решения той или иной задачи. При многопроцессорном режиме работы два или несколько соединенных и примерно равных по характеристикам процессора совместно выполняют один или несколько процессов (программ или наборов команд). Цель такого режима – увеличение быстродействия или вычислительных возможностей.

Многопроцессорные операционные системы разделяют на симметричные и асимметричные. В симметричных операционных системах на каждом процессоре функционирует одно и то же ядро, и задача может быть выполнена на любом процессоре, то есть обработка полностью децентрализована. При этом каждому из процессоров доступна вся память.

В асимметричных операционных системах процессоры неравноправны. Обычно существует главный процессор и подчиненные, загрузку и характер работы которых определяет главный процессор [1].

По типу доступа пользователя к ЭВМ (с пакетной обработкой, с разделением времени, реального времени):

Операционные системы пакетной обработки: в них из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет (набор) заданий, вводимых в ЭВМ и выполняемых в порядке очередности с возможным учетом приоритетности.

Операционные системы разделения времени обеспечивают одновременный диалоговый (интерактивный) режим доступа к ЭВМ нескольких пользователей на разных терминалах, которым по очереди выделяются ресурсы машины, что координируется операционной системой в соответствии с заданной дисциплиной обслуживания. Каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за этот интервал, ее исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в соответствии с циклическим алгоритмом.

Операционные системы реального времени обеспечивают определенное гарантированное время ответа машины на запрос пользователя с управлением им какими–либо внешними по отношению к ЭВМ событиями, процессами или объектами. При таком режиме ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления.

По разрядности кода операционной системы: восьмиразрядные, шестнадцатиразрядные, тридцатидвухразрядные, шестидесяти четырехразрядные:

Разрядность кода – это разрядность используемых аппаратных средств (например, использование 32–разрядных регистров для процессоров). Подразумевается, что разрядность операционной системы не может превышать разрядности процессора [1].

По типу интерфейса: командные (текстовые), объектно–ориентированные (как, правило, графические):

Пользовательский интерфейс – это программные и аппаратные средства взаимодействия пользователя с программой или ЭВМ. Пользовательский интерфейс бывает командным и объектно–ориентированным.

Командный интерфейс предполагает ввод пользователем команд с клавиатуры при выполнении действий по управлению ресурсами компьютера [4]. При этой технологии в качестве единственного способа ввода информации от человека к компьютеру служит клавиатура, а компьютер выводит информацию человеку с помощью монитора. Эту комбинацию (монитор + клавиатура) стали называть консолью.

Команды набираются в командной строке. Командная строка представляет собой строку приглашения. Команда заканчивается нажатием клавиши Enter. После этого осуществляется переход в начало следующей строки. Именно с этой позиции компьютер выдает на монитор результаты своей работы. Затем процесс повторяется.

Объектно–ориентированный интерфейс – это управление ресурсами вычислительной системы посредством осуществления операций над объектами, представляющими файлы, каталоги (папки), дисководы, программы, документы и т.д.

Разновидностью объектно–ориентированного интерфейса является графический WIMP – интерфейс (Window – окно, Image – образ, Menu – меню, Pointer – указатель). Характерной особенностью этого вида интерфейса является то, что диалог с пользователем ведется не с помощью команд, а с помощью графических образов – меню, окон, других элементов. Хотя и в этом интерфейсе подаются команды машине, но это делается «опосредованно», через графические образы. Этот вид интерфейса реализован на двух уровнях технологий: простой графический интерфейс и «чистый» WIMP–интерфейс, пример графический WIMP–интерфейс операционной системы Windows [1].

Кроме названных основных видов интерфейса можно выделить еще один – SILK – интерфейс (Speech – речь, Image – образ, Language – язык, Knowlege – знание). Этот вид интерфейса наиболее приближен к обычной, человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет обычный «разговор» человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и находя в ней ключевые фразы. Результат выполнения команд он также преобразует в понятную человеку форму.

По типу использования ресурсов (сетевые, не сетевые): Сетевые операционные системы: Novell NetWare, Windows 2008 Server.

Сетевые операционные системы предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в сеть с целью совместного использования данных, и предоставляют мощные средства разграничения доступа к данным в рамках обеспечения их целостности и сохранности, а также множество сервисных возможностей по использованию сетевых ресурсов.

По особенностям методов построения: монолитное ядро или микроядерный подход.

При описании операционной системы часто указываются особенности ее структурной организации и основные концепции, положенные в ее основу.

Способы построения ядра системы – монолитное ядро или микроядерный подход. Большинство операционных систем использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот.

Альтернативой является построение операционной системы на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции операционной системы более высокого уровня выполняют специализированные компоненты операционной системы – серверы, работающие в пользовательском режиме.

При таком построении операционная система работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой – ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы [14].

Подводя итоги первой главы, необходимо отметить, что операционные системы сложны и многогранны, а также сильно дифференцируются в зависимости от назначения и выполняемых функций. Каждая операционная система, в зависимости от вида, может быть грамотно использована в ограниченном числе ролей, так, например, сетевая операционная система не подойдет для домашнего использования, равно как и пользовательская не подойдет для корпоративного применения. Подробнее сетевые операционные системы рассмотрим в следующей главе.

2 Сетевые операционные системы

2.1 Основная характеристика сетевых операционных систем

Сетевая операционная система – это комплекс программ, обеспечивающих обработку, хранение и передачу данных в сети.

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 [8].

NOS определяет взаимосвязанную группу протоколов верхних уровней, обеспечивающих выполнение основных функций сети. К ним, в первую очередь, относятся:

адресация объектов сети;
функционирование сетевых служб;
обеспечение безопасности данных;
управление сетью.

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;
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 [8].

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.

Рисунок 1 Структура сетевой операционной системы

В соответствии со структурой, приведенной на рисунке 1 [7], в сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей.

Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование – серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам – клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.

Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., т. е. является средством транспортировки сообщений [2].

2.2 Архитектура сетевых операционных систем

Центральным критерием, определяющим значительность влияния на производительность и масштабируемость операционной системы, выступает ее архитектура. Чтобы предстать в настоящем виде, ОС преодолели немалый путь развития, начиная от монолитных систем, и заканчивая, на сегодняшний день, грамотно структурированными модульными системами, которые способны развиваться, расширяться и обладают сносной переносимостью.

Рассмотрим основную классификацию по типу архитектуры сетевых операционных систем.

Монолитные системы

В широком «структура» монолитной системы является отсутствием какой–либо структуры. Подобная ОС предстает в виде набора определенных процедур, каждая из которых при необходимости может реализовать вызов последующих. При применении подобной технологии каждая процедура системы обладает хорошо определенным интерфейсом, и каждая также обладает способностью вызвать любую другую в случае необходимости.

Многоуровневые системы

От монолитных операционных систем к многоуровневым приходят посредством структуризации. Здесь уровни образуются группами функций операционной системы – файловая система, управление процессами и устройствами и т.п. Каждый уровень обладает возможностью взаимодействия исключительно со своим ближайшим соседом – выше– или нижележащим уровнем. Запросы передаются вверх и вниз по этим уровням при помощи прикладных программ или модулей [12].

На сегодняшний день подобная технология все больше воспринимается вспомогательной, если не сказать – устаревшей, несмотря на то, что продолжительное время реализовывалась достаточно неплохо.

В тот момент, когда стал очевидным тот факт, что ОС могут существовать и быть востребованными продолжительное время, стало также очевидно, что необходимо снабжать их возможностями модернизации и улучшения. Таким образом была разработана модель клиент–сервер с технологией микроядра [12].

Модель клиент–сервер и микроядра

В вопросе структурирования операционной системы идея применения подхода клиент–сервер и микроядра реализуется посредством разбиения ее на несколько процессов. Такие процессы представляют собой серверы, каждый из которых наделен определенными сервисными функциями. Как пример могут выступать такие функции, как управление памятью или файловой системой.

Клиент, которым может быть либо другой компонент ОС, либо прикладная программа, запрашивает сервис, посылая сообщение на сервер. Ядро ОС (называемое здесь микроядром), работая в привилегированном режиме, доставляет сообщение нужному серверу, сервер выполняет операцию, после чего ядро возвращает результаты клиенту с помощью другого сообщения.

Микроядро реализует основную функцию операционной системы – управление ресурсами. Кроме того, нередки случаи, когда микроядро также выполняет функцию взаимодействия с аппаратным обеспечением. Различные варианты реализации модели клиент–сервер в структуре ОС могут существенно различаться по объему работ, выполняемых в режиме ядра.

Микроядерный подход при проектировании архитектуры ОС требует ответа на вопрос, какие функции ОС следует оставить в ядре, а какие вынести из него. Модули, содержащиеся в ядре, нельзя заменить без его перекомпиляции.

В состав микроядра обычно не включают сетевые функции, пользовательский интерфейс, файловую систему, а лишь основные функции управления [15].

Объектно–ориентированный подход

Несмотря на то, что микроядерный подход в некотором роде заложил базу для модульных систем, которые обладают способностью развиваться на регулярной основе, он не смог полностью реализовать необходимость оснащения ОС средствами для расширения и модернизации. На сегодняшний день объектно–ориентированный подход соответствует поставленной цели в наибольшей степени. При реализации объектно–ориентированного подхода программный компонент функционально изолируется от остальных.

Естественно, что центральным понятием объектно–ориентированного подходя является объект. В данном случае под объектом понимается единица программ и данных, которая взаимодействует с иными объектами при помощи обмена сообщениями. Объект может также представлять собой представление как определенной конкретной вещи, например, программы или документа, так и абстрактного предмета или явления – например, процесс или событие.

В данном подходе функции, которые реализует объект, формируют список действий, которые можно выполнить над данными, хранящимися в самом объекте. Так, объект–клиент имеет возможность обращения к другому объекту, которое реализуется при отправке сообщения с запросом на выполнение необходимой функции объекта–сервера.

Таким образом, объект предстает для внешнего мира в виде «черного ящика» с хорошо определенным интерфейсом. Способность объектов представать в виде «черного ящика» позволяет упаковывать в них и представлять в виде объектов уже существующие приложения, ничего в них не изменяя [12].

Применение такого подхода является наиболее эффективным и действенным при проектировании и реализации активно развивающегося программного обеспечения. Примером такого обеспечения может выступать, например, разработка приложений, которые предназначены для реализации на разнообразных аппаратных платформах.

Полностью объектно–ориентированные ОС особенно привлекательны для системных программистов, так как, применяя объекты системного уровня, программисты смогут залезать вглубь операционных систем для приспособления их к своим нуждам, не нарушая целостность системы.

На сегодняшний день объектно–ориентированный подход представляет собой одно из наиболее перспективных направлений в конструировании программного обеспечения.

Множественные прикладные среды

Подход, подразумевающий применение множественных прикладных сред, наделяет пользователя возможностью реализовывать на своем компьютере не только родные программы, но и продукты, которые были написаны для совершенно иных операционных систем. Эта возможность отличает подход множественных прикладных сред от вышеприведенных, в которых происходит непосредственное взаимодействие системы только с программистом, но редко доступно конечному пользователю.

На современном уровне освоения информационных систем уже стандартным является наличие на компьютере средств выполнения «чужих» программ. Так, отпадает большая часть ограничений со стороны прикладных программ при выборе той или иной операционной системы. Кроме того, с течением времени подход множественных прикладных сред становится все более не новшеством, а стандартом.

Так, множественными прикладными средами обеспечивается совместимость некоторой операционной системы с приложениями, которые были написаны для совершенно иных операционных систем и процессоров. Реализация такого подхода осуществляется на двоичном уровне. Реализация поддержки технологии множественных прикладных сред обеспечивается в некоторой степени модульностью операционных систем современности [5].

Всестороннее применение технологии множественных прикладных сред обеспечивает пользователям широкое поле выбора операционных систем и достаточно простой доступ к существенно более качественному и эффективному ПО.

Таким образом, очевидно, что ОС претерпели ряд существенных изменений в процессе своего развития, и выросли от монолитных систем к хорошо структурированным модульным системам, которые способны к развитию, расширению и простой интеграции с новыми, беспрестанно прогрессирующими платформами [5].

2.3 Функции, достоинства и недостатки сетевых систем

Для подробного исследования вопроса необходимо рассмотреть функции, выполняемые сетевыми операционными системами, а также их достоинства и недостатки.

Различают операционные системы со встроенными сетевыми функциями и оболочки над локальными системами. По другому признаку классификации различают сетевые ОС одноранговые и функционально несимметричные (для систем «клиент/сервер»).

Основные функции сетевой операционной системы:

управление каталогами и файлами;
управление ресурсами;
коммуникационные функции;
защита от несанкционированного доступа;
обеспечение отказоустойчивости;
управление сетью [3].

Управление каталогами и файлами в сетях заключается в обеспечении доступа к данным, физически расположенным в других узлах сети. Управление осуществляется с помощью специальной сетевой файловой системы. Файловая система позволяет обращаться к файлам путем применения привычных для локальной работы языковых средств. При обмене файлами должен быть обеспечен необходимый уровень конфиденциальности обмена (секретности данных).

Управление ресурсами включает обслуживание запросов на предоставление ресурсов, доступных по сети.

Коммуникационные функции обеспечивают адресацию, буферизацию, выбор направления для движения данных в разветвленной сети (маршрутизацию), управление потоками данных и др. Защита от несанкционированного доступа – важная функция, способствующая поддержанию целостности данных и их конфиденциальности. Средства защиты могут разрешать доступ к определенным данным только с некоторых терминалов, в оговоренное время, определенное число раз и т.п. У каждого пользователя в корпоративной сети могут быть свои права доступа с ограничением совокупности доступных директорий или списка возможных действий, например, может быть запрещено изменение содержимого некоторых файлов.

Отказоустойчивость характеризуется сохранением работоспособности системы при воздействии дестабилизирующих факторов. Отказоустойчивость обеспечивается применением для серверов автономных источников питания, отображением или дублированием информации в дисковых накопителях. Под отображением обычно понимают наличие в системе двух копий данных с их расположением на разных дисках, но подключенных к одному контроллеру. Дублирование отличается тем, что для каждого из дисков с копиями используются разные контроллеры. Очевидно, что дублирование более надежно. Дальнейшее повышение отказоустойчивости связано с дублированием серверов, что однако требует дополнительных затрат на приобретение оборудования.

Управление сетью связано с применением соответствующих протоколов управления. Программное обеспечение управления сетью обычно состоит из менеджеров и агентов. Менеджером называется программа, вырабатывающая сетевые команды. Агенты представляют собой программы, расположенные в различных узлах сети. Они выполняют команды менеджеров, следят за состоянием узлов, собирают информацию о параметрах их функционирования, сигнализируют о происходящих событиях, фиксируют аномалии, следят за трафиком, осуществляют защиту от вирусов. Агенты с достаточной степенью интеллектуальности могут участвовать в восстановлении информации после сбоев, в корректировке параметров управления и т.п.

Как уже было заявлено выше, сетевая операционная система состоит из набора веб–приложений (веб–сервисов), которые объединены в рамках единого пользовательского интерфейса, напоминающего классические десктопные системы (в частности, Windows или MacOS). Большинство подобных сервисов предоставляют пользователю реализацию следующих функций:

файловое хранилище;
встроенный сервис электронной почты (объединяется с почтовым клиентом, расположенным в самой системе);
единый (в большинстве случаев) логин до всех основных веб–сервисов, включаемых в состав сетевой операционной системы (например, хранилища медиафайлов, текстового редактора, органайзера);
похожую организацию пользовательского интерфейса на Windows (кнопка «Пуск» с иерархичным меню, папка «Панель Инструментов» с похожими на Windows апплетами, например, для установки разрешения экрана и выбора темы оформления окон, или для ввода сведений о владельце);
рабочий стол с гаджетами и виджетами;
двухстороннюю синхронизацию PIM (личных данных) с десктопом или мобильным устройством (последнее имеется у считанных сервисов) по FTP или через программный клиент (преимущественно для коммуникаторов и смартфонов) [4].

В состав сетевой операционной системы обычно входит текстовые и табличные процессоры (реже – редактор презентаций), средство для просмотра PDF–файлов, медиаплееры (обычно для mp3–файлов и для просмотра потокового видео с видеохостингов, непосредственного воспроизведения файлов в AVI, MPG и других форматах, пока нет), средство для просмотра изображений (реже – фоторедактор), PIM–менеджер (адресная книга + календарь, почтовый клиент), IM–клиент (в основном, использующийся для контакта между зарегистрированными в сервисе пользователями, или же для связи с разработчиками), Flash–игры.

Преимущества и недостатки сетевых операционных систем.

Основное преимущество использования сетевых операционных систем состоит в их кроссплатформенности – они запускаются на любом устройстве, имеющем выход в Интернет и совместимый веб–браузер (в том числе, появляются и веб–десктопы для коммуникаторов и мобильных телефонов). Это значит, что пользователю предоставляются один и тот же набор приложений и сервисов в любое время и с любого компьютера. Кроме того, поскольку сама сетевая операционная система работает на мощностях удаленных серверов, постольку от компьютера пользователя не требуется каких–либо серьезных требований по мощности и производительности (по этой причине рост популярности подобных систем связывают с появлением на рынке нетбуков и Интернет–планшетов, с одной стороны, а, с другой стороны, с «тонкими клиентами»).

Из ключевых недостатков у сетевых операционных систем на сегодняшний день можно выделить пока еще не до конца урегулированный механизм защиты личных данных (при использовании пользователь хранит на удаленном файловом хранилище свои файлы), а также относительную нестабильность самого программного обеспечения, используемого в этих системах (большинство систем находится в состоянии бета–тестирования, а входящие их состав веб–сервисы (например, Zoho Writer) могут периодически быть недоступными из–за профилактических работ) [4].

2.4 Обзор распространенных сетевых систем

Как известно, сеть – это совокупность компьютеров, связанных друг с другом для обеспечения обмена данными и совместного использования различных ресурсов. Сетевыми ресурсами могут быть принтеры, файлы, прикладные программы и т.д.

Для управления сетью разрабатываются специальные сетевые операционные системы [6]. Признанными лидерами сетевых ОС с выделенным сервером являются Windows NT Server и NetWare. Рассмотрим подробнее каждую из них.

ОС NetWare версий 3.х и 4.х предназначена для обеспечения доступа к общим ресурсам сети со стороны нескольких пользователей. В качестве таких ресурсов выступают файлы данных, принтеры, модемы, модули и т. д. Для комплексного решения этой проблемы потребовались большие усилия со стороны различных фирм. В процессе разработки ОС NetWare были решены некоторые важные задачи, которые рассматриваются в следующих пунктах пособия.

NetWare предоставляет пользователям следующие возможности:

поддерживает коллективное использование файлов;
обеспечивает доступ к сетевым принтерам;
предлагает средства для работы с электронной почтой;
поддерживает работу СУБД различных типов;
обеспечивает доступ к файловому серверу со стороны рабочих станций, функционирующих под управлением различных операционных систем;
предлагает средства, позволяющие объединять удаленные сегменты сети;
обеспечивает «прозрачность» доступа локальных и удаленных пользователей к ресурсам сети;
предлагает средства для надежного хранения данных;
обеспечивает защиту ресурсов сети от несанкционированного доступа;
поддерживает динамически расширяемые многосегментные тома на нескольких дисках файлового сервера;
предоставляет средства управления ресурсами корпоративных сетей: единый каталог сетевых ресурсов NDS в NetWare 4.1;
обеспечивает передачу и обработку данных с использованием разных протоколов: SPX/IPX, TCP/IP, NetBIOS, AppleTalk;
поддерживает работу суперсерверов в симметричном режиме функционирования (ОС NetWare 4.1 SMP) [17].

Рассмотрим некоторые возможности более подробно.

Прежде всего NetWare позволяет пользователям обращаться к общим файлам, хранящимся на файловом сервере. Это, с одной стороны, позволяет не дублировать общие данные на рабочих станциях, а, с другой стороны, обеспечивает взаимодействие пользователей через файловый сервер.

Если всем пользователям сети необходимо выводить данные на печать, а число принтеров меньше количества рабочих станций, то NetWare позволяет сделать печатающие устройства разделяемыми, т.е. доступными всем клиентам сети.

Под управлением NetWare функционирует шлюз электронной почты (ЭП) MHS (Message Handling Service). Этот программный продукт состоит из NLM–модулей. Он вошел в состав NetWare 4.1 как штатное средство. MHS управляет сбором, маршрутизацией и доставкой сообщений через разнородные шлюзы ЭП и линии связи. С MHS совместимы более 200 пакетов электронной почты, функционирующих на рабочих станциях.

NetWare обеспечивает работу СУБД, поддерживающих две технологии обработки запросов: «клиент–файл» и «клиент–сервер». В СУБД типа «клиент–файл» запросы прикладной программы к базе данных (БД) транслируются и выполняются на рабочей станции, на файловом сервере хранятся файлы БД, индексные и технологические файлы. К этому классу СУБД относятся следующие популярные пакеты: dBase (Borland), Clipper (Computer Association), FoxPro (Microsoft), Paradox (Borland), Clarion (Clarion) и т. д. В СУБД типа «клиент–сервер» запрос к БД передается серверу СУБД, функционирующему как совокупность NLM–модулей на файловом сервере. Здесь запрос транслируется и выполняется. На рабочую станцию обратно передаются только результаты выполнения запроса. Для СУБД этого типа характерно уменьшение сетевого трафика и увеличение нагрузочной способности сети. СУБД Oracle 7 (Oracle), SQLBase (Gupta), Btrieve (Btrieve Technologies), Progress 7 (Progress Software) и т.д. поддерживают технологию «клиент–сервер».

Следует также отметить, что в NetWare обеспечена возможность доступа к файловому серверу со стороны рабочих станций, функционирующих под управлением различных операционных систем: MS DOS, OS/2, UNIX, Macintosh, Windows NT Workstation и т.д. В настоящее время разработаны средства взаимодействия NetWare с другими сетевыми операционными системами: OS/2 LAN Server, Windows NT Server, UNIX [17].

NetWare имеет некоторые преимущества по сравнению со своим конкурентом Windows NT Server 3.51. Это маршрутизация всех протоколов на сервере, удаленное управление самим сервером и эффективная поддержка клиентских станций, работающих под управлением DOS.

Более того, NetWare 4.1 обеспечивает поддержку ряда служб, необходимых для ОС сети масштаба предприятия. Например, служба справочника NetWare (NDS) стала мощным средством управления большими корпоративными сетями. Система безопасности включает функцию ограничения объема данных пользователя на томе сервера. Эта функция не реализована в Windows NT. Производительность NetWare при операциях с файлами и службами сетевой печати по–прежнему выше, чем у ее конкурентов, особенно в случае крупных разнородных сетей. По сравнению с другими сетевыми ОС, NetWare поддерживает большее число операционных сред клиентов, включая DOS, Windows, OS/2, Macintosh и UNIX.

NetWare лидирует и по числу представленных на рынке аппаратных и программных средств третьих фирм, которые расширяют и дополняют ее функциональные возможности. Система имеет больше возможностей для резервного копирования и хранения данных, больше управляющих утилит и сетевых приложений, чем любая другая операционная система. Еще одно преимущество NetWare заключается в том, что для ее обслуживания легче найти квалифицированный обслуживающий персонал [17].

Операционная система NetWare имеет ограниченные возможности по разработке приложений:

имеется небольшое число средств для разработки NLM–модулей (в основном компилятор Watcom C);
в NetWare 3.х нет встроенных средств защиты оперативной памяти (ОП) задачи (нити); в NetWare 4.х эта защита реализована только между двумя доменами (кольцами) ОП файлового сервера;
нет средств организации на файловом сервере виртуальных машин;
многопроцессорную обработку поддерживают только операционные системы NetWare 4.1 SMP и NetWare SFT III, причем возможности последней ОС весьма ограничены;
не реализована встроенная распределенная файловая система;
ОС не поддерживает удаленные процедуры.

С целью устранения перечисленных недостатков фирма Novell разработала UNIX–подобную ОС UnixWare. Это связано с тем, что операционная система UNIX не имеет отмеченных выше ограничений.

NetWare имеет и некоторые другие недостатки:

для администрирования необходимо иметь рабочую станцию,
ОС поддерживает персональные компьютеры с Intel–совместимым процессором,
при инсталляции операционная система не распознает автоматически параметры сетевых адаптеров и периферийных устройств, их следует указывать вручную [12].

Операционные системы Windows NT можно назвать прародителем или продолжением серии операционных систем Windows лишь условно. Скорее, это отдельная ветвь развития программных продуктов корпорации Microsoft. Начав разработки этой серии операционных систем еще в 1988 году, выпустив в 1993 году в свет первую из версий этого семейства, к 2000–му разработчики создали целую серию этих программных продуктов.

Если операционные системы Windows 95 и 98 были ориентированы в основном на использование для домашних и настольных компьютеров, то в задачи Windows NT входило обеспечение работы предприятий и корпоративных сетей. Именно поэтому надежности и устойчивости к сбоям этих операционных систем уделялось повышенное внимание.

Как следует из названия, эта серия операционных систем в основном предназначалась для сетевого использования. В основу ядра было заложено обеспечение максимально эффективного разделения ресурсов компьютера для предоставления их в многопользовательское использование. Изначально Windows NT выпускалась в двух вариантах – Windows NT workstation и Windows NT server. Первая версия предназначалась для установки на рабочих станциях и основным аспектом ее использования являлось обеспечение надежности работы пользовательских программ. В то время, как Windows NT server предполагалось устанавливать на компьютерах, выделенных под серверы локальных и корпоративных сетей. Благодаря организации многопользовательского доступа к ресурсам, Windows NT стала весьма популярной среди разработчиков локальных вычислительных систем [3].

В качестве поддержания идеологии Microsoft об обеспечении единого стиля программных продуктов корпорации, интерфейс Windows NT внешне не отличим от Windows 95 или 98. Что касается отличий внутренних, на уровне кода, то они весьма существенны. Так, например, Windows NT обладает большей наращиваемостью. То есть, повышение эффективности работы компьютера при увеличении мощности комплектующих ощутимее, чем при равных условиях при использовании Windows 95 или 98.

Кроме того, очень важным отличием операционных систем семейства NT от его «домашних» собратьев, является обеспечение возможности разграничения доступа к ресурсам на уровне пользователей. С помощью специальной служебной утилиты, администратор может легко создавать пользователей и группы пользователей, чтобы в дальнейшем обеспечить доступ к локальным и сетевым ресурсам компьютера, основываясь на правах, предоставленных каждому пользователю в отдельности или группе в целом.

Начиная с версии 4.0, Windows NT становятся не только полностью 32–х разрядными приложениями, но и целиком объектно–ориентированными. Имеется в виду, что файловая система на базе OLE 2.0 позволяет хранить не файлы, а объекты, что повышает корректность копий документов, электронных таблиц и других видов информации, хранящихся на различных сетевых ресурсах. Следует отметить принципиально новую систему записи файлов на жесткие диски. Основной файловой системой Windows NT является NTFS, гарантирующая оптимальное использование дискового пространства и улучшенную организацию данных на диске, что повышает быстродействие при обращении к данным, а также надежность их хранения и защиту от сбоев [3].

Что касается аппаратных требований, то Windows NT весьма неприхотлива в этом смысле. Созданный как надежная рабочая лошадка, он успешно может быть установлен даже на компьютер с процессором первого поколения пентиумов и объемом оперативной памяти до 512 Мв. Основная сфера применения этой операционной системы – локальные и корпоративные сети. Компьютеры с установленной Windows NT server с успехом используются как серверы в корпоративных сетях (файл–серверы, серверы приложений или принт–серверы). Клиентами в такой сети могут быть компьютеры с установленными различными операционными системами. Windows NT server как правило используется в качестве платформы для различных сетевых приложений. Например, приложений с использованием технологии клиент–сервер [6].

Кроме того, на основе NT может функционировать система администрирования Microsoft System Management Server, обеспечивающая возможность полного (в том числе и удаленного) контроля локальной сети. В этом случае системным администраторам доступна проверка удаленной аппаратной и программной конфигурации, мониторинг сети и удаленное администрирование любой рабочей станции в локальной сети. Можно сказать, что Windows NT является легким программным обеспечением, то есть не загружает ресурсы компьютера, гарантируя тем самым максимально эффективное их использование. А за счет встроенной идеологии разделения доступа к ресурсам достигается высокая производительность работы в сети. Немаловажным моментом для пользователей сети на базе Windows NT server является возможность однократного входа в сеть для каждого клиента. То есть, учетное имя пользователя и его профайл, созданные на сервере, позволяют ему подключаться к локальной сети с любого компьютера и обеспечивают доступ именно к его рабочим ресурсам. Таким образом, любая рабочая станция сети может стать рабочим местом каждому [10].

Windows NT workstation, в свою очередь, был разработан как программный продукт для установки на рабочие станции – члены локальных сетей под управлением Windows NT server. Однако, изредка эта система используется и в домашних условиях [3].

Таким образом, становится ясно, что Windows NT – это скорее промышленный вариант операционной системы, нежели домашний. Установить Windows NT на домашний персональный компьютер могут только аскеты, ставящие работоспособность и надежность превыше удобств и развлечений.

Обе рассмотренные востребованные сетевые операционные системы обладают рядом достоинств и недостатков, и, тем не менее, остаются лидерами на рынке сетевого программного обеспечения достаточно продолжительное время. Это говорит о том, что данные системы, в зависимости от преследуемых целей и имеющихся ресурсов, могут быть использованы практически на любом предприятии, производстве, организации. Грамотный обоснованный выбор наиболее подходящей сетевой информационной системы позволит не только избежать множества ошибок в работе, но и максимально ее упростить и автоматизировать, что не может сказаться положительно на работе организации в целом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При проведении исследования была достигнута поставленная цель – изучены сетевые операционные системы.

Для достижения цели были выполнены следующие задачи:

охарактеризована понятие и сущность операционных систем;
приведена классификация операционных систем; определено, что существуют различные подходы и основания для классификации операционных систем;
рассмотрена основная характеристика сетевых операционных систем; определена их сущность и назначение, отличительные особенности, а также типологии архитектуры;
проанализированы основные функции, достоинства и недостатки сетевых операционных систем;
произведен общий обзор наиболее распространенных сетевых операционных систем, в частности – Windows NT и NetWare.

Текст настоящего исследования может быть использован для проведения дальнейших исследований, актуальных времени и условиям современности. Технологии не стоят на месте, постоянно развиваясь и изменяясь, они предоставляют широкий простор для новых исследований и расширения проблемы. Расширение предмета работы, и, как следствие, всего исследования, также возможно при возникновении необходимости или новых условий в вопросе. Данная же работа в таком случае может быть использована в качестве теоретической базы для дальнейших исследований.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Дейтел, Г. Введение в операционные системы UNIX, VAX, CP/M, MVS, VM / Г. Дейтел. – М.: Мир, 2015. – 758 c.
Джонс, Д. Средства автоматизации в Microsoft Windows (+ CD–ROM) / Д. Джонс. – М.: Эком, 2015. – 416 c.
Костромин, В. А. Самоучитель Linux для пользователя / В. А. Костромин. – М.: СПб: БХВ, 2015. – 672 c.
Курячий, Г. В. Операционная система UNIX. Курс лекций. Учебное пособие; Интернет–университет информационных технологий / Г. В. Курячий. – Москва, 2014. – 288 c.
Магда, Ю. С. UNIX для студента / Ю. С. Магда. – БХВ–Петербург – Москва, 2017. – 480 c.
Макин Дж.К, Десаи А. Развертывание и настройка Windows Server 2010. – М.:Русская Редакция, 2015. – 640 с.
Маккузик, М. К. FreeBSD: архитектура и реализация / М. К. Маккузик, Д. В. Невилл–Нил. – М.: КУДИЦ–Образ, 2013. – 800 c.
Мартемьянов, Ю. Ф. Операционные системы. Концепции построения и обеспечения безопасности / Ю. Ф. Мартемьянов, А. В. Яковлев. – Горячая Линия – Телеком – , 2015. – 338 c.
Мертенс, П. Интегрированная обработка информации. Операционные системы в промышленности / П. Мертенс. – Финансы и статистика – , 2017. – 424 c.
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. – СПб.:Питер, 2016. – 672 с.
Партыка, Т. Л. Операционные системы, среды и оболочки: Учебное пособие / Т. Л. Партыка, И. И. Попов. – М.: Форум, 2015. – 400 c.
Робачевский А.М. Операционная система Unix. СПб.: BHV Санкт–Петербург, 2004, 528с.
Таненбаум Э.Операционные системы: Справочник / Э. Таненбаум. – М.: Форум, 2016, 386с.
Титаренко, С. П. Управление процессами в современных операционных системах ЭВМ: учебное пособие / С. П. Титаренко. – М.: Финансы и статистика, 2018. – 214с.
Ханикат, Дж. Знакомство с Microsoft Windows Server 2003 / Дж. Ханикат. Пер. с англ. – М.: ИЗдательско–торговый дом «Русская редакция», 2003. – 464 с.
Холме, Д. Эффективное администрирование. Ресурсы Windows Server 2008, Windows Vista, Windows XP, Windows Server 2003 / Д. Холме. – М.: Русская Редакция, 2009. – 768 с.
Эбен, Т. М. FreeBSD. Энциклопедия пользователя / Т. М. Эбен. – К.: ООО ТИД ДС, 2014. – 736 c.