Тема 6. Распределенные
системы
Успешно изучив данный материал, Вы будете:
þ
Знать:
-
понятие сетевой операционной системы
-
основные функции, выполняемые сетевой операционной
системой
-
составные части сетевой операционной системы
-
возможные варианты структур сетевых операционных
систем компьютерных сетей
-
понятие сетевая операционная система сервера
-
понятие сетевая операционная система рабочей станции
-
сетевые операционные системы для компьютерных сетей
типа "клиент-север"
þ Уметь:
-
определять и разбираться в функциях, выполняемых
сетевыми операционными системами
-
выявлять варианты структур сетевых операционных систем
компьютерных сетей
-
разбираться в назначении сетевых операционных систем
серверной и клиентской части компьютерной сети
-
различать функции, выполняемые операционной системой:
сети отделов, сети масштаба офиса, корпоративных сетей
þ
Обладать навыками:
-
рассмотрения способов взаимодействия пользователей с
сетевыми операционными системами
-
изучения тенденций развития сетевых операционных
систем
-
выявления интересов пользователей сетевых операционных
систем
Изучая тему, необходимо акцентировать
внимание на следующих понятиях:
·
сетевая операционная система
·
средства управления локальными ресурсами компьютера
·
средства предоставления собственных ресурсов и услуг
компьютера в общее пользование
·
средства запроса доступа к удаленным ресурсам и
услугам и их использования
·
коммуникационные средства операционной системы
·
клиентская часть операционной системы
·
серверная часть операционной системы
·
редиректор
·
выделенный сервер
·
сетевой протокол
·
сервер
·
клиент
·
операционная система сети отделов
·
операционная система сети масштаба офиса
·
операционная система корпоративных сетей
·
сервер приложений
Сетевая операционная система
составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в
значительной степени автономен.
В узком смысле сетевая операционная
система - это операционная система отдельного компьютера,
обеспечивающая ему возможность работать в сети. Есть и более развернутое
определение сетевой операционной системы: сетевая операционная
система - это система программных средств, управляющих процессами в
сети и объединенных общей архитектурой, определенными коммуникационными
протоколами и механизмами взаимодействия вычислительных процессов. Она
обеспечивает пользователям стандартный и удобный доступ к разнообразным сетевым
ресурсам и обладает высоким уровнем прозрачности, т.е. изолирует от
пользователя все различия, особенности и физические параметры привязки процессов
к обрабатываемым ресурсам.
|
Сетевая
операционная система – это совокупность операционных систем (ОС) отдельных компьютеров,
взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым
правилам - протоколам. |
|
|
! |
Сетевой
протокол –
единые правила обмена сообщениями в сети |
В сетевой операционной
системе отдельной машины можно выделить несколько частей (рис.16):
-
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 операционной системы (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 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 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.
В зависимости от функций,
возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может
отсутствовать либо клиентская,
либо серверная части.
Рис.16.
Структура сетевой операционной системы
На рис.170 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 ОС, 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. 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.
Рис.17.
Взаимодействие сетевых компонентов
На практике сложилось
несколько подходов к построению сетевых операционных систем.
Первые сетевые ОС
представляли собой совокупность существующей локальной ОС и надстроенной над
ней сетевой оболочки. При этом в локальную ОС
встраивался минимум сетевых функций, необходимых для работы сетевой оболочки,
которая выполняла основные сетевые функции.
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
стройность, простоту эксплуатации и модификации, а также высокую
производительность.
Если компьютер предоставляет
свои ресурсы другим пользователям сети, то он играет роль сервера.
При этом компьютер, обращающийся к ресурсам другой машины, является клиентом. Компьютер, работающий в сети, может выполнять
функции либо клиента, либо сервера, либо совмещать обе эти функции.
Если выполнение
каких-либо серверных функций является основным назначением компьютера
(например, предоставление файлов в общее пользование всем остальным пользователям
сети или организация совместного использования факса, или предоставление всем
пользователям сети возможности запуска на данном компьютере своих приложений),
то такой компьютер называется выделенным сервером.
В зависимости от того, какой ресурс сервера является разделяемым, он называется
файл-сервером, факс-сервером,
принт-сервером, сервером приложений и т.д. (см. рис. 18).
На
выделенных серверах желательно устанавливать ОС, специально оптимизированные
для выполнения тех или иных серверных функций. Поэтому в сетях с выделенными серверами
чаще всего используются сетевые операционные системы, в состав которых входит
нескольких вариантов ОС, отличающихся возможностями серверных частей.
Рис. 18.
Разделение компьютеров по выполняемым функциям
Выделенный сервер не
принято использовать в качестве компьютера для выполнения текущих задач, не
связанных с его основным назначением, так как это может уменьшить
производительность его работы как сервера.
Несмотря
на то, что в сети с выделенным сервером все компьютеры в общем случае могут
выполнять одновременно роли и сервера, и клиента, эта сеть функционально не
симметрична: аппаратно и программно в ней реализованы два типа компьютеров -
одни, в большей степени ориентированные на выполнение серверных функций и работающие
под управлением специализированных серверных ОС, а другие - в основном
выполняющие клиентские функции и работающие под управлением
соответствующего этому назначению варианта ОС. Функциональная несимметричность,
как правило, вызывает и несимметричность аппаратуры - для выделенных серверов
используются более мощные компьютеры с большими объемами оперативной и внешней
памяти. Таким образом, функциональная несимметричность в сетях с выделенным
сервером сопровождается несимметричностью операционных систем (специализация
ОС) и аппаратной несимметричностью (специализация компьютеров).
В зависимости от того,
как распределены функции между компьютерами сети, сетевые операционные системы
(также как и сети), делятся на два класса: одноранговые и двухранговые. Последние
чаще называют сетями с выделенными серверами.
В
одноранговых сетях все компьютеры равны в правах
доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию
объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи
могут его эксплуатировать. В таких сетях на всех компьютерах устанавливается
одна и та же ОС, которая предоставляет всем компьютерам в сети потенциально
равные возможности (рис. 19).
Рис.19.
Одноранговая сеть, где все компьютеры равны в правах доступа
В одноранговых
сетях может возникнуть функциональная несимметричность: одни пользователи не
желают разделять свои ресурсы с другими. В этом случае их компьютеры выполняют роль клиента, а за другими компьютерами
администратор закрепил только функции по организации совместного использования
ресурсов, следовательно, они являются серверами.
Также может возникнуть и
другая ситуация, когда локальный пользователь не возражает против использования
его ресурсов и сам не исключает возможности обращения к другим компьютерам, ОС,
устанавливаемая на его компьютере, должна включать и серверную, и клиентскую
части. В отличие от сетей с выделенными серверами, в одноранговых
сетях отсутствует специализация ОС в зависимости от преобладающей
функциональной направленности - клиента или сервера. Все вариации реализуются
средствами конфигурирования одного и того же варианта ОС (рис. 20).
Одноранговые сети проще в организации и эксплуатации,
однако, они применяются в основном для объединения небольших групп пользователей,
не предъявляющих больших требований к объемам хранимой информации, ее
защищенности от несанкционированного доступа и к скорости доступа. При
повышенных требованиях к этим характеристикам более подходящими являются двухранговые сети, где сервер лучше решает задачу
обслуживания пользователей своими ресурсами, так как его аппаратура и сетевая
операционная система специально спроектированы для этой цели.
Рис.20.
Одноранговая сеть, где ОС пользователя включает серверную и клиентскую часть
Сетевые операционные
системы имеют разные свойства в зависимости от того, предназначены они для
сетей масштаба рабочей группы (отдела), для сетей масштаба офиса или для сетей
масштаба предприятия.
Главной задачей операционной системы,
используемой в сети
масштаба отдела,
является организация разделения ресурсов, таких как приложения, данные,
лазерные принтеры и, возможно, низкоскоростные модемы. Обычно сети отделов
имеют один или два файловых сервера и не более чем 30 пользователей. Задачи
управления на уровне отдела достаточно просты. В задачи администратора входит
добавление новых пользователей, устранение простых отказов, инсталляция новых
узлов и установка новых версий программного обеспечения. Операционные системы
сетей отделов хорошо отработаны и разнообразны, также, как
и сами сети отделов, уже давно применяющиеся и достаточно отлаженные. Такая
сеть обычно использует одну или максимум две сетевые ОС.
Операционная система, работающая в сети офисов, должна обеспечивать для сотрудников
одних отделов доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов.
Услуги, предоставляемые ОС сетей офисов, не ограничиваются простым разделением
файлов и принтеров, а часто предоставляют доступ и к серверам других типов,
например, к факс-серверам и к серверам
высокоскоростных модемов. Важным сервисом, предоставляемым операционными
системами данного класса, является доступ к корпоративным базам данных,
независимо от того, располагаются ли они на серверах баз данных или на
миникомпьютерах.
Именно на уровне сети
офиса начинаются проблемы интеграции. В общем случае, отделы уже выбрали для
себя типы компьютеров, сетевого оборудования и сетевых операционных систем.
Очень часто сеть офиса соединяет разнородные компьютерные системы, в то время
как сети отделов используют однотипные компьютеры.
Пользователям
корпоративных сетей требуются все те приложения и услуги, которые имеются в
сетях отделов и офисов, плюс некоторые дополнительные приложения и услуги,
например, доступ к приложениям мейнфреймов и
миникомпьютеров и к глобальным связям. Когда ОС разрабатывается для локальной
сети или рабочей группы, то ее главной обязанностью является разделение файлов
и других сетевых ресурсов (обычно принтеров) между локально подключенными
пользователями. Такой подход не применим для уровня предприятия. Наряду с
базовыми сервисами, связанными с разделением файлов и принтеров, сетевая ОС, которая
разрабатывается для корпораций, должна поддерживать более широкий набор
сервисов, в который обычно входят почтовая служба, средства коллективной
работы, поддержка удаленных пользователей, факс-сервис, обработка голосовых
сообщений, организация видеоконференций и др.
Использование глобальных
связей требует от корпоративных ОС поддержки протоколов, хорошо работающих на
низкоскоростных линиях, и отказа от некоторых традиционно используемых
протоколов. Особое значение приобрели задачи преодоления гетерогенности
- в сети появились многочисленные шлюзы, обеспечивающие согласованную работу
различных ОС и сетевых системных приложений.
При изучении
первого вопроса темы:
· читать:
учебное пособие Мастяева Ф.А. Операционные системы,
среды и оболочки. – М.: МФПА., 2006. – с.173-192;
· изучить дополнительные
материалы: учебник Олифер В.Г.,
Олифер Н.А.
Сетевые операционные системы – С.-Пб.: Питер, 2005