Система управления базой данных объектов гражданской обороны для принятия решений в чрезвычайной ситуации (Диплом)

Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют

различные алгоритмы, что в конечном счете и определяет их облик в целом,

включая характеристики производительности, область применения и даже

пользовательский интерфейс.

Так, например, алгоритм управления процессором в значительной степени

определяет, является ли ОС системой разделения времени, системой пакетной

обработки или системой реального времени.

2.3. Классификация ОС

Операционные системы могут различаться особенностями реализации

внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера

(процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов

проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и

многими другими свойствами.

Ниже приведена классификация ОС по нескольким наиболее основным

признакам.

2.3.1. Особенности алгоритмов управления ресурсами

От эффективности алгоритмов управления локальными ресурсами компьютера

во многом зависит эффективность всей сетевой ОС в целом. Поэтому,

характеризуя сетевую ОС, часто приводят важнейшие особенности реализации

функций ОС по управлению процессорами, памятью, внешними устройствами

автономного компьютера. Так, например, в зависимости от особенностей

использованного алгоритма управления процессором, операционные системы

делят на многозадачные и однозадачные, многопользовательские и

однопользовательские, на системы, поддерживающие многонитевую обработку и

не поддерживающие ее, на многопроцессорные и однопроцессорные системы.

2.3.1.1. Поддержка многозадачности.

По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут

быть разделены на два класса:

. однозадачные (например, MS-DOS, MSX)

. многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95/NT).

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления

пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс

взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают

средства управления периферийными устройствами, средства управления

файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют

разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор,

оперативная память, файлы и внешние устройства.

2.3.1.2. Поддержка многопользовательского режима.

По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

. однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);

. многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских

является наличие средств защиты информации каждого пользователя от

несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не

всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая

однопользовательская ОС является однозадачной.

2.3.1.3. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность

Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ

распределения процессорного времени между несколькими одновременно

существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет

специфику ОС. Среди множества существующих вариантов реализации

многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:

. невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);

. вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX).

Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами

многозадачности является степень централизации механизма планирования

процессов. В первом случае механизм планирования процессов целиком

сосредоточен в операционной системе, а во втором - распределен между

системой и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности

активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной

инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та

выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей

многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на

другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

2.3.1.4. Поддержка многонитевости

Важным свойством операционных систем является возможность

распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС

разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными

ветвями (нитями).

2.3.1.5. Многопроцессорная обработка

Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней

средств поддержки многопроцессорной обработки - мультипроцессирование.

Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления

ресурсами.

В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки

многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных

системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus

Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы

Novell.

Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организации

вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой:

асимметричные ОС и симметричные ОС. Асимметричная ОС целиком выполняется

только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по

остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и

использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными

задачами.

2.3.1.6. Поддержка сети

Выше были рассмотрены характеристики ОС, связанные с управлением

только одним типом ресурсов - процессором. Важное влияние на облик

операционной системы в целом, на возможности ее использования в той или

иной области оказывают особенности и других подсистем управления локальными

ресурсами - подсистем управления памятью, файлами, устройствами ввода-

вывода.

Специфика ОС проявляется и в том, каким образом она реализует сетевые

функции: распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным

ресурсам, передача сообщений по сети, выполнение удаленных запросов. При

реализации сетевых функций возникает комплекс задач, связанных с

распределенным характером хранения и обработки данных в сети: ведение

справочной информации о всех доступных в сети ресурсах и серверах,

адресация взаимодействующих процессов, обеспечение прозрачности доступа,

тиражирование данных, согласование копий, поддержка безопасности данных.

2.3.2. Особенности аппаратных платформ

На свойства операционной системы непосредственное влияние оказывают

аппаратные средства, на которые она ориентирована. По типу аппаратуры

различают операционные системы персональных компьютеров, мини-компьютеров,

мейнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ. Среди перечисленных типов компьютеров

могут встречаться как однопроцессорные варианты, так и многопроцессорные. В

любом случае специфика аппаратных средств, как правило, отражается на

специфике операционных систем.

Очевидно, что ОС большой машины является более сложной и

функциональной, чем ОС персонального компьютера. Так в ОС больших машин

функции по планированию потока выполняемых задач, очевидно, реализуются

путем использования сложных приоритетных дисциплин и требуют большей

вычислительной мощности, чем в ОС персональных компьютеров. Аналогично

обстоит дело и с другими функциями.

Сетевая ОС имеет в своем составе средства передачи сообщений между

компьютерами по линиям связи, которые совершенно не нужны в автономной ОС.

На основе этих сообщений сетевая ОС поддерживает разделение ресурсов

компьютера между удаленными пользователями, подключенными к сети. Для

поддержания функций передачи сообщений сетевые ОС содержат специальные

программные компоненты, реализующие популярные коммуникационные протоколы,

такие как IP, IPX, Ethernet и другие.

Многопроцессорные системы требуют от операционной системы особой

организации, с помощью которой сама операционная система, а также

поддерживаемые ею приложения могли бы выполняться параллельно отдельными

процессорами системы. Параллельная работа отдельных частей ОС создает

дополнительные проблемы для разработчиков ОС, так как в этом случае гораздо

сложнее обеспечить согласованный доступ отдельных процессов к общим

системным таблицам, исключить эффект гонок и прочие нежелательные

последствия асинхронного выполнения работ.

Другие требования предъявляются к операционным системам кластеров.

Кластер - слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем,

работающих совместно для выполнения общих приложений, и представляющихся

пользователю единой системой. Наряду со специальной аппаратурой для

функционирования кластерных систем необходима и программная поддержка со

стороны операционной системы, которая сводится в основном к синхронизации

доступа к разделяемым ресурсам, обнаружению отказов и динамической

реконфигурации системы. Одной из первых разработок в области кластерных

технологий были решения компании Digital Equipment на базе компьютеров VAX.

Недавно этой компанией заключено соглашение с корпорацией Microsoft о

разработке кластерной технологии, использующей Windows NT. Несколько

компаний предлагают кластеры на основе UNIX-машин.

Наряду с ОС, ориентированными на совершенно определенный тип

аппаратной платформы, существуют операционные системы, специально

разработанные таким образом, чтобы они могли быть легко перенесены с

компьютера одного типа на компьютер другого типа, так называемые мобильные

ОС. Наиболее ярким примером такой ОС является популярная система UNIX. В

этих системах аппаратно-зависимые места тщательно локализованы, так что при

переносе системы на новую платформу переписываются только они. Средством,

облегчающем перенос остальной части ОС, является написание ее на машинно-

независимом языке, например, на С, который и был разработан для

программирования операционных систем.

2.3.3. Особенности областей использования

Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с

использованными при их разработке критериями эффективности:

. системы пакетной обработки (например, OC EC),

. системы разделения времени (UNIX, VMS),

. системы реального времени (QNX, RT/11).

2.3.3.1. Системы пакетной обработки

Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в

основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения

результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной

обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение

максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в

системах пакетной обработки используются следующая схема функционирования:

в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит

требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется

мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач.

Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие отличающиеся

требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка

всех устройств вычислительной машины; так, например, в мультипрограммной

смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с

интенсивным вводом-выводом. Таким образом, выбор нового задания из пакета

заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть

выбирается "выгодное" задание. Следовательно, в таких ОС невозможно

гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного

периода времени. В системах пакетной обработки переключение процессора с

выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае,

если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за

необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Поэтому одна задача может

надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение интерактивных

задач. Таким образом, взаимодействие пользователя с вычислительной машиной,

на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он

приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после

выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой

порядок снижает эффективность работы пользователя.

2.3.3.2. Системы разделения времени

Системы разделения времени призваны исправить основной недостаток

систем пакетной обработки - изоляцию пользователя-программиста от процесса

выполнения его задач. Каждому пользователю системы разделения времени

предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей

программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется

только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор

надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран

достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на

одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них

единолично использует машину. Ясно, что системы разделения времени обладают

меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на

выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та,

которая "выгодна" системе, и, кроме того, имеются накладные расходы

вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на

задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не

максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы

пользователя.

2.3.3.3. Системы реального времени

Системы реального времени применяются для управления различными

техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная

экспериментальная установка или технологическими процессами, такими, как

гальваническая линия, доменный процесс и т.п. Во всех этих случаях

существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть

выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае

может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные

данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического

покрытия не будет соответствовать норме. Таким образом, критерием

эффективности для систем реального времени является их способность

выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и

получением результата (управляющего воздействия). Это время называется

временем реакции системы, а соответствующее свойство системы -

реактивностью. Для этих систем мультипрограммная смесь представляет собой

фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на

выполнение осуществляется исходя из текущего состояния объекта или в

соответствии с расписанием плановых работ.

Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем

разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной

обработки, а часть - в режиме реального времени или в режиме разделения

времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым

режимом.

2.4.Обзор сетевых операционных систем

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, желательно, чтобы они обладали свойством

совместимости, которое позволило бы обеспечить совместную работу различных

ОС.

Сетевые ОС могут быть разделены на две группы: масштаба отдела и

масштаба предприятия. ОС для отделов или рабочих групп обеспечивают набор

сетевых сервисов, включая разделение файлов, приложений и принтеров. Они

также должны обеспечивать свойства отказоустойчивости, например, работать с

RAID-массивами, поддерживать кластерные архитектуры. Сетевые ОС отделов

обычно более просты в установке и управлении по сравнению с сетевыми ОС

предприятия, у них меньше функциональных свойств, они меньше защищают

данные и имеют более слабые возможности по взаимодействию с другими типами

сетей, а также худшую производительность.

Сетевая операционная система масштаба предприятия прежде всего должна

обладать основными свойствами любых корпоративных продуктов, в том числе:

. масштабируемостью, то есть способностью одинаково хорошо работать в

широком диапазоне различных количественных характеристик сети,

. совместимостью с другими продуктами, то есть способностью работать в

сложной гетерогенной среде интерсети в режиме plug-and-play.

Корпоративная сетевая ОС должна поддерживать более сложные сервисы.

Подобно сетевой ОС рабочих групп, сетевая ОС масштаба предприятия должна

позволять пользователям разделять файлы, приложения и принтеры, причем

делать это для большего количества пользователей и объема данных и с более

высокой производительностью. Кроме того, сетевая ОС масштаба предприятия

обеспечивает возможность соединения разнородных систем - как рабочих

станций, так и серверов. Например, даже если ОС работает на платформе

Intel, она должна поддерживать рабочие станции UNIX, работающие на RISC-

платформах. Аналогично, серверная ОС, работающая на RISC-компьютере, должна

поддерживать DOS, Windows и OS/2. Сетевая ОС масштаба предприятия должна

поддерживать несколько стеков протоколов (таких как TCP/IP, IPX/SPX,

NetBIOS, DECnet и OSI), обеспечивая простой доступ к удаленным ресурсам,

удобные процедуры управления сервисами, включая агентов для систем

управления сетью.

Важным элементом сетевой ОС масштаба предприятия является

централизованная справочная служба, в которой хранятся данные о

пользователях и разделяемых ресурсах сети. Такая служба, называемая также

службой каталогов, обеспечивает единый логический вход пользователя в сеть

и предоставляет ему удобные средства просмотра всех доступных ему ресурсов.

Администратор, при наличии в сети централизованной справочной службы,

избавлен от необходимости заводить на каждом сервере повторяющийся список

пользователей, а значит избавлен от большого количества рутинной работы и

от потенциальных ошибок при определении состава пользователей и их прав на

каждом сервере.

Важным свойством справочной службы является ее масштабируемость,

обеспечиваемая распределенностью базы данных о пользователях и ресурсах.

Такие сетевые ОС, как Banyan Vines, Novell NetWare 4.x, IBM LAN

Server, Sun NFS, Microsoft LAN Manager и Windows NT Server, могут служить в

качестве операционной системы предприятия, в то время как ОС NetWare 3.x,

Personal Ware, Artisoft LANtastic больше подходят для небольших рабочих

групп.

2.5. Выбор операционной системы

Критериями для выбора ОС масштаба предприятия являются следующие

характеристики:

. Органичная поддержка многосерверной сети;

. Высокая эффективность файловых операций;

. Возможность эффективной интеграции с другими ОС;

. Наличие централизованной масштабируемой справочной службы;

. Хорошие перспективы развития;

. Эффективная работа удаленных пользователей;

. Разнообразные сервисы: файл-сервис, принт-сервис, безопасность данных и

отказоустойчивость, архивирование данных, служба обмена сообщениями,

разнообразные базы данных и другие;

. Разнообразные программно-аппаратные хост-платформы: IBM SNA, DEC NSA,

UNIX;

. Разнообразные транспортные протоколы: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS,

AppleTalk;

. Поддержка многообразных операционных систем конечных пользователей: DOS,

UNIX, OS/2, Mac;

. Поддержка сетевого оборудования стандартов Ethernet, Token Ring, FDDI,

ARCnet;

. Наличие популярных прикладных интерфейсов и механизмов вызова удаленных

процедур RPC;

. Возможность взаимодействия с системой контроля и управления сетью,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12