Сетевые операционные системы

     Начиная с ОС Windows 2000, Microsoft использует новую версию данной файловой системы – NTFS 5.O. В ней были введены дополнительные атрибуты файлов; наряду с правом доступа появилось понятие запрета доступа (что позволяет, например, при наследовании пользователем прав группы на какой-нибудь файл, запретить ему возможность изменять его содержимое). Новая система также позволяет вводить ограничения (квоты) на размер дискового пространства, предоставляемого пользователям и проецировать любой каталог (как на локальном, так и на удаленном компьютере) в подкаталог на локальном диске.

     CDFS (CD File System) была разработана для хранении информации на компакт-дисках. Это довольно простая система, и она имеет ряд существенных ограничений. Например, длина имени файла не может превышать 128 символов, нельзя использовать глубоко вложенные каталоги (более 8 уровней) и т.д. Поэтому сейчас все большее распространение при записи информации на CD и DVD-диски получает формат UDF (Universal Disk Format), который является надмножеством формата CDFS. Это вполне современный стандарт файловой системы, поддерживаемый Ассоциацией технологий оптической долговременной памяти (OSTA). По некоторым характеристикам UDF вполне сопоставим с форматами файловых систем, используемых на жестких дисках. Поддерживаемый размер имени файла увеличен до 256 символов, добавлена возможность загрузки ОС. В состав Windows 2000 включена поддержка UDF vl.5, в то время как Windows 98 ограничивается UDF vl.02, причем драйвер UDF позволяет производить только операции чтения.

     Правила именования устройств практически не изменились со времени появления первых ОС. В компьютере может быть два накопителя на гибких магнитных дисках, обозначаемые А: и В:, и несколько накопителей на жестком магнитном диске, CD-ROM, ZIP-Drive и др. Они обозначаются заглавными латинскими буквами с двоеточием, начиная от С: и до Z: Двоеточие ставится, чтобы ОС могла отличить имена устройств от имен файлов (в которых использовать двоеточие запрещено).

     Помимо имен накопителей на магнитных дисках, в ОС зарезервированы следующие имена устройств:

     – СОМ1:, COM2:, COM3: COM4: – устройства, присоединяемые к последовательным коммуникационным портам (например, мышь, модем и т.п.);

     – LPT1:, LPT2: – устройства, присоединяемые к параллельным портам (обычно это принтеры или сканеры).

     Некоторые устройства имеют альтернативные имена, которые задаются без двоеточия в конце:

     – aux – устройство, присоединяемое к коммуникационному порту СОМ1:;

     – ргп – принтер, подключенный к LPT1:;

     – con – консоль (при вводе данных – клавиатура, при выводе – экран);

     – nul – «пустое» устройство; все операции ввода-вывода для него игнорируются, но сообщение об ошибке не выдается.

     Эти имена также нельзя использовать в качестве имен файлов. Даже если добавить к ним какое-либо расширение, все равно MS DOS будет воспринимать такие имена как обращение к устройству. Однако расширения имени файлов.CON.AUX.PRN и.NUL вполне допустимы.

      2. Сетевые операционные системы различных производителей программного обеспечения  

     2.1. Семейство операционных систем UNIX  и OS/2  

     Рождение ОС Unix относится к концу 60-х годов. ОС Unix родилась в исследовательском центре Bell Telephone Laboratories (Bell Labs), входящем в состав корпорации AT&T. Изначально этот инициативный проект для ЭВМ PDP-7 (впоследствии - для PDP-11) представлял собой то ли с файловую систему, то ли компьютерную игру, то ли систему подготовки текстов, то ли и то, и другое, и третье. Важно, однако, то, что с самого начала проект, превратившийся в итоге в ОС, задумывался как программная среда коллективного пользования. Автором первой версии Unix является Кен Томпсон, однако в обсуждении проекта, а впоследствии - и в его реализации принимал участие большой коллектив сотрудников (Д.Ритчи, Б.Керниган, Р.Пайк и другие)[5, с. 100].

     ОС Unix была системой, которая делалась «для себя и для своих друзей». Перед Unix не ставилась задача захвата рынка и конкуренции с какими-либо продуктами. Сами разработчики ОС Unix были и ее пользователями, и сами оценивали соответствие системы своим нуждам. Без давления рыночной конъюнктуры такая оценка могла быть предельно объективной.

     ОС Unix явилась системой, которая сделана программистами и для программистов. Это определило изящество и концептуальную стройность системы - с одной стороны, а с другой - необходимость понимания системы для пользователя Unix и чувства профессиональной ответственности для программиста, разрабатывающего программное обеспечение для Unix.

     В 1972-73 гг. Кен Томпсон и Деннис Ритчи написали новую версию Unix. Специально для этой цели Д.Ритчи создал язык программирования C, представлять который теперь уже нет необходимости. Более 90% программного кода Unix написано на этом языке, и язык стал неотъемлемой частью ОС. То, что основная часть ОС написана на языке высокого уровня, обеспечивает возможность ее перекомпиляции в коды любой аппаратной платформы и является обстоятельством, определившим широкое распространение Unix.

     Сейчас большая часть современных промышленных Unix-систем строятся на базе использовании (по лицензии) ядра AT&T Unix System V Release 4 (S5R4), хотя наследуют и некоторые свойства BSD Unix. Мы не берем на себя ответственность сравнивать коммерческие Unix-системы, так как периодически появляющиеся в печати сравнения такого рода зачастую представляют совершенно противоположные результаты [16, с. 94].

     Последние годы отмечены шумной экспансией ОС Linux [9, 26]. Ядро этой ОС было разработано в 1991 Линусом Торвальдсом (Финляндия) прежде всего «для личного пользования». Торвальдс сделал исходный код своей ОС открытым. При фиксированном ядре любой программист может написать собственные сервисы ОС Linux и опубликовать их через Internet. Трудно сказать, что послужило причиной такой популярности ОС Linux. Она не является ни уникальной, ни лучшей ни как свободно распространяемая, ни как открытая, ни как Unix для компьютеров небольшой вычислительной мощности. По-видимому, этот феномен объясняется некоторым совпадением объективных и субъективных факторов, анализ которых не входит в наши цели.

     Рассмотрим архитектуру Unix представленную на рисунке 1.1

     Рисунок 1.1 Архитектура операционной системы UNIX

     Хотя эта архитектура объявлена как иерархическая, в ней просматриваются всего три уровня иерархии: ядро, системные утилиты, процессы пользователей. Само ядро Unix, таким образом, является монолитным, хотя некоторая (не формулируемая декларативно) структурированность в нем, конечно же, имеется. Так, в Unix различаются две принципиально различные группы системных вызовов: внутренние, которые доступны для пользовательских процессов и составляют собственно API ОС, и внешние, употребляемые только из модулей ядра. Весьма тщательно выполнено разделение ядра на аппаратно-зависимую и аппаратно-независимую части.

     Модули первой части пишутся на языке Ассемблера целевой платформы и выполняют:

• загрузку и инициализацию ОС;
• переключение контекста;
• управление реальной памятью;
• первичную (низкоуровневую) обработку прерываний;
• низкоуровневое управление устройствами (аппаратные драйверы).

     Модули второй части написаны на языке C и обеспечивают высокоуровневую обработку, в том числе:

• порождение, планирование и прочее управление процессами и (в поздних реализациях) нитями:
• управление виртуальной памятью;
• средства взаимодействия между процессами;
• поддержку файловой системы;
• логическую обработку прерываний;
• высокоуровневые функции драйверов устройств;
• поддержку API.

     Обращения процессов к системе имеют вид программных прерываний, но из прикладной программы обращение к ОС имеет вид вызова библиотечных функций, написанных на языке C. Модули библиотеки системных вызовов аппаратно-зависимые и содержат обращения к ядру с использованием тех механизмов программного прерывания, которые доступны на данной аппаратной платформе [27, с. 104].

     Исходная философия для разработки Unix состоит в распределении функциональности по нескольким маленьким частям, программам.

     Изначально это было требованием, исходящим из аппаратуры, на которой Unix изначально работал. По какой-то странной причине, получившаяся операционная система оказалось весьма полезной на другой аппаратуре.

     В конце 1994 года IBM выпустила третью главную версию OS/2, которую назвала OS/2 Warp 3 (warp - основа). Его демонстрации и развернутая рекламная компания напоминали рекламную компанию 1992 года, когда была выпущена OS/2 2.0. Во всяком случае один лозунг был точным повторением: в этой системе есть много преимуществ, которые пользователи и корпорации могут извлечь немедленно из 32-х разрядной операционной среды.

     OS/2 Warp имеет хорошо продуманный объектно-ориентированный интерфейс с применением техники drug-and-drop при выполнении операций копирования, удаления, печати, а также некоторых других. Перечни свойств объектов легко доступны в меню, вызываемых щелчком правой клавиши мыши. Имеется специальная панель для размещения часто используемых документов или прикладных программ [23, с. 124].

     В состав OS/2 Warp входит набор утилит BonusPack, который содержит IBM Works - интегрированный программный пакет начального уровня, и Internet Access Kit - самый полный набор средств для сети Internet из всех средств, поставляемых в составе операционных систем, Web Browser и почта Internet Mail. В публикациях встречаются утверждения, что он более совершенен, чем набор для доступа к Internet, реализованный в Windows 95. В феврале 1995 года IBM начала продавать пакет OS/2 Warp 3 Full Pack, который содержит библиотеки Win-OS/2. Эти библиотеки дают возможность выполнять Windows-программы, не приобретая лицензионных копий Microsoft Windows.

     Одним из часто критикуемых недостатков OS/2 Warp является то, что она не поддерживает 32-х битные приложения Windows (точнее, она поддерживает API Win32s, но не поддерживает полный API Windows NT, который называется Win32 и который почти полностью поддерживает Windows 95). Однако в ближайшее время этот недостаток не будет критическим, так как приложений Win32 пока немного, зато с приложениями Win16 у OS/2 Warp проблем нет⁵. IBM говорит, что она может обеспечить поддержку приложений Win32, если этого пожелают пользователи.

     В то же время в OS/2 Warp ощущается недостаток сетевых функциональных возможностей. Летом 1995 года IBM начала продавать следующую версию OS/2 - Warp Connect, которая содержит важнейшие драйверы и утилиты. В число новых средств входят редиректоры для операционных систем NetWare 3.х и 4.1 и OS/2 LAN Server. Версия OS/2 Warp Connect работает с протоколами IPX и NetBIOS, а также с новой реализацией протоколов TCP/IP. Этот новый комплект устанавливает двухточечное соединение по протоколу PPP вместо соединений SLIP, предусмотренных в базовом пакете OS/2 Warp. Этот комплект понизит нагрузку на центральный процессор и обеспечит одновременный доступ к локальной сети и сети Internet.

     Кроме того, Warp Connect предоставляет давно ожидаемые в OS/2 средства одноранговой сетевой связи. Согласно сообщению фирмы IBM, в эту версию входит большое число собственных драйвером, которые смогут работать более чем с 70% существующих адаптеров Ethernet и более чем с 90% адаптеров Token Ring. То же самое программное обеспечение дает возможность клиенту Warp Connect подключаться в серверу LAN Server 4.0[31, с. 80].

     Warp Connect содержит также программу Lan Distance фирмы IBM, которая позволит соединяться через связной сервер с любым подключенным к сети устройством. В отличие от Windows 95 ОС Warp Connect не содержит средств, поддерживающих удаленный доступ через коммутируемые телефонные сети. Еще одним нововведением является справочная база данных ASK PSP на компакт-диске с интерфейсом запросов на языке, близком к естественному английскому.

     Что касается почтовых услуг, то IBM выбрала для Warp Connect пакет Lotus Notes Express, а не свой собственный Ultimedia Mail/2. Notes Express позволяет соединиться с любым сервером Notes.

     Как и другие версии Warp, Warp Connect тоже поставляется в двух версиях: одна без Windows-библиотек, другая, подобно Full Pack, с библиотеками Win-OS/2.

     На рисунке 2 показана структура операционной системы OS/2 Warp 3.0. В OS/2 имеется несколько видов виртуальных машин для прикладных программ. Собственные 32- и 16-разрядные программы OS/2 выполняются на отдельных виртуальных машинах в режиме вытесняющей многозадачности и могут общаться между собой с помощью средств DDE OS/2. Прикладные программы DOS и Win16 могут запускаться на отдельных виртуальных машинах в многозадачном режиме. При этом они поддерживают полноценные связи DDE и OLE 2.0 друг с другом и связи DDE с 32-х разрядными программами OS/2. Кроме того, можно запустить несколько программ Win16 на общей виртуальной машине Win16, где они работают в режиме невытесняющей многозадачности. Разнообразные сервисные функции API OS/2, в том числе SOM (модель системных объектов), обеспечиваются с помощью системных динамических библиотек DLL, к которым можно обращаться без требующих затрат времени переходов между кольцами защиты. Ядро OS/2 предоставляет многие базовые сервисные функции API, обеспечивает поддержку файловой системы, управление памятью, и имеет диспетчер аппаратных прерываний. В ядре виртуальных DOS-машин (VDM-ядре) осуществляется эмуляция DOS и процессора 8086, а также управление VDM. Драйверы виртуальных устройств обеспечивают уровень аппаратной абстракции. Драйверы физических устройств напрямую взаимодействуют с аппаратурой⁶.