Курсовая работа: Сетевые операционные системы (Теоретические основы построения сетевых операционных систем.)

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день существует большое количество разных типов операционных систем, отличающихся областями применения, аппаратными платформами и методами реализации. Соответственно, это обуславливает и значительные функциональные различия этих операционных систем. Даже у конкретной операционной системы набор выполняемых функций зачастую определить не так просто — та функция, которая сегодня выполняется внешним по отношению к операционным системам компонентом, завтра может стать ее неотъемлемой частью и наоборот. Поэтому при изучении операционных систем очень важно из всего многообразия выделить те функции, которые присущи всем операционным системам, как классу продуктов.

Операционная система компьютерной сети во многом аналогична операционная система компьютера, не подключенного к локальной или другой сети — она также представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который обеспечивает удобство работы пользователям и программистам путем предоставления им некоторой виртуальной вычислительной системы, и реализует эффективный способ разделения ресурсов между множеством выполняемых программных процессов.

Компьютерная сеть — это несколько компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этих компьютеров. Сеть могут образовывать компьютеры разных типов, которыми могут быть небольшие микропроцессоры, рабочие станции, мини-компьютеры, персональные компьютеры или суперкомпьютеры. Коммуникационная система может включать кабели, повторители, коммутаторы, маршрутизаторы и другие устройства, обеспечивающие передачу сообщений между любой парой компьютеров сети. Компьютерная сеть позволяет пользователю работать со своим компьютером в автономном режиме и добавляет к этому возможность доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети.

При организации сетевой работы операционная система играет роль интерфейса, экранирующего от пользователя все детали низкоуровневых программно-аппаратных средств сети. Например, вместо числовых адресов компьютеров сети, таких как МАС-адрес и IP-адрес, операционная система компьютерной сети позволяет оперировать удобными для запоминания символьными именами. В результате в представлении пользователя сеть с ее множеством сложных и запутанных реальных деталей превращается в достаточно понятный набор разделяемых ресурсов.

Объектом исследования моей курсовой работы являются сетевые операционные системы для ЭВМ.

Цель исследования – провести технический обзор коммерческих и свободно распространяемых сетевых операционных систем с тем, чтобы проанализировать их возможности и определить области применения.

Предмет исследования - основные характеристики и возможности современных сетевых операционных систем.

Задачи исследования:

изучить:

• основные понятия, функции, состав и принципы работы сетевых операционных систем;
• архитектуры современных сетевых операционных систем;
• особенности построения и функционирования современных сетевых операционных систем;
• принципы управления ресурсами в сетевой операционной системе;
• технические характеристики популярных сетевых операционных систем.

Актуальность исследования с одной стороны обусловлена потребностью улучшения операционных систем для повышения качества работы пользователей с ЭВМ, делая ее, более простой и освобождая их от обязанностей распределять ресурсы и управлять ими. С другой стороны, выбранная тема курсовой работы актуальна в силу ежегодного роста и развития компьютерных технологий, а также в связи с увеличением роста локальных сетей. В настоящее время широко распространены домашние сети, сети малого офиса, сети крупных компании и т.д.

В связи с развитием компьютерных сетей развиваются и совершенствуются сетевые операционные системы. С высокой периодичностью выходят новые обновления для операционных систем и новые программы и приложения. Динамично развиваются информационные технологии, которые тоже являются «двигателем» развития операционных систем. В многообразии предлагаемых версий и платформ операционных систем необходимо правильно ориентироваться и уметь с ними работать.

Технические обзоры сетевых операционных систем очень быстро устаревают. Интернет – ресурсы также предлагают материалы чаще всего по сетевым операционным системам с устаревшими версиями. В основной части моей курсовой работы изложены материалы по современным сетевым операционным системам, таким как – Windоws Server 2008, Windows Home Server 2011, которые относятся к коммерческим программным продуктам, а также по операционной системе Linux, как альтернатива коммерческим программным продуктам.

1. Теоретические основы построения сетевых операционных систем.

1.1. Требования, предъявляемые с сетевым операционным системам.

Одной из основных задач любой, в том числе и сетевой операционной системы является управление использованием ресурсов. Она должна управлять использованием ресурсов ЭВМ таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность (под реактивностью понимают скорость реакции) системы. Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:

- планирование использования ресурса, а именно - определение какому процессу, когда, в каком объеме, необходимо выделить данный ресурс;

- отслеживание состояния ресурса, то есть поддерживать набор оперативной информации о степени занятости ресурса.

Сетевая операционная система позволяет разделять ресурсы не только локально, но и в рамках сети объединяющей ЭВМ со своими средствами межсетевого взаимодействия. Она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств, а также средства для удаленного входа в другие ЭВМ сети и средства доступа к удаленным ресурсам, однако эти дополнения существенно не меняют структуру самой операционной системы. Фактически на современном уровне развития компьютерных технологий наличие у операционных систем возможностей для сетевого взаимодействия из разряда предпочтительного перешло в разряд необходимого для полноценной работы пользователя.

В отличие от сетевой операционной системы, распределенные операционные системы реализуют сетевое разделения ресурсов, моделируя единую виртуальную машину над сетью. Работая с распределенными операционными системами пользователю нет необходимости знать подключена его ЭВМ к сети, является ли данный ресурс локальным, и в какой точке мира выполняется его программа. Основное отличие сетевой операционной системы от распределенной операционной системы – в сети взаимодействуют несколько сетевых операционных систем (по одной на пользователя), в то время как в распределенной операционной системе есть одна операционная система, которая обслуживает сеть.

• Набор характеристик сетевой операционной системы.

Большое разнообразие типов компьютеров, используемых в вычислительных сетях, влечет за собой разнообразие операционных систем: для рабочих станций, для серверов сетей уровня отдела и серверов уровня предприятия в целом. К ним могут предъявляться различные требования по производительности и функциональным возможностям, и предпочтительно, чтобы они обладали определенным набором характеристик, который позволил бы обеспечить совместную работу разных операционных систем:

• Поддерживающие многопроцессорность: Может быть симметричной (процессоры равномерно нагружаются кодами разных программ), асимметричной (один процессор выполняет один процесс);
• Многозадачность: Многозадачная операционная система управляет ресурсами, разделяемыми несколькими одновременно выполняющимися конкурирующими программами. Многозадачность разделяется на несколько типов, в зависимости от реализованного алгоритма управления разделением процессорного времени. Основные виды многозадачности – вытесняющая (операционная система выделяет квант времени процессу или нити, затем прерывает их выполнение и выделяет квант времени следующему процессу или нити) и кооперативная (сам процесс определяет в какой момент времени вернуть операционной системе управление, например, во время ожидания ввода);
• Многонитеевые: Позволяют распараллеливать вычисления в рамках одного процесса. С точки зрения программирования нить – информация о состоянии (контексте) процесса. Нить создается и используется таким образом, что несколько процессов (нитей) может выполняться в рамках одного кода, но с использованием разных данных об окружении (контекстах). Обычно многонитиевость используется при написании программ-серверов, которым надо взаимодействовать единым образом с заранее неизвестным числом пользователей.

Операционные системы делятся по критерию оптимизации на системы:

• Пакетные: критерий эффективности – максимальное число решенных задач, которые поступают в операционную систему пакетами. Операционная система оптимизирует выполнение задач, а не взаимодействие с пользователем;
• Реального времени: Отвечают на входящие данные немедленно. Критерий эффективности – гарантированное время реакции системы (скорость выполнения процессов и разделение процессорного времени) на информационный сигнал. Неспециализированные UNIX и DOS ОС не являются системами реального времени, т.к. не гарантируют одинаковое время реакции системы на входные данные;
• Разделения времени: процессорное время равномерно распределяется между задачами, что делает работу пользователя более удобной. Критерий оптимальности – честное распределение (по потребностям) процессорного времени, между разными задачами с одинаковым правами на использование этого ресурса.

Большинство сетевых операционных систем можно отнести к последним двум типам. Также сетевые операционные системы делятся на сетевые операционные системы со встроенными сетевыми функциями и на оболочки с сетевыми функциями над локальными операционными системами.

• Набор критериев.

Рассмотрим набор критериев, на основе которого решается, на сколько хорошо данная операционная система может выполнять функции сетевой операционной системы. Основные требования, предъявляемые организациями к современным сетевым операционным системам:

• Системная архитектура – управление какими ресурсами, и какие алгоритмы управления она поддерживает, можно ли ее запустить на многопроцессорной архитектуре, какие микропроцессорные архитектуры (Intel x86, Alpha, Power PC) она поддерживает;
• Масштабируемость – количество ресурсов, которыми сможет управлять операционная система;
• Производительность – скорость выполнения сетевой операционной системой требуемого класса задач, количество одновременных обращений пользовательских процессов которое в состоянии обслужить система;
• Надежность – поддержка средствами сетевая операционная система средств резервирования данных, транзакций, поддержка или нахождение в составе сетевой операционной системы надежной файловой системы;
• Безопасность – какой уровень защиты информации поддерживает сетевая операционная система, ограничения на доступ к каким ресурсам она поддерживает, какая система прав доступа поддерживается;
• Средства администрирования – какие утилиты и как помогают администрировать сетевую операционную системуа;
• Поддержка сетевых сред – поддерживает ли сетевая операционная система физические устройства, работающие с Ethernet, Token ring, оптоволокном и т.п.;
• Поддержка стеков протоколов – на каких и скольких стеках протоколов может функционировать сетевая операционная система и поддержка программного обеспечения для работы с данными в рамках всемирной сети Интернет;
• Сетевая печать – сколько поддерживается средствами сетевой операционной системой печатающих устройств на сервере, очередей на печатающие устройства;
• Приложения – какие приложения включены в стандартную поставку сетевой операционной системы, какую минимальную функциональность обеспечивает сетевая операционная система (это могут быть почтовые сервера и клиенты, средства разработки, сервера печати, Интернет сервера и т.п.);
• Совместимость – насколько сетевая операционная система совместима с уже имеющимися программно-аппаратными комплексами в организации.