Косарев В.П., Еремин Л.В. Экономическая информатика: Учебник

Подождите немного. Документ загружается.

Общесистемные программные средства

141

функций, необходимых для работы сетевой оболочки, которая вы-

полняла основные сетевые функции. Примером такого подхода

является использование на каждой машине сети операционной

системы MS DOS. Принцип построения сетевых ОС в виде сете-

вой оболочки над локальной ОС используется и в современных

ОС,

таких, например, как LANtastic или Personal Ware.

Однако более эффективным представляется путь разработки

операционных систем, изначально предназначенных для работы

в сети. Сетевые функции у ОС такого типа глубоко встроены в

основные модули системы, что обеспечивает их логическую строй-

ность, простоту эксплуатации и модификации, а также высокую

производительность. Примером такой ОС является система

Windows NT фирмы Microsoft, которая за счет встроенности сете-

вых средств обеспечивает более высокие показатели производи-

тельности и защищенности информации по сравнению с сетевой

ОС LAN Manager, являющейся надстройкой над локальной опе-

рационной системой OS/2.

3.3. ЭВОЛЮЦИЯ

ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

В середине 40-х годов были созданы первые ламповые вычис-

лительные устройства. В то время проектированием, эксплуата-

цией и программированием занималась одна и та же группа лю-

дей. Программирование осуществлялось только на машинном

языке. Операционных систем еще не было, все задачи организа-

ции вычислительного процесса решались вручную каждым про-

граммистом с пульта управления. Не было никакого другого сис-

темного программного обеспечения, кроме библиотек математи-

ческих и служебных подпрограмм.

С середины 50-х годов начался новый период в развитии вы-

числительной техники, связанный с появлением полупроводни-

ковых элементов. Именно в этот период произошло разделение

персонала на программистов и операторов, эксплуатационщиков

и разработчиков вычислительных машин. В эти годы появились

первые алгоритмические языки и первые системные программы

- компиляторы. Стоимость процессорного времени возросла, что

потребовало уменьшения непроизводительных затрат времени

между запусками программ. Появились первые системы пакетной

142

Глава 3

обработки, которые автоматизировали запуск одной программы

за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки про-

цессора. Системы пакетной обработки явились прообразом со-

временных операционных систем, они стали первыми системны-

ми программами, предназначенными для управления вычисли-

тельным процессом.

ходе реализации систем пакетной обработки

был разработан формализованный язык управления заданиями,

с помощью которого программист сообщал системе и оператору,

какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине.

Совокупность нескольких заданий в виде колоды перфокарт по-

лучила название «пакета заданий».

Следующий важный период развития вычислительных машин

относится к 1965-1980 гг. В это время в технической базе произо-

шел переход к интегральным микросхемам, что дало большие

возможности новому поколению компьютеров. Для этого перио-

да характерно создание семейств программно-совместимых ма-

шин. Первым семейством программно-совместимых машин, по-

строенных на интегральных микросхемах, явилась серия машин

IBM/360, значительно превосходившая машины второго поколе-

ния по критерию цена/производительность. Вскоре идея про-

граммно-совместимых машин стала общепризнанной.

Программная совместимость требовала и совместимости опе-

рационных систем. Такие операционные системы должны были

бы работать и на больших, и на малых вычислительных системах

разнообразным количеством периферийных устройств в коммер-

ческой области и в области научных исследований. Операцион-

ные системы, построенные с намерением удовлетворить всем этим

требованиям, состояли из многих миллионов строк программ,

написанных на языке Ассемблер.

Однако, несмотря на множество проблем, OS/360 и другие ей

подобные операционные системы машин третьего поколения удов-

летворяли большинству требований потребителей. Важнейшим

достижением ОС данного поколения явилась реализация мульти-

программирования .

Мультипрограммирование

- это способ организации вычисли-

тельного процесса, при котором на одном процессоре поперемен-

но выполняется несколько программ. Пока одна программа вы-

полняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как

это происходило при последовательном выполнении программ

Общесистемные программные средства

143

(однопрограммный режим), а выполняет другую программу (мно-

гопрограммный режим). При этом каждая программа загружает-

ся в свой участок оперативной памяти, называемый разделом.

Наряду с мультипрограммной реализацией систем пакетной об-

работки появился новый тип ОС - системы с разделением време-

ни.

Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах

с разделением времени, создавал для каждого отдельного пользо-

вателя иллюзии единоличного использования вычислительной

машины. Другое нововведение - спулинг (spooling). Спулинг в то

время определялся как способ организации вычислительного про-

цесса, в соответствии с которым задания считывались с перфо-

карт на диск в том темпе, в котором они появлялись в помещении

вычислительного центра, а затем, когда очередное задание завер-

шалось, новое задание с диска загружалось в освободившийся

раздел.

Следующий период в эволюции операционных систем связан

с появлением больших интегральных схем (БИС).

эти годы про-

изошли резкое возрастание степени интеграции и удешевление

микросхем. Компьютер стал доступен отдельному человеку, и на-

ступила эра персональных компьютеров. По своей архитектуре

персональные компьютеры ничем не отличались от класса мини-

компьютеров типа

PDP-11,

но цена у них существенно отлича-

лась.

Если мини-компьютер дал возможность иметь собственную

вычислительную машину отделу предприятия или университету,

то персональный компьютер сделал это возможным для отдель-

ного человека. Компьютеры стали широко использоваться пользо-

вателями-непрограммистами, что потребовало разработки «дру-

жественного» программного обеспечения. На рынке операцион-

ных систем доминировали две системы: MS DOS и Unix.

Однопрограммная однопользовательская ОС MS DOS широко ис-

пользовалась для компьютеров, построенных на базе микропро-

цессоров Intel

8088,

а затем 80286,80386

80486.

Мультипрограмм-

ная многопользовательская ОС Unix доминировала в среде «не-

интеловских» компьютеров, особенно построенных на базе

высокопроизводительных RISC-процессоров.

середине 80-х годов стали бурно развиваться сети персональ-

ных компьютеров, работающие под управлением сетевых или рас-

пределенных ОС. В 1984 г. фирма Microsoft выпустила свой пер-

144

Глава 3

вый сетевой продукт Microsoft Networks. Для работы в неболь-

шой сети фирма Microsoft предложила компактную, не требую-

щую значительных аппаратных или программных затрат опера-

ционную систему Windows for

Workgroups.

Эта операционная сис-

тема позволяет организовать сеть по схеме «равный-с-равным»,

где нет необходимости приобретать специальный компьютер в

качестве сетевого сервера. Эта операционная система особенно

подходит для решения сетевых задач в коллективах, члены кото-

рых ранее широко использовали Windows 3.1. В Windows for

Workgroups была достигнута высокая производительность сете-

вой обработки за счет того, что все сетевые драйверы являются

32-разрядными. В сентябре

1995

г. компания Microsoft выпустила

новую операционную систему Windows 95, предназначенную для

замены Windows 3.1 и Windows for Workgroups 3.11 в настольных

компьютерах с процессорами Intel

x86.

Дальнейшие разработки в

этом направлении привели к созданию версии Windows 98 и пос-

ледующей за ней версии Windows 2000.

С середины 1993 г. Microsoft начала выпуск операционных

систем «новой технологии» (New Technology - NT) -

Windows

NT.

В июле 1993 г. появились первые ОС семейства NT - Windows NT

3.1 и Windows NT Advanced Server

3.1.

Учитывая рыночные при-

оритеты и сложности, связанные с развитием и поддержкой двух

несовместимых систем, Microsoft решила изменить свой курс и

направить свои разработки в сторону создания единой операци-

онной системы. Этот курс состоит в том, чтобы разрабатывать

семейство базирующихся на Windows операционных систем, ко-

торые охватывали бы множество типов компьютеров от самых

маленьких ноутбуков до самых больших мультипроцессорных

рабочих станций.

настоящее время можно выделить пять основ-

ных 32-разрядных сетевых операционных

систем:

Net Were

4.1

фир-

мы Novell, Windows NT фирмы Microsoft, Vines 6.0 фирмы Banyan,

OS/2 Warp Advanced Server IBM, сетевые OS семейства Unix. Лю-

бая из вышеперечисленных ОС не может удовлетворить всем тре-

бованиям пользователя полностью. Для удовлетворения всех тре-

бований к сетевой обработке данных эффективно объединять се-

тевые ОС разных производителей. Например, для достижения

универсальности и производительности часто совместно исполь-

зуются ОС Net Were и Windows NT Server.

Общесистемные программные средства

145

Требования, предъявляемые к современным ОС. Операцион-

ная система, являясь главной частью сетевого программного обес-

печения, создает среду для выполнения приложений и во многом

определяет, насколько эффективно будут они работать. Очевид-

но,

что главным требованием, предъявляемым к операционной

системе, является способность выполнения основных функций:

эффективного управления ресурсами и обеспечения удобного ин-

терфейса для пользователя и прикладных программ. Современ-

ная

ОС,

как правило, должна реализовывать мультипрограммную

обработку, виртуальную память, поддерживать многооконный

интерфейс и прочее. Кроме этих функциональных требований к

операционным системам предъявляются не менее важные рыноч-

ные требования.

•

Расширяемость.

Система должна быть написана таким об-

разом, чтобы в нее можно было легко внести дополнения и изме-

нения, если это потребуется, и не нарушить целостность системы.

•

Переносимость.

Система должна без особых трудностей пе-

реноситься

аппаратных средств одного типа на аппаратные сред-

ства другого типа.

• Надежность и

отказоустойчивость.

Система должна быть

защищена как от внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и

отказов. Ее действия должны быть предсказуемыми, а приложе-

ния не должны разрушать ОС.

•

Совместимость.

ОС должна иметь средства для выполнения

прикладных программ, написанных для других операционных

систем, а пользовательский интерфейс должен быть совместим с

существующими системами и стандартами.

•

Безопасность.

ОС должна обладать средствами защиты ре-

сурсов одних пользователей от других.

•

Производительность.

Система должна обладать настолько

хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это

позволяют аппаратные средства.

Оценить сетевую ОС можно по ее соответствию сетевой среде,

а именно по возможности:

• совместного использования файлов и принтеров при высо-

кой производительности;

• эффективного выполнения прикладных программ, ориенти-

рованных на архитектуру клиент-сервер, в том числе прикладных

программ производителей;

146

Глава 3

• возможность работать на различных платформах и с раз-

личным сетевым оборудованием;

• обеспечить интеграцию с сетью Интернет, т. е. поддержку

соответствующих протоколов и программного обеспечения Web-

сервера;

• дистанционного доступа к сети;

• организации внутренней электронной почты, телеконферен-

ций;

• доступа к ресурсам территориально разбросанных, много-

серверных сетей с помощью служб каталогов и имен.

Вопросы

для

самоконтроля

Для чего необходимо классифицировать программное обеспече-

ние ПК?

В чем различие между операционной системой и операционной

оболочкой?

Какие программные средства называются утилитами и каковы их

разновидности?

Расскажите о назначении и видах систем технического обслужива-

ния ЭВМ.

Раскройте понятие многозадачности операционных систем.

6. Каково назначение систем пакетной обработки данных и систем с

разделением времени?

чем существенные различия между сетевыми и локальными опе-

рационными системами?

8. Зачем необходима совместимость операционных систем?

9. Охарактеризуйте требования, предъявляемые к современным опе-

рационным системам.

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

4.1.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Операционная система (ОС) Microsoft Windows NT - быстро-

действующая 32-разрядная сетевая операционная система с гра-

фическим интерфейсом, встроенными сетевыми средствами и

ориентированная на работу в сети.

ОС Windows NT может быть инсталлирована на компьюте-

ры,

работающие на платформе Intel 486, Pentium, DEC Alpha,

Power PC и MIPS R400.

Для работы Windows NT требуется минимум

Мбайт опера-

тивной памяти, для работы в малых сетях необходимо 32 Мбай-

та, а в более крупных сетях - 64 Мбайта и более.

Минимальный объем жесткого диска сервера должен быть не

менее

Гбайта и для каждого пользователя еще 100 Мбайт. Каж-

дый сервер должен быть оснащен устройством резервного копи-

рования, а также CD-ROM.

Windows NT поддерживает до 4 Гбайт физической памяти и

до 16 Эбайт (экзабайт) дискового пространства (1 Эбайт = 1024

Тбайт =

048 596 Гбайт), что способствует использованию RAID-

массивов.

Для обеспечения связи между удаленными объектами с по-

мощью сервиса удаленного доступа необходимо наличие моде-

мов на обоих концах соединения. Кроме того, необходимы прин-

теры, накопители на магнитных лентах (стриммеры) и другие ус-

тройства.

В Windows NT реализованы следующие архитектурные реше-

ния: переносимость, многозадачность, многопроцессорность, мас-

штабируемость, архитектура клиент-сервер, объектная архитек-

тура, расширяемость, надежность и отказоустойчивость, совмес-

148

Глава 4

тимость, доменная архитектура сетей, многоуровневая система

безопасности и др.

Под переносимостью понимается способность Windows NT

работать на CISC- и RISC-процессорах.

Многозадачность - использование одного процессора для ра-

боты множества приложений или потоков нитей (если приложе-

ния разбиваются на отдельные исполняемые компоненты).

Многопроцессорная обработка

предполагает наличие несколь-

ких процессоров, которые могут одновременно выполнять мно-

жество нитей, по одной на каждый имеющийся в компьютере про-

цессор.

Масштабируемость - возможность автоматического исполь-

зования преимуществ добавленных процессоров. Так, для уско-

рения работы приложения операционная система может автома-

тически подключать дополнительные одинаковые процессоры.

Масштабируемость Windows NT обеспечивается:

• многопроцессорностью локальных компьютеров, т.е. нали-

чием у них нескольких процессоров (до 32). Взаимодействие меж-

ду процессорами осуществляется через разделяемую память;

• симметричной многопроцессорной обработкой, предпола-

гающей возможность одновременного выполнения приложений

на нескольких процессорах;

• распределенной обработкой информации между нескольки-

ми объединенными в сеть компьютерами. Она реализована на

основе концепции вызова удаленных процедур, поддерживающей

архитектуру клиент-сервер.

Архитектура

клиент-сервер

предполагает присоединение од-

нопользовательской рабочей станции общего назначения (клиен-

та) к многопользовательскому серверу общего назначения для

распределения между ними нагрузки по обработке данных. Их

взаимодействие друг с другом имеет объектную ориентацию.

Объект, посылающий сообщение, - клиент, а объект, принимаю-

щий сообщение и отвечающий на него, - сервер. Объекты могут

меняться местами.

Объектная архитектура нашла широкое применение в

Windows NT. Объектами являются объекты каталога, объекты

процесса и нитей управления, объекты раздела и сегмента памя-

ти,

объекты порта и т.д.

Тип объекта включает определенный системой тип данных,

набор атрибутов и список операций, которые могут выполняться

Операционные системы новых технологий

149

над ним. Управление объектами могут производить процессы

операционной

системы.

(Процесс- некоторая последовательность

действий, определяемых соответствующей программой и состав-

ляющих задачу.)

Windows NT поддерживается распределенная модель объек-

тных компонентов (Distributed Component Object Model - DCOM).

DCOM представляет собой систему программных объектов, раз-

работанных для неоднократного использования и замены. Она

позволяет разработчикам программного обеспечения создавать

составные приложения. DCOM базируется на технологии вызова

удаленных программ, что обеспечивает использование механиз-

мов интегрирования распределенных приложений в сети.

Расширяемость

Windows NT обеспечена открытой модульной

архитектурой, позволяющей добавлять новые модули на все уров-

ни операционной системы. Модульная архитектура обеспечивает

возможность соединения с другими сетевыми продуктами. Ком-

пьютеры, работающие под управлением Windows NT, могут вза-

имодействовать с серверами и клиентами других операционных

систем.

Характеристики -

надежность

и отказоустойчивость - ука-

зывают на то, что архитектура защищает операционную систему

и приложения от разрушения.

Совместимость

означает, что Windows NT версии 4 продол-

жает поддерживать приложения MS DOS, Windows 3.x, OS/2, а

также широкий набор устройств и сетей.

Доменная архитектура

сетей

предполагает группировку ком-

пьютеров в домены.

Для обеспечения безопасности операционной системы, при-

ложений, информации от разрушения, несанкционированного до-

ступа, неквалифицированных действий пользователя в Windows

NT разработана

многоуровневая система безопасности

- на уров-

не пользователя, локальных и сетевых компьютеров, доменов,

объектов, ресурсов, сетевой передачи информации, приложений

и т.д.

Windows NT сертифицирована на соответствие уровню безо-

пасности С2, являющегося стандартом Департамента безопасно-

сти США при работе с конфиденциальной информацией.

Windows NT соответствует следующим требованиям:

• наличию у каждого пользователя уникального имени (иден-

тификатора) и пароля, которые обеспечивают возможность вхо-

да в систему и доступа к ее ресурсам;

150 Глава 4

• возможности управления доступом к ресурсу владельцем ре-

сурса;

• определению различных прав на доступ (особенно на доступ

к защищенному объекту);

• организации защищенного канала связи при правильной

идентификации компьютеров (клиента и сервера), работающих

под управлением Windows NT;

• защите системы и ее ресурсов от несанкционированного до-

ступа и несанкционированных изменений (так, для доступа к чу-

жим ресурсам необходимо разрешение пользователя - владельца

ресурса);

• регистрации всех видов или попыток доступа к защищенной

информации или ресурсам компьютера в журнале, доступ к кото-

рому ограничен, и т.д.

Однако этот уровень не подразумевает и не гарантирует за-

щиту информации, передаваемой по сети и хранящейся на диске

при его переносе на другой компьютер.

Для защиты информации, передаваемой по сети, используют-

ся различные методы кодирования и имеется встроенный интер-

фейс криптографирования - Microsoft Cryptographic Application

Program Interface (CryptoAPI).

Интерфейс криптографирования обеспечивает приложениям

возможность создания, настраивания и обмена криптографичес-

кими ключами, выполнения шифрования/дешифрования и кэши-

рования данных, подключения к системам криптозащиты различ-

ных производителей, выборки их по имени либо в соответствии с

требованиями системы.

Приложения, в свою очередь, изолированы друг от друга и от

аппаратуры, что исключает влияние некорректно работающих

приложений на другие и на систему в целом.

Для обеспечения безопасности действий пользователя в доме-

не используется несколько видов контроля: контроль исполь-

зования пароля пользователями; контроль типов событий, запи-

сываемых в журнал безопасности; контроль доверительных от-

ношений доверяемого и доверяющего домена. Кроме того, осу-

ществляется контроль прав доступа пользователя, так как они ре-

ализованы на уровне домена и влияют на общую безопасность

домена.

Защита от внешних угроз, возникающих при подключении к

Интернету, включает: регулярную проверку файлов регистра-