Автор Анна Евкова
Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Сетевые операционные системы в РФ

Содержание:

Введение

Актуальность выполнения данной работы обусловлена тем, что современное информационное пространство изобилует огромным количеством информационно-коммуникационных технологий, стабильная работа которых напрямую зависит от операционной системы.

В связи с тем, что большая часть прикладных программных приложений основаны на технологии клиент-сервер на первый план выходит необходимость выбора сетевой операционной системы. В тоже время, сетевых операционных систем достаточно много, каждая из них имеет свои особенности, достоинства и недостатки.

Среди современных сетевых операционных систем, которые могут в полной мере удовлетворить информационные потребности пользователей можно выделить семейство операционных систем Windows NT и операционные системы Unix.

Сетевая операционная система Windows NT представляет собой надежное решение для рабочих станций и серверов включающее все необходимые компоненты для решения неограниченного количества задач.

Семейство операционных систем Unix обеспечивает многопользовательский режим со способом защиты данных от несанкционированного доступа; реализована мультипрограммная обработка в режиме разделения времени, которая основана на применении алгоритмов вытесняющей многозадачности; повышение уровня мультипрограммирования; реализованы средства взаимодействия процессов, например через сеть.

Объект исследования – операционные системы.

Предмет исследования – сетевые операционные системы.

Целью данной работы является изучение сетевых операционных систем.

В соответствии с целью была определена необходимость постановки и решения следующих задач:

– изучить понятие сетевой информационной системы;

– описать функции сетевых операционных систем;

– охарактеризовать структуру сетевой информационной системы;

– дать характеристику операционной системы Windows Server 2008 R2;

– охарактеризовать операционные системы Unix.

Глава 1. Сетевые операционные системы

1.1. Понятие сетевой операционной системы

Сетевая операционная система – термин, относящийся к двум различным концепциям:

– специализированная операционная система для работы сетевого устройства, подобного маршрутизатору, коммутатору или межсетевому вычислительному экрану.

– операционная система, ориентированная на работу с компьютерной сетью для организации доступа к общим ресурсам для нескольких компьютеров в сети, что позволяет давать общий доступ к данным для пользователей, групп, политик безопасности, приложений и других сетевых функций [1].

Обычно сетевые ОС работают в локальной сети или в частной сети. Такое толкование в основном историческое, так как в большинство современных операционных систем входят такие же функции.

1.2. Функции сетевых операционных систем

Главными задачами сетевых операционных систем является разделение ресурсов сети (например, дисковые пространства) и администрирование сети. При помощи использования сетевых функций системный администратор может выполнить определение разделяемых ресурсов, задать пользовательские пароли, определить необходимые права доступа для каждого отдельного пользователя или группы пользователей. Отсюда деление:

– сетевые операционные системы для серверов;

– сетевые операционные системы для пользователей [8].

Существуют специальные сетевые операционные системы, которым приданы функции обычных систем (например, Windows NT) и обычные операционные системы (например, Windows XP), которым приданы сетевые функции. Сегодня практически все современные операционные системы имеют встроенные сетевые функции.

К возможностям сетевых операционных систем можно отнести поддержку следующего:

– сетевого оборудования;

– сетевых протоколов;

– протоколов маршрутизации;

– фильтрации сетевого трафика;

– доступа к удалённым ресурсам: принтерам, дискам посредством сети;

– сетевых протоколов авторизации [5].

Сетевая операционная система также включает в себя сетевые службы, позволяющие удалённым пользователям использовать те или иные ресурсы компьютера.

1.3. Структура сетевой информационной системы

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 операционных систем;

– 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 [12]; 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 операционной системы (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 вычислительную 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 операционной системы, 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 [3].

Структура сетевой операционной системы представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структура сетевой операционной системы представлена

В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

На рис. 2 показано взаимодействие сетевых компонентов. Здесь компьютер 1 выполняет роль «чистого» клиента, а компьютер 2 - роль «чистого» сервера, соответственно на первой машине отсутствует серверная часть, а на второй - клиентская. На рисунке отдельно показан компонент клиентской части - редиректор. Именно редиректор перехватывает все запросы, поступающие от приложений, и анализирует их.

Если выдан запрос к ресурсу данного компьютера, то он переадресовывается соответствующей подсистеме локальной операционной системы, если же это запрос к удаленному ресурсу, то он переправляется в сеть. При этом клиентская часть преобразует запрос из локальной формы в сетевой формат и передает его транспортной подсистеме, которая отвечает за доставку сообщений указанному серверу.

Рис. 2. Взаимодействие компонентов операционной системы при взаимодействии компьютеров

Серверная часть операционной системы компьютера 2 принимает запрос, преобразует его и передает для выполнения своей локальной ОС. После того, как результат получен, сервер обращается к транспортной подсистеме и направляет ответ клиенту, выдавшему запрос. Клиентская часть преобразует результат в соответствующий формат и адресует его тому приложению, которое выдало запрос.

Таким образом, сетевая операционная система отличается технологией обработки информации и наличием соответствующих средств операционной системы. На основе информационных потребностей пользователей необходимо подбирать операционную систему.

Глава 2. Характеристика сетевых информационных систем

2.1. Семейство операционных систем Windоws NT

Операционные системы семейства Windows NT в настоящее время работают на процессорах с архитектурами x86, x86-64, и Itanium, ARM. Ранние версии также поддерживали некоторые RISC-процессоры: Alpha, MIPS, и Power PC. Все операционные системы этого семейства являются полностью 32- или 64- битными операционными системами, и не нуждаются в MS-DOS даже для загрузки [6].

Только в этом семействе представлены операционные системы для серверов. До версии Windows 2000 включительно они выпускались под тем же названием, что и аналогичная версия для рабочих станций, но с добавлением суффикса, например, «Windows NT 4.0 Server» и «Windows 2000 Datacenter Server». Начиная с Windows Server 2003 серверные операционные системы называются добавлением суффикса «Server» и года выпуска.

Линейка операционных систем Windows NT включает:

– Windows NT 3.1 (1993);

– Windows NT 3.5 (1994);

– Windows NT 3.51 (1995);

– Windows NT 4.0 (1996);

– Windows 2000 – Windows NT 5.0 (2000);

– Windows XP – Windows NT 5.1 (2001);

– Windows XP 64-bit Edition – Windows NT 5.2 (2003);

– Windows Server 2003 – Windows NT 5.2 (2003);

– Windows XP Professional x64 Edition – Windows NT 5.2 (2005);

– Windows Vista – Windows NT 6.0 (2006);

– Windows Home Server – Windows NT 5.2 (2007);

– Windows Server 2008 – Windows NT 6.0 (2008);

– Windows Small Business Server – Windows NT 6.0 (2008);

– Windows 7 – Windows NT 6.1 (2009);

– Windows Server 2008 R2 – Windows NT 6.1 (2009);

– Windows Home Server 2011 – Windows NT 6.1 (2011);

– Windows 8 – Windows NT 6.2 (2012);

– Windows Server 2012 – Windows NT 6.2 (2012);

– Windows 8.1 – Windows NT 6.3 (2013);

– Windows Server 2012 R2 – Windows NT 6.3 (2013);

– Windows 10 – Windows NT 10.0 (2015).

В основу семейства Windows NT положено разделение адресных пространств между процессами. Каждый процесс имеет возможность работать с выделенной ему памятью [10]. Однако он не имеет прав для записи в память других процессов, драйверов и системного кода. Семейство операционных систем Windows NT относится к операционным системам с вытесняющей многозадачностью.

Одним из ярких представителей сетевых операционных систем линейки Windows NT является операционная система Windows Server 2008 R2.

2.2. Операционная система Windows Server 2008 R2

Windows Server 2008 R2 представляет собой серверную операционную систему компании «Microsoft», которая является усовершенствованной версией Windows Server 2008. Поступила в продажу 22 октября 2009. Как и Windows 7, Windows Server 2008 R2 использует ядро Windows NT 6.1. Новые возможности включают улучшенную виртуализацию, новую версию Active Directory, Internet Information Services 7.5 и поддержку до 256 процессоров [14]. Это первая операционная система Windows, которая доступна исключительно в 64-разрядном варианте.

Windows Server 2008 R2 включает специализированный вариант установки, называемый Server Core, который позволяет существенно облегчить установку операционной системы. Вся настройка и последующее обслуживание выполняется по средствам использования специального интерфейса командной строки операционной системы Windows, или по средствам удалённого подключения к серверу посредством использования специальной консоли управления [2].

При помощи использования технологии Active Directory пользователи могут управлять взаимоотношениями и удостоверениями, которые формируют сеть предприятия. Службы Active Directory являются интегрированными с операционной системой Windows Server 2008 R2, могут быть сразу использованы после ее непосредственного развертывания и позволяют используемым ее различными организациям централизованно настраивать необходимые параметры используемых вычислительных систем, пользователей и прикладных приложений и управлять этими параметрами в удобной для себя форме.

Доменные службы Active Directory можно использовать для организации хранения данных каталогов и управлять взаимодействиями между доменами и пользователями, в том числе выполнением входа в домен, управление поиском в каталоге и проверкой подлинности.

Кроме того, интегрированные роли поддерживают специализированные средства и передовые технологии управления доступом и удостоверениями, позволяющие централизованно управлять используемыми технологиями и пользовательскими учетными данными и предоставлять необходимый пользовательский доступ к используемым устройствам, прикладным программным приложениям и оперативным данным только уполномоченным пользователям [4].

Windows Server 2008 R2 является первой операционной системой Windows, которая была выпущена со встроенным Windows PowerShell, представляющий собой расширяемую оболочку с интерфейсом командной строки и наличием сопутствующего языка сценариев, разработанный корпорацией Microsoft. Язык сценариев PowerShell был разработан специально для выполнения административных задач, и может заменить собой потребность в использовании командной строки cmd.exe и Windows Script Host.

Windows PowerShell также предоставляет специализированный механизм встраивания, благодаря которому исполняемые прикладные программные компоненты PowerShell могут быть встроены в другие прикладные программные приложения. Эти приложения затем могут использовать функциональность PowerShell для реализации различного рода операций, включая те, которые предоставляются по средствам использования графического интерфейса [7].

Поддержка виртуализации, а также технологии позиционирования в операционной системе Windows Server как облачной системы, стали одним из поводов для последующего развития надежной поддержки кластеров, в связи с тем, что высокая плотность производимых вычислений требует достаточно высокие показатели к доступности и надежности инфраструктуры непосредственного функционирования операционной системы Windows Server. Поэтому, начиная с операционной системы Windows Server 2008, именно в этой области сгруппирована основная масса практических усовершенствований.

В операционной системе Windows Server 2008 R2 реализованы базовые тома кластера Hyper-V (CSV), которые позволяют всем активным узлам одновременно проводить операции обращения к одной файловой системе NTFS. В результате чего несколько кластерных виртуальных машин могут использовать один адрес LUN и мигрировать с узла на узел независимо друг от друга [9]. Схема реализации общих томов кластера Hyper-V(CSV) приведена в Приложении.

За счет достаточно высокой простоты и большой функциональности предложенного решения был сформирован новый класс оборудования «кластер-в-коробке» (Сluster-in-a-Box, CiB). Как правило, представляется в виде специализированного шасси с двумя блейд-серверами и дисковым массивом SAS JBOD с наличием поддержки Storage Spaces. Здесь является важным то обстоятельство, чтобы SAS JBOD были двухпортовыми, и был SAS HBA для выполнения реализации перекрестного подключения, рис. 3.

Рис. 3. Схема кластера в коробке

В операционной системе Windows Server 2008 была расширена технология поддержки виртуализации за счет использования значительного упрощения создания гостевых кластеров (по средствам использования виртуальных машин) [17].

В отличие от операционной системы Windows Server 2008 R2, где для этого нужно было предоставлять iSCSI Target в общее пользование активных виртуальных машин вычислительной сети, в операционной системе Windows Server 2012 появилась функция, которая позволяет виртуализировать FC-контроллер, за счет чего виртуальные машины получают возможность непосредственного доступ к LUN.

Реализован и более простой вариант с использованием общей сетевой папки SMB 3.0 для гостевых Windows Server 2012.

Одной из наиболее важных, но нетривиальных задач является установка прикладных программных обновлений в вычислительном кластере. При этом может возникнуть необходимость в перезагрузке активных узлов, поэтому процедуру необходимо тщательно контролировать.

В Windows Server 2012 предлагается использовать специализированный инструмент Cluster-Aware Updating, работающий таким образом: один из активных узлов назначается координатором и следит за наличием обновлений, выполняет их загрузку на остальные узлы и выполняет планомерное обновление всех активных узлов, начиная с менее загруженных. За счет чего доступность всего кластера сохраняется на высоком уровне в течение всего процесса обновления [20].

Есть определенные новшества и в управлении кворумом кластера. Например, в операционной системе Windows Server 2012 R2 реализована специальная возможность давать право голоса только некоторым узлам кластера. Это может помочь при непосредственном размещении отдельных узлов на определенной удаленной площадке, но имеет достаточно наибольшую ценность при непосредственной реализации новой модели динамического кворума кластера.

Основной идеей динамического кворума заключается в том, что узел, который прекратил свою непосредственную работу и является недоступным в течение некоторого промежутка времени, теряет право своего голоса до выполнения повторного подключения к кластеру. Таким образом, общее число голосов будет сокращено и кластер сохраняет свою доступность максимально долго.

В тоже время операционная система Windows Server 2012 R2 не является простым обновлением операционной системы Windows Server 2012, а представляет собой новую полноценную операционную систему. Основные новшества, которые были реализованы в операционной системе Windows Server 2012 R2 переводят некоторые возможности серверной платформы на качественно новый высокоэффективный уровень. В первую очередь это касается SOFC и Hyper-V.

В Windows Server 2012 R2 значительно упрощены процедуры создания гостевых кластеров, в связи с тем, что теперь появились возможности использовать в качестве совместного хранилища обычные VHDX, которые внутри виртуальной машины представляются как специализированные Shared SAS-диски [11].

Также, необзходимо отметить то, что сами облачные хранилища данных VHDX должны быть размещены на CSV или в общих папках SMB 3.0. При этом в виртуальных машинах могут быть использованы как Windows Server 2012 R2, так и Windows Server 2012 (с обновленными интеграционными компонентами).

Опция DrainOnShutdown используется для избавления системных администраторов от лишней работы и ошибок. Функция DrainOnShutdown активирована по умолчанию и при выполнении плановых перезагрузок или выключения заранее переводит узел в такой режим обслуживания, при котором будут эвакуированы все кластеризованные роли.

При этом происходит миграция активных виртуальных машин на другие узлы кластера Hyper-V.

Также в Windows Server 2012 R2 Hyper-V реализованы возможности мониторинга сетевых интерфейсов в виртуальных машинах и в случае возникновения различного рода проблем будет запущен процесс их миграции на узел, где будет доступна внешняя сеть.

Для отказоустойчивого кластера Server 2012 необходимо общее хранилище данных типа iSCSI, Serially Attached SCSI или Fibre Channel SAN. В примере используется iSCSI SAN, рис. 4.

Рис. 4. Компоненты кластера

Следует помнить о следующих особенностях хранилищ для организации отказоустойчивого кластера:

– каждый сервер должен располагать по крайней мере тремя сетевыми адаптерами: одним для подключения хранилища iSCSI, одним для связи с узлом кластера и одним для связи с внешней сетью. Если предполагается задействовать кластер для динамической миграции, то полезно иметь четвертый сетевой адаптер. Однако динамическую миграцию можно выполнить и через внешнее сетевое соединение – она просто будет выполняться медленнее. Если серверы используются для виртуализации на основе Hyper-V и консолидации серверов, то нужны дополнительные сетевые адаптеры для передачи сетевого трафика виртуальных машин;

– в быстрых сетях работать всегда лучше, поэтому быстродействие канала связи iSCSI должно быть не менее 1 ГГц;

– цель iSCSI должна соответствовать спецификации iSCSI-3, в частности обеспечивать постоянное резервирование [19]. Это обязательное требование динамической миграции. Оборудование почти всех поставщиков систем хранения данных соответствует стандарту iSCSI 3. Если нужно организовать кластер в лабораторной среде с небольшими затратами, обязательно убедитесь, что программное обеспечение цели iSCSI соответствует iSCSI 3 и требованиям постоянного резервирования. Старые версии Openfiler не поддерживают этот стандарт, в отличие от новой версии Openfiler с модулем Advanced iSCSI Target Plugin. Кроме того, бесплатная версия StarWind iSCSI SAN Free Edition компании StarWind Software полностью совместима с Hyper-V и динамической миграцией. Некоторые версии Microsoft Windows Server также могут функционировать в качестве цели iSCSI, совместимой со стандартами iSCSI 3.

Отказоустойчивая кластеризация имеет собственный модуль записи службы теневого копирования томов, рис. 5. Это играет ключевую роль в резервном копировании и восстановлении базы данных кластера и данных, находящихся на ресурсах физического диска.

Рис. 5. Общая схема работы отказоустойчивого кластера

Резервное копирование настройки кластера довольно просто выполнить. Пока состояние операционной системы является частью резервной копии, настройку необходимого кластера можно достаточно быстро восстановить. Но в тоже время необходимо обратить свое внимание, что резервное копирование определенного кластера возможно только при наличии некоторого кворума у кластера. Это обеспечивает наличие резервной копии самой актуальной настройки кластера [21].

В операционной системе Windows Server 2012 добавлены улучшения в отказоустойчивом кластере, которые направлены на упрощение кластера, делая его максимально безопасным и с повышенной стабильностью. Отказоустойчивый кластер операционной системы Windows Server 2012 легко можно создавать, использовать и потом эффективно управлять.

Кластерная модель или конфигурация дает понятие о том, как в кластере будет использоваться кворум ресурс. Для обеспечения бесперебойной работы кластеру необходим кворум ресурс, который содержит все конфигурационные данные, которые необходимы для полного восстановления кластера. База данных кластера, размещается в реестре операционной системы Windows Server 2012 на каждом хосте активного кластера и содержит оперативную информацию обо всех физических и логических элементах кластера, включая специализированные объекты кластера, их свойства и все настройки [15].

Когда один из хостов кластера выходит из строя, а затем вновь начинает работать, другие узлы кластера обновляют базу отказавшего хоста. Кворум ресурс позволяет кластерной службе поддерживать базу данных кластера в состоянии актуальном на последний момент.

В безопасной кластеризации Windows Server 2012 концепция кворума теперь действительно означает консенсус. Кворум (или консенсус) теперь достигается путем наличия достаточного числа голосов для ввода кластера в эксплуатацию. В зависимости от состава кластера, достаточное число голосов может быть достигнуто различными путями.

В отказоустойчивой кластеризации Windows Server 2012 доступны четыре режима кворума. Из четырех режимов только первые два (большинства узлов и большинства узлов и дисков) могут быть автоматически выбраны в ходе процесса создания кластера.

Миграция кластера в прошлых версиях Windows Server является причиной значительного простоя из-за недоступности исходного кластера и создания нового на базе обновленной ОС на узлах с последующей миграцией ролей между кластерами. Такой процесс несет повышенные требования к квалификации персонала, определенные риски и неконтролируемые трудозатраты. Данный факт особенно касается CSP или других заказчиков, которые имеют ограничения по времени недоступности сервисов в рамках SLA.

Windows Server 2016 ситуацию исправляет через возможность совмещения Windows Server 2012 R2 и Windows Server 2016 на узлах в рамках одного кластера во время его апгрейда (Cluster OS Rolling Upgrade (далее CRU)).

Список возможностей, которые предоставляет Cluster OS Rolling Upgrade:

– полное отсутствие простоя при апгрейде кластеров WS2012R2 Hyper-V/SOFS. Для других кластерных ролей (к примеру, SQL Server) возможна их недоступность (менее 5 минут), необходимая для отработки разового failover;

– нет необходимости в дополнительном аппаратном обеспечении. Как правило, кластер строится из учета возможной недоступности одного или нескольких узлов. В случае с CRU, недоступность узлов будет планируемой и поэтапной. Таким образом, если кластер может безболезненно пережить временное отстутствие хотя бы 1 из узлов, то для достижения zero-downtime дополнительных узлов не требуется. Если планируется апгрейд сразу нескольких узлов (это поддерживается), то необходимо заранее спланировать распределение нагрузки между доступными узлами;

– создание нового кластера не требуется. CRU использует текущий CNO;

– процесс перехода обратим (до момента повышения уровня кластера);

– поддержка In-Place Upgrade. Но, стоит отметить, что рекомендуемым вариантом обновления узлов кластера является полноценная установка WS2016 без сохранения данных (clean-os install). В случае с In-Place Upgrade обязательна проверка полной функциональности после обновления каждого из узлов (журналы событий и т.д.);

– CRU полностью поддерживается VMM 2016 и может быть автоматизирован дополнительно через PowerShell/WMI [22].

Таким образом, операционная система Windows Server 2008 R2 включает все необходимые инструментальные средства, которые обеспечат высокопродуктивную работу пользователя. В тоже время нельзя забывать о семействе операционных систем UNIX, зарекомендовавшие себя с лучшей стороны.

2.3. Операционные системы Unix

UNIX – семейство переносимых, многозадачных и многопользовательских операционных систем.

Идеи, заложенные в основу UNIX, оказали огромное влияние на развитие компьютерных операционных систем. В настоящее время UNIX-системы признаны одними из самых исторически важных операционных систем.

Коммерциализация UNIX привела к тому, что патенты и лицензии на исходный код системы оказываются в руках нескольких компаний: SCO, Novell, Sun Microsystems, IBM [24].

Широкое использование ОС UNIX в университетах, с одной стороны, и невозможность ее свободного распространения, с другой стороны, приводит к тому, что в 1984 году создается проект GNU (GNU Not Unix) и некоммерческая организация Free Software Foundation (FSF). Целью проекта является разработка программного обеспечения свободного от коммерческих лицензий и создание на его основе свободно распространяемой UNIX-подобной операционной системы.

Основное отличие UNIX-подобных систем от других операционных систем заключается в том, что это изначально многопользовательские многозадачные системы. То есть в один и тот же момент времени сразу множество людей может выполнять множество вычислительных задач (процессов), рис. 6.

Рис. 6. Интерфейс UNIX

Даже популярную во всём мире систему Microsoft Windows нельзя назвать полноценной многопользовательской системой, так как кроме как на некоторых серверных версиях, в один и тот же момент за одним компьютером с Windows может работать только один человек. В Unix может работать сразу много людей, при этом каждый из них может выполнять множество различных вычислительных процессов, которые будут использовать ресурсы именно этого компьютера [13].

Вторая колоссальная заслуга Unix в её мультиплатформенности. Ядро операционной системы написано таким образом, что его легко можно приспособить практически под любой микропроцессор, а не только под популярное семейство i-386 (i-686).

Операционные системы UNIX имеет характерные особенности:

– использование простых текстовых файлов для настройки и управления системой;

– широкое применение утилит, запускаемых из командной строки;

– взаимодействие с пользователем посредством виртуального устройства – терминала;

– представление физических и виртуальных устройств и некоторых средств межпроцессового взаимодействия в виде файлов;

– использование конвейеров из нескольких программ, каждая из которых выполняет одну задачу [16].

UNIX обеспечивает легкость, эффективность и гибкость программного обеспечения, имеет несколько полезных функций:

– основная цель системы - это выполнять широкий спектр заданий и программ;

– интерактивное окружение, которое позволяет вам связываться напрямую с компьютером и получать немедленно ответы на ваши запросы и сообщения;

– многопользовательское окружение, которое позволяет вам разделять ресурсы компьютера с другими пользователями без уменьшения производительности. Этот метод называется разделением времени. Система UNIX взаимодействует с пользователями поочередно, но так быстро, что кажется, что взаимодействует со всеми пользователями одновременно;

– многозадачное окружение, которое позволяет вам выполнять более одного задания в одно и тоже время.

Система UNIX имеет 4 основных компонента:

– ядро - это программа, которая образует ядро операционной системы; она координирует внутренние функции компьютера (такие как размещение системных ресурсов);

– shell - это программа, которая осуществляет связь между пользователем и ядром операционной системы, интерпретируя и выполняя команды. Так как она читает выполненный ввод и посылает пользователю сообщения, то описывается как интерактивная;

– commands - это имена программ, которые компьютер должен выполнить. Пакеты программ называются инструментальными средствами. Система UNIX обеспечивает инструментальными средствами для таких заданий как создание и изменение текста, написание программ, развитие инструментария программного обеспечения, обмен информацией с другими посредством компьютера;

– file system - файловая система - это набор всех файлов, возможных для вашего компьютера. Она помогает вам легко сохранять и отыскивать информацию.

GNU/Linux.

Появление ядра Linux связано с появлением в 1985 году ОС MINIX. Эта система была разработана под руководством Эндрю Танненбаума для обучения студентов и представляла собой упрощенный вариант системы System V. Именно на базе этой ОС финский студент Линус Торвальдс разрабатывает ядро Linux [23]. Цель разработки Linux – получить ядро UNIX-подобной системы свободное от исходного кода, защищенного коммерческими патентами и лицензиями.

В результате в 1991 году появляется первая версия GNU/Linux - ОС, использующей ядро Linux и свободное ПО проекта GNU. В отличие от большинства других систем, GNU/Linux не имеет единой «официальной» комплектации. GNU/Linux поставляется в виде большого количества так называемых дистрибутивов, в которых различные наборы программ проекта GNU соединяются с ядром Linux и другими программами. Наиболее известными дистрибутивами GNU/Linux являются Debian, Ubuntu, Red Hat, CentOS, Fedora, Slackware, Mandriva, SuSE, Gentoo. Из дистрибутивов российских разработчиков наиболее известен ALT Linux.

FreeBSD.

В 1993 году благодаря усилиям энтузиастов из Калифорнийского университета Беркли появляется свободный от коммерческих лицензий вариант BSD системы - FreeBSD. В отличие от Linux FreeBSD полноправная ОС, состоящая из ядра и системного ПО, необходимого для организации интернет-сервера [25]. На настоящий момент существует несколько систем на базе FreeBSD: NetBSD, OpenBSD.

Mac OS.

Перечень UNIX-подобных систем не ограничивается GNU/Linux и FreeBSD. В 1999 году на базе микроядра Mach и программного обеспечения FreeBSD фирма Apple выпустила операционную систему Mac OS X, и организовала условно открытый проект Darwin с целью переноса Mac OS на платформу Intel.

 Основные характеристики UNIX-подобных операционных систем:

– переносимость (в настоящий момент поддерживается несколько десятков аппаратных платформ);

– вытесняющая многозадачность;

– изолированность адресных пространств виртуальной памяти;

– поддержка одновременной работы многих пользователей;

– поддержка вычислительных сетей (TCP/IP, IPX);

– поддержка сетевых файловых систем NFS, GFS;

– поддержка RAID-массивов, LVM, сетевых хранилищ данных (NAS);

– поддержка асинхронных процессов;

– иерархическая, журналируемая файловая система;

– поддержка независимых от устройств операций ввода-вывода (через специальные файлы устройств);

– стандартный интерфейс для программ (программные каналы, IPC);

– встроенные средства учета использования системы.

Операционная система UNIX занимает лидирующие позиции как платформа для:

– серверов и сервисов интернет;

– виртуализации и построения облачных систем (Cloud System);

– встраиваемых систем сетевого оборудования;

– суперпроизводительных вычислительных систем

– мобильных вычислительных устройств.

2.4. Операционная система FreeBSD

FreeBSD – свободная операционная система семейства UNIX, потомок AT&T Unix по линии BSD, созданной в университете Беркли.

Данная операционная система характеризуется исключительным набором сетевых функций, высокой производительностью, наличием средств обеспечения информационной безопасности и совместимости с другими операционными системами - вот те современные возможности FreeBSD, которые зачастую всё ещё отсутствуют в других, даже лучших коммерческих, операционных системах.

FreeBSD является идеальной платформой для построения Internet или Intranet сервера. Эта система предоставляет надёжные даже при самой интенсивной нагрузке сетевые службы, и эффективное управление памятью, что позволяет обеспечивать приемлемое время отклика для тысяч одновременно работающих пользовательских задач.

FreeBSD предоставляет продвинутые возможности сетевой операционной системы для устройств и встраиваемых платформ, от hi-end устройств на основе Intel до аппаратных платформ Arm, PowerPC и, вскоре, MIPS. От почтовых и веб-устройств до маршрутизаторов, серверов времени и беспроводных точек доступа производители по всему миру полагаются на встроенное окружение сборки и кросс-сборки и продвинутые возможности FreeBSD в качестве основы для своих встраиваемых продуктов. А лицензия открытого исходного кода Беркли позволяет им решать, как много из своих локальных изменений они хотели бы внести обратно.

Среди характерных особенностей операционной системы FreeBSD 11 можно выделить следующие:

– новая система автоматического монтирования ФС (automounter), унифицированная с реализациями из других Unix-систем (macOS, Solaris), использующая совместимый с Solaris формат сопоставления точек монтирования и поддерживающая интеграцию с LDAP. В auto_master добавлен новый тип сопоставления «-media», позволяющий автоматизировать подключение внешних накопителей CD и USB, а также тип «-noauto» для обработки записей noauto в fstab;

– добавлена возможность загрузки с временным rootfs, вместо которого затем монтируется реальный корневой раздел. Процесс непосредственной смены корневого раздела реализован в форме частичного завершения работы с удалением всех процессов, отмонтированием rootfs, монтированием нового rootfs, запуском процесса init и переходом к выполнению скриптов инициализации;

– новая высокопроизводительная реализация системного вызова sendfile, предназначенного для выполнения организации прямой передачи данных между файловым дескриптором и сокетом, поддерживающая отправку файла в сокет в асинхронном режиме без ожидания завершения чтения файла.

– новая версия подсистемы NetMap c поддержкой двунаправленных потоков, поддержкой kqueue, улучшенной пользовательской библиотекой, возможностью эмуляции netmap для любых адаптеров без родной поддержки netmap, интеграцией со стеком VALE (используется в системе виртуализации bhyve);

– усовершенствован гипервизор bhyve, в котором добавлена поддержка новых типов гостевых систем. В настоящее время поддерживается создание хост-систем на базе платформы FreeBSD/AMD64 и запуск гостевых систем c FreeBSD 8+, Linux i386/x64, OpenBSD i386/amd64, NetBSD/amd64, Illumos и Windows Vista/7/8/10/2008r2/2012r2/2016 x64. Отдельно отмечается возможность запуска гостевых систем [18].

Другие улучшения FreeBSD 11:

– улучшена практическая поддержка вычислительных систем с архитектурой NUMA;

– возможность оперативного ведения черного списка сбойных областей памяти вычислительной системы;

– обновление встроенного компилятора Clang до версии 3.8.0. Для технологических платформ amd64 и arm64 по умолчанию задействован отладчик LLDB, развиваемый проектом LLVM;

– в базовой вычислительной системе задействованы варианты программных утилит для непосредственной работы с объектными файлами в формате ELF - addr2line, elfcopy (strip), nm, readelf, size и strings из набора ELF Tool Chain, эквивалентного набору GNU Binutils, но распространяемого под лицензией BSD;

– в TCP-стеке добавлена поддержка определения PLPMTUD (Packetization Layer Path MTU Discovery, RFC 4821), которая отключена по умолчанию. Для включения следует использовать sysctl net.inet.tcp.pmtud_blackhole_detection, net.inet.tcp.pmtud_blackhole_mss и net.inet.tcp.v6pmtud_blackhole_mss;

– большая порция улучшений, связанных с поддержкой различных устройств с процессорами ARM, ARM64 и PowerPC;

– в jail добавлена практическая поддержка монтирования linprocfs и linsysfs;

– в jail добавлена возможность по непосредственного разделению SYSV IPC примитивов, что дает возможность иметь в каждом jail независимую область SYSV IPC;

– для хэширования паролей в функции crypt по умолчанию задействован алгоритм SHA512;

– реализация IPsec расширена поддержкой аппаратных и программных режимов AES;

– при помощи использования Capsicum обеспечен сброс привилегий утилиты ping;

– усилена защита от переполнения стека.

Таким образом, возможностей сетевой операционной системы FreeBSD 11 может в полной мере хватить для организации высокоэффективной сетевой обработки оперативной информации.

Заключение

В процессе выполнения данной работы были получены следующие результаты. Установлено, что сетевая операционная система представляет собой операционную систему, ориентированную на работу с компьютерной сетью для организации доступа к общим ресурсам для нескольких компьютеров в сети. Главными задачами сетевых операционных систем является разделение ресурсов сети (например, дисковые пространства) и администрирование сети.

В сетевой операционной системе отдельной машины были выделены следующие части: средства управления локальными ресурсами компьютера; средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование; средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования; коммуникационные средства операционной системы. Сетевая операционная система отличается технологией обработки информации и наличием соответствующих средств операционной системы. На основе информационных потребностей пользователей необходимо подбирать операционную систему.

Одним из ярких представителей сетевых операционных систем линейки Windows NT является операционная система Windows Server 2008 R2. операционная система Windows Server 2008 R2 включает все необходимые инструментальные средства, которые обеспечат высокопродуктивную работу пользователя. В операционной системе Windows Server 2008 была расширена технология поддержки виртуализации за счет использования значительного упрощения создания гостевых кластеров, что обеспечивает высокую продуктивность работы с данной операционной системой. В тоже время нельзя забывать о семействе операционных систем UNIX, зарекомендовавшие себя с лучшей стороны.

UNIX представляет собой семейство переносимых, многозадачных и многопользовательских операционных систем. Идеи, заложенные в основу UNIX, оказали огромное влияние на развитие компьютерных операционных систем. В настоящее время UNIX-системы признаны одними из самых исторически важных операционных систем.

 Основные характеристики UNIX-подобных операционных систем: переносимость; вытесняющая многозадачность; изолированность адресных пространств виртуальной памяти; поддержка одновременной работы многих пользователей. Операционная система UNIX занимает лидирующие позиции как платформа для: серверов и сервисов интернет; виртуализации и построения облачных систем; встраиваемых систем сетевого оборудования.

FreeBSD является идеальной платформой для построения Internet или Intranet сервера. Эта система предоставляет надёжные даже при самой интенсивной нагрузке сетевые службы, и эффективное управление памятью, что позволяет обеспечивать приемлемое время отклика для тысяч одновременно работающих пользовательских задач.

Список литературы

1. Архитектура и проектирование программных систем : монография / С.В. Назаров. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : ИНФРА-М, 2018. – 374 с.

2. Баранова Е.К. Информационная безопасность и защита информации : учебное пособие / Е. К. Баранова, А. В. Бабаш. - 3-е изд., перераб. и доп. – М. : РИОР ; М. : ИНФРА-М, 2017. – 322 с.

3. Безопасность и управление доступом в информационных системах : учеб. пособие / А.В. Васильков, И.А. Васильков. – М. : ФОРУМ : ИН-ФРА-М, 2017. – 368 с.

4. Борзунов С.В. Практикум по параллельному программированию: учеб. пособие / С.В. Борзунов, С.Д. Кургалин, А.В. Флегель. – СПб.: БХВ, 2017. – 236 с.

5. Будылдина Н.В. Сетевые технологии высокоскоростной передачи данных: Учебное пособие для вузов / Н.В. Будылдина, В.П. Шувалов. - М.: РиС, 2016. – 342 c.

6. Валитов Ш.М. Современные системные технологии в отраслях эконо-мики: Учебное пособие / Ш.М. Валитов, Ю.И. Азимов, В.А. Павлова. - М.: Проспект, 2016. – 504 c.

7. Гаврилов М.В. Информатика и информационные технологии: Учебник / М.В. Гаврилов, В.А. Климов. - Люберцы: Юрайт, 2016. – 383 c.

8. Дарков А.В. Информационные технологии: теоретические основы: Учебное пособие / А.В. Дарков, Н.Н. Шапошников. - СПб.: Лань, 2016. – 448 c.

9. Замятина О.М. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. моделирование сетей.: Учебное пособие для магистратуры / О.М. Замятина. - Люберцы: Юрайт, 2016. – 159 c.

10. Информатика: программные средства персонального компьютера : учеб. пособие / В.Н. Яшин. – М. : ИНФРА-М, 2018. – 236 с.

11. Информатика : учебник / И.И. Сергеева, А.А. Музалевская, Н.В. Тара-сова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2018. – 384 с.

12. Информатика (курс лекций) : учеб. пособие / В.Т. Безручко. – М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2018. – 432 с.

13. Информатика и информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) : учеб. пособие / Н.Г. Плотникова. – М. : РИОР : ИНФРА-М, 2018. – 124 с.

14. Информационные технологии в профессиональной деятельности : учеб. пособие / Е.Л. Федотова. – М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2018. – 367 с.

15. Кренке Д. Теория и Практика построения баз данных / Д. Кренке. - М.: СПб: Питер; Издание 9-е, 2017. – 858 c.

16. Леонтьев В.П. Windows 10. Новейший самоучитель / Виталий Леонтьев. – Москва : Эксмо, 2015. – 528 с.

17. Олифер, В.Г. Безопасность компьютерных сетей / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. – М. : Горячая линия-Телеком, 2017. – 644 с.

18. Петцке К. Linux. От понимания к применению: Пер. с нем. – М.: ДМК. 2017. – 576 с.

19. Современные информационно-коммуникационные технологии для ус-пешного ведения бизнеса: Учеб. пособие. - Москва: - ИНФРА – М, 2017. – 279 с.

20. Таненбаум Э., Бос Х. Современные операционные системы. 4-е изд. – СПб.: Питер, 2015. – 1120 с.

21. Цуриков А.Н. Компьютерные системы и сети: учеб. пособие / А.Н. Цуриков; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов н/Д, 2016. – 64 с.

22. Шаньгин В.Ф. Информационная безопасность и защита информации – М.: ДМК Пресс, 2017. – 421 с.

23. Шишов О.В. Современные технологии и технические средства информатизации: учебник / О.В. Шишов. - Москва: ИНФРА-М, 2017. – 462 с.

24. Яремчук С., Матвеев А. Системное администрирование Windows 7 и Windows Server 2008 R2 на 100%. – СПб.: Питер, 2016. – 384 с.

25. Ясенев В.Н. Информационные системы и технологии в экономике: учебное пособие / В.Н. Ясенев. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Юнити-Дана, 2015. – 560 с.

Приложение 1

Рисунок 1 - Схема реализации общих томов кластера Hyper-V(CSV)