Исследование сетевых операционных систем

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени 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.

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 в мультипроцессорных машинах, 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, что необходимо для их совместного использования; 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 и их использования - клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. 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., то есть является средством транспортировки сообщений.

Целью данной работы является изучение сетевых операционных систем, для достижения поставленной цели, были выделены следующие задачи:

- рассмотреть сетевые операционные системы;

- выявить причины внедрения операционной системы Linux в учебных заведениях;

- провести обзор операционных систем;

- рассмотреть перспективы развития сетевых операционных систем.

Объект исследования – операционные системы.

Предмет исследования – сетевые операционные системы.

Структура работы состоит из введения, основной части, заключения и списка литературы.

Теоретической и методологической базой данной работы послужили труды российских и зарубежных авторов в области информатики, материалы периодических изданий и сети Интернет.

ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СЕТЕВЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1 Сетевые операционные системы

Каждый компьютер в сети в значительной степени 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.

Сегодня практически все операционные системы являются сетевыми.

В сетевых ОС удаленный доступ к сетевым ресурсам обеспечивается:

• сетевыми службами;
• средствами транспортировки сообщений по сети (в простейшем случае — сетевыми интерфейсными картами и их драйверами).

(Network Operating System – NOS) – 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.

Актуальность – эффективные технологии, научные труды ученых и программистов, применяемые пользователем в работе над операционной системой[6].

Типы сетевых ОС

В зависимости от распределения функций между компьютерами, они могут выступать в роливыделенного сервера или клиентского узла

Сеть может быть построена по следующим схемам:

• На основе компьютеров, совмещающих функции клиента и сервера – одноранговая сеть(рис.1)
• На основе клиентов и серверов – сеть с выделенными серверами(рис. 2)
• Сеть, включающая узлы разных типов – гибридная сеть. (рис. 3)

Рис 1. Примеры сетевых ОС

Сегодня практически все ОС являются сетевыми. Наиболее распространённые из них:

• Novell NetWare
• Microsoft Windows (95,NT, XP, Vista)
• Различные UNIXсистемы, такие как Solaris, FreeBSD
• Различные GNU/Linux системы
• IOS
• ZyNOSкомпании ZyXel
• Chrome OS от Google

Linux

Linux – это операционная система для IBM-совместимых персональных компьютеров и рабочих станций. Это многопользовательская операционная система с сетевой оконной графической системой X Window System. Операционная система Linux поддерживает стандарты открытых систем и протоколы сети Интернет и совместима с системами Unix, DOS, MS Windows. Все компоненты системы, включая исходные тексты, распространяются с лицензией на свободное копирование и установку для неограниченного числа пользователей.

Windows NT

WindowsNT — линейка операционных систем (ОС) производства корпорации Microsoft и название первых версий ОС.

WindowsNT была разработана в начале 1990-х после прекращения сотрудничества Microsoft и IBM надOS/2, развивалась отдельно от других ОС семейства Windows и, в отличие от них, позиционировалась как надёжное решение для рабочих станций (WindowsNTWorkstation) и серверов (WindowsNTServer).WindowsNT дала начало семейству операционных систем.

Novell NetWare

NetWare — сетевая операционная система и набор сетевых протоколов, которые используются в этой системе для взаимодействия с компьютерами-клиентами, подключёнными к сети. Операционная система NetWare создана компанией Novell. NetWare является закрытой операционной системой, использующей кооперативную многозадачность для выполнения различных служб на компьютерах с архитектурой Intel x86.

В основу NetWare была положена очень простая идея: один или несколько выделенных серверов подключаются к сети и предоставляют для совместного использования своё дисковое пространство в виде «томов». На компьютерах-клиентах с операционной системой MS-DOS запускается несколько специальных резидентных программ, которые позволяют «назначать» буквы дисков на тома. Пользователям необходимо зарегистрироваться в сети, чтобы получить доступ к томам и иметь возможность назначать буквы дисков. Доступ к сетевым ресурсам определяется именем регистрации.

Сравнительная анализ сетевых ОС

Преимущества ОС:

Удаленное управление самим сервером

Техническая поддержка

Практически весь софт бесплатен

Свободное распространение

Эффективная поддержка клиентских станций, работающих под управлением DOS.

Широкая распространенность

Поддерживает множество аппаратных платформ

Легкость настройки

Стабильность

Недостатки ОС:

Windows

Linux

Novell NetWare

Ужасная безопасность (куча вирусов и уязвимостей

Сложность первоначальной настройки системы

Не реализована встроенная распределенная файловая система

Несколько завышенные системные требования

Возможные конфликты с неподдерживаемым оборудованием

Нет средств организации на файловом сервере виртуальных машин

Множество ограничений (система контроля цифрового контента, впервые появилась в Windows Vista, Microsoft всегда пытается навязать свое мнение, что лучше для пользователя)

Нет аналогов некоторых программ для Windows (игры, узкоспециализированные программы).

Имеется небольшое число средств для разработки NLM-модулей

1.2 Причины внедрения операционной системы Linux в учебное заведения.

Linux — многопользовательская операционная система. Все нужные драйвера «вшиты» в ядро операционной системы, поэтому на оборудование не нуждается в их установки (кроме отдельных случаев), система сама распознает оборудование. После установки операционной системы системы Linux компьютер будет полностью готов к работе.

В Linux существует 2 вида пользователя: пользователь (user) и суперпользователь (root) — они имеют разные права, при этом суперпользователь вообще ничем не ограничен. Разграничение прав приводит к тому, что обычный пользователь не имеет доступа к системным файлам, так что перестроить/сломать операционную систему он не сможет, а это большой плюс с точки зрения безопасности для ОС и весомая причина для внедрения в учебное заведение[5].

Важным аргументом в пользу ОС Linux является свободный доступ к исходному коду и его модификации, позволяющий удовлетворять специфические потребности учебного заведения.

Главный аргумент против перехода на ОС Linux был связан с проблемой отсутствия достаточного числа необходимых приложений, но в настоящее время это уже не проблема.

Существуют свободное программное обеспечение LibreOffice для Linux и других платформ, которое является достойной заменой пакету программ MS Office.

Возьмём образовательное учреждение КСК, где число использующихся ЭВМ порядка 100. При использовании лицензионного программного обеспечения, стоимость ОС, пакетов прикладных программ для офиса и антивируса составляет: цена на копию ОС Windows — 16,000 тенге для одной ЭВМ, на антивирусное ПО — 137,000 в год на 100 машин. В конечном итоге затраты на всё программное обеспечение составят в среднем 2 млн тысяч тенге. Такие затраты для небольшого и среднего учреждения являются существенными. А это значит, что наиболее рационально с финансовой точки зрения использовать операционные системы Linux. Это позволит во много раз сократить затраты и не повлияет на работу учебного заведения.

ГЛАВА 2 ОБЗОР И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СЕТЕВЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

2.1 Обзор операционных систем

Операционная система (ОС) — это системное программное обеспечение, которое управляет компьютерными аппаратными и программными ресурсами и предоставляет общие службы для компьютерных программ. Все компьютерные программы, за исключением прошивки, требуют работы операционной системы.

Операционные системы с разделением времени планируют задачи для эффективного использования системы и могут также включать в себя программное обеспечение учета для распределения затрат времени процессора, массового хранения, печати и других ресурсов.

Доминирующей настольной (десктопной) операционной системой является Microsoft Windows с долей рынка около 83,3%. MacOS от Apple Inc. занимает второе место (11,2%), а разновидности Linux находятся на третьей позиции (1,55%).

В секторе мобильных (смартфонов и планшетов) по данным третьего квартала 2016 года Android от Google доминирует с 87,5%, а темпы роста — 10,3% в год, за которым следует iOS Apple с 12,1% и в год снижение рынка Доля в 5,2 процента, тогда как другие операционные системы составляют всего 0,3 процента.

Распределения Linux являются доминирующими в серверных и суперкомпьютерных секторах. Другие специализированные классы операционных систем, такие как встроенные системы и системы реального времени, существуют для многих приложений.

Рассмотрим статистику использования ОС согласно данным statcounter.com. Внимание, в статистике совокупные данные всех Platform:

• Desktop
• Mobile
• Tablet
• Console

ТОП операционных систем в Украине:

В Украине лидирующей по использованию операционной системой является конечно же Windows — 73.33% всех устройств, от настольных до карманных. И так как мобильные технологии берут свое, Android — в Украине тоже взял 13,19%. Операционная система производства компании Apple OS X занимает третье место — 5.38%, и даже если к нему прибавить показатель iOS — 4,46% — это не даст ему обогнать по популярности в Украине Андроид.

Беларусь имеет такую статистику ОС:

Первый — Windows — 71,27%, второй — Android — 17,74% и та же ситуация с OS X — 4,2% и iOS — 3,55%.

Рейтинг ОС в Казахстане:

Казахстан более мобильный. И хоть Windows все-равно первый — 63,85%,  Android имеет 23,08%, то есть практически 1/4. Рейтинг iOS здесь тоже выше — 7,83%.

Популярность операционных систем в России:

Первое место Windows — 68,58%. Второе и третье место Android — 15,88% и iOS — 7,11%

Статистика операционных систем в мире:

Учитывая совокупную статистику настольных и мобильных платформ, на июль 2017 года лидирует ОS Android — 41.24% всех устройств.  Второй и третий соответственно Windows — 35,24% и  iOS — 13,2%.

Немного истории

В 1940-е годы самые ранние электронные цифровые системы не имели операционных систем. Электронные системы этого времени были запрограммированы на ряды механических переключателей или с помощью перемычек на платах. Это системы специального назначения, которые, например, генерировали баллистические таблицы для военных или контролировали печать чеков начисления заработной платы из данных на перфокартах. После того, как были изобретены программируемые компьютеры общего назначения, были введены машинные языки (состоящие из строк двоичных цифр 0 и 1 на перфолентной бумажной ленте), которые ускорили процесс программирования.

В начале 1950-х годов компьютер мог выполнять только одну программу за раз. Каждый пользователь пользовался исключительно компьютером в течение ограниченного периода времени и получал запланированное время с программой и данными на перфокартах или перфоленте. Программа будет загружена в машину, и машина будет работать, пока программа не завершится. Обычно программы можно отлаживать с помощью передней панели с использованием тумблеров и панельных ламп.

Позже машины поставлялись с библиотеками программ, которые были бы связаны с пользовательской программой для оказания помощи в таких операциях, как ввод и вывод, а также генерация компьютерного кода из удобочитаемого символьного кода. Это был генезис современной операционной системы. Тем не менее, машины по-прежнему выполняли одно задание за раз. В Кембриджском университете в Англии очередность работы была когда-то стиральной линией (линия одежды), из которой ленты были подвешены с разными цветными штифтами для обозначения приоритетов работы[7].

Улучшением стал Супервайзер Atlas, введенный с Манчестерским Атласом, введенным в эксплуатацию в 1962 году, «который многими считался первой узнаваемой современной операционной системой»

Macos

MacOS (ранее «Mac OS X» и более поздняя «OS X») представляет собой линейку графических операционных систем открытого ядра, разработанных, продаваемых и проданных Apple Inc., последняя из которых предварительно загружена на все компьютеры Macintosh, которые в настоящее время поставляются. MacOS является основной операционной системой Apple с 1984 года. Это операционная система UNIX, построенная на технологии, разработанной в NeXT во второй половине 1980-х годов и вплоть до Apple купила компанию в начале 1997 года. Операционная система была впервые выпущена в 1999 году как Mac OS X Server 1.0, а в марте 2001 года — клиентской версией (Mac OS X v10.0 «Cheetah»). С тех пор было выпущено еще шесть различных «клиентских» и «серверных» выпусков macOS, пока они не были объединены в OS X 10.7 «Lion».

До его слияния с macOS серверная версия — сервер macOS — была архитектурно идентична его настольной копии и обычно работала на линейке аппаратного обеспечения Macintosh от Apple. Сервер macOS включал инструменты управления и администрирования рабочих групп, которые обеспечивают упрощенный доступ к ключевым сетевым службам, включая агента передачи почты, сервера Samba, сервера LDAP, сервера имен доменов и других. С Mac OS X v10.7 Lion все серверные аспекты Mac OS X Server были интегрированы в клиентскую версию, а продукт переименован в «OS X» (отбрасывание «Mac» от имени). Серверные инструменты теперь предлагаются как приложение.

Linux

Ubuntu, настольный дистрибутив Linux. Ядро Linux появилось в 1991 году в качестве проекта Линуса Торвальдса, в то время студента университета в Финляндии. Он опубликовал информацию о своем проекте в группе новостей для компьютерных студентов и программистов и получил поддержку и помощь от добровольцев, которым удалось создать полноценное и функциональное ядро.

Linux является Unix-подобным, но был разработан без какого-либо кода Unix, в отличие от BSD и его вариантов. Из-за своей модели с открытой лицензией код ядра Linux доступен для изучения и модификации, что привело к его использованию на широком спектре вычислительной техники от суперкомпьютеров до смарт-часов. Хотя оценки предполагают, что Linux используется только на 1,82% всех «настольных» (или переносных) ПК, он широко используется для использования на серверах и встраиваемых системах, таких как сотовые телефоны. Linux заменил Unix на многих платформах и используется на большинстве суперкомпьютеров, включая топ-385. Многие из тех же компьютеров также находятся на Green500 (но в разном порядке), а Linux работает на вершине 10. Linux также широко используется на других небольших энергоэффективных компьютерах, таких как смартфоны. Ядро Linux используется в некоторых популярных дистрибутивах, таких как Red Hat, Debian, Ubuntu, Linux Mint и Android от Google, Chrome OS и Chromium OS.

Microsoft Windows

Microsoft Windows — это семейство проприетарных операционных систем, разработанных корпорацией Microsoft и предназначенных главным образом для компьютеров на базе архитектуры Intel с общим общим объемом использования 88,9% на компьютерах, подключенных к Интернету.

Microsoft Windows впервые была выпущена в 1985 году как операционная среда, работающая поверх MS-DOS, которая была стандартной операционной системой, поставляемой на большинстве персональных компьютеров Intel в то время. В 1995 году была выпущена Windows 95, которая использовала только MS-DOS в качестве начальной загрузки. Для обратной совместимости Win9x может запускать в реальном времени MS-DOS и 16-битные драйверы Windows 3.x. Windows ME, выпущенная в 2000 году, была последней версией семейства Win9x. Более поздние версии были основаны на ядре Windows NT. Текущие клиентские версии Windows работают на IA-32, x86-64 и 32-разрядных ARM-микропроцессорах. Кроме того, Itanium по-прежнему поддерживается в старой версии сервера Windows Server 2008 R2. В прошлом Windows NT поддерживала дополнительные архитектуры.

Широко используются серверные выпуски Windows. В последние годы Microsoft затратила значительный капитал, чтобы продвигать использование Windows в качестве серверной операционной системы. Однако использование Windows на серверах не так широко распространено, как на персональных компьютерах, поскольку Windows конкурирует с Linux и BSD за долю на рынке серверов.

ReactOS — это альтернативная операционная система Windows, которая разрабатывается на принципах Windows — без использования какого-либо кода Microsoft.

Другие

Было много операционных систем, которые были значительными в свое время, но их уже нет, таких как AmigaOS; OS/2 от IBM и Microsoft; Классическая Mac OS, предшественник не-Unix для MacOS от Apple; BeOS; XTS-300; RISC OS; MorphOS; Хайку; BareMetal и FreeMint. Некоторые из них по-прежнему используются на нишевых рынках и продолжают развиваться как платформы меньшинств для сообществ энтузиастов и специализированных приложений. OpenVMS, ранее из DEC, все еще активно развивается Hewlett-Packard. Тем не менее, другие операционные системы используются почти исключительно в академических кругах, для обучения в операционных системах или для исследования концепций операционной системы. Типичным примером системы, которая выполняет обе роли, является MINIX, тогда как, например, Singularity используется исключительно для исследования.

Другие операционные системы не смогли завоевать значительную долю на рынке, но ввели инновации, которые повлияли на основные операционные системы.

2.2 Перспективы развития сетевых операционных систем

Чаще всего сетевые операционные системы (ОС) делят по масштабу:

• для отделов и рабочих групп;
• для предприятий (корпоративная)

Сетевые ОС для отделов и рабочих групп легки в установке, работе и управлении, по сравнению с сетевыми ОС для предприятия, так как у них меньше возможностей. Они хуже защищают данные и взаимодействуют с другими сетями, имеют меньше функциональных свойств и имеют худшую производительность. Их основная задача - это обеспечивать набор сетевых сервисов (включая разделение файлов, приложений и принтеров), обеспечивать свойства отказоустойчивости (работать с RAID-массивами, поддерживать кластерные архитектуры).

Сетевые ОС для предприятий должны поддерживать более сложные сервисы. Кроме того, что она должна выполнять задачи сетевых ОС отделов (только для большего количества пользователей и объема данных и с более высокой производительностью), она так же должна хорошо работать в широком диапазоне различных количественных характеристик сети, должна обладать хорошей совместимостью с другими продуктами. Для корпоративной ОС очень важно наличие средств централизованного администрирования и управления, позволяющих в единой базе данных хранить учетные записи о десятках тысяч пользователей, компьютеров, коммуникационных устройств и модулей программного обеспечения, имеющихся в корпоративной сети.

«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» [2].

1. «Графическая оболочка»

Сейчас, любая современная ОС имеет практически одинаковый по возможностям пользовательский интерфейс. Шутят, что неопытному пользователю подчас даже сложно сориентироваться в какой именно ОС он работает. И впринципе для пользователей это очень удобно. Но так как с каждым годом увеличивается компьютеризация, и многие пользователи уже свободно ориентируются в ОС с малого возраста, нас ждет расширение пользовательского интерфейса в будущем.

1. Поддержка новых сетевых технологий и web-технологий.

Сети и Интернет активно развиваются. Появляются новые стандарты и протоколы. Современные ОС развиваются в направлении поддержки всех новых сетевых технологий.

1. Усиление безопасности и защиты.

Из за усиливающейся киберпреступности, все современные ОС уделяют повышенное внимание безопасности: при просмотре веб-страниц браузеры выполняют их проверку; загрузки и инсталляции программ из сети выполняются только с явного согласия пользователя и т.д.

1. Развитие файловых систем

С целью защиты информации и значительного увеличения размера файлов, современные требования обработки мультимедийной информации приводят к тому, что старые файловые системы оказываются недостаточными для хранения мультимедийных файлов. Разрабатываются новые файловые системы, допускающие хранение очень больших файлов, например, система ZFS в

ОС Solaris. Другим требованием является обеспечение конфиденциальности информации, которое приводит к необходимости реализации в файловых системах возможности криптошифрования.

1. Поддержка многопоточности и многоядерных процессоров

Ввиду широкого распространения многоядерных процессоров, все современные ОС имеют библиотеки программ, поддерживающие эту возможность аппаратуры. Именно благодаря многоядерной архитектуре, становится реально возможным параллельное выполнение потоков.

1. Поддержка распределенных и параллельных вычислений

Современные ОС имеют в своем составе высокоуровневые библиотеки, позволяющие разрабатывать параллельные алгоритмы решения задач.

1. Виртуализация ресурсов и аппаратуры

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современные ОС имеют в своем составе средства виртуализации, позволяющие выполнять приложения для других платформ в изолированных виртуальных машинах, в которые могут быть инсталлированы другие операционные системы. Данное направление является крайне перспективным в связи с интенсивным развитием облачных вычислений [1].

К сожалению, везде говорят и пишут, что ни одна из существующих сетевых ОС не отвечает в полном объеме перечисленным требованиям. Поэтому при выборе сетевой ОС чаще всего опираются на производственную ситуацию и опыт. Именно поэтому дальнейшее развитие сетевых ОС (главное корпоративных ОС) представляет одну из наиболее важных задач в ближайшем будущем.

К настоящему времени одним из представителей лидеров в классе корпоративных сетевых ОС можно считать корпорацию Microsoft, которая во многом задает тренды развития системного программного обеспечения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Денисов Д.В. Перспективы развития облачных вычислений. // Прикладная информатика - М., 2009. - № 5 (23)
2. Н. А. Олифер, В. Г. Олифер, Центр Информационных Технологий
3. http://www.citforum.idknet.com/operating_systems/sos/contents.shtml
4. http://3ys.ru
5. http://www.e-biblio.ru
6. http://gendocs.ru

http://www.citforum.idknet.com