Лекции по "Информатике"

В 1973 г. Д. Ритчи разработал язык программирования высокого уровня С (Си), и скоро ОС UNIX заново переписали на этом языке. После публикации Д. Ритчи и К. Томпсона в 1974 г. в журнале САСМ систему UNIX стали применять повсеместно.

Главной проблемой ОС семейства UNIX является несовместимость  различных версий. Попытки стандартизации версий UNIX закончились  неудачей, так как  наибольшее распространение  получили две несовместимые  версии этой системы: линия фирмыАТ&Т – UNIX System V и линия университета Berkeley – UNIX BSD. Многие фирмы, основываясь на этих версиях, разработали свои варианты UNIX: SunO• и Solaris фирмы Sun Microsystems, AIX фирмы IBM, UnixWare фирмы Novell и др.

Одна  из последних версий UNIX System V Release 4 собрала в себе лучшие черты линий UNIX System V и UNIX BSD, но данная разновидность системы является незавершенной, так как в ней отсутствуют системные утилиты, необходимые для успешного использования ОС.

Общими  чертами для любой  ОС UNIX считаются:

1) многопользовательский режим со способом защиты данных от несанкционированного доступа;

2) реализация мультипрограммной обработки в режиме разделения времени, которая основана на применении алгоритмов вытесняющей многозадачности; повышение уровня мультипрограммирования;

3) унификация операций ввода-вывода на базе расширенного использования понятия «файл»;

4) иерархическая файловая система, которая образует единое дерево каталогов независимо от числа физических устройств, используемых для размещения файлов;

5) переносимость системы, которая осуществляется за счет написания ее основной части на языке С;

6) разнообразные средства взаимодействия процессов, например через сеть;

7) кэширование диска с целью уменьшения среднего времени доступа к файлам.

4.12. Операционная система  Linux

В основу ОС Linux положен проект студента Хельсинкского университета Л. Торвальда, в котором использована программа Minix. Л. Торвальд разработал эффективную ПК-версию UNIX для пользователей Minix и назвал ее Linux. В 1999 г. он выпустил версию Linux 0.11, мгновенно распространившуюся по Интернет. В последующие годы данная ОС была доработана другими программистами, которые поместили в нее возможности и особенности, присущие стандартным UNIX – системам. Через некоторое время Linux стала одним из самых популярных проектов UNIX конца XX в.

Главным достоинством ОС Linux является то, что ее можно применять на компьютерах любой конфигурации – от настольного до мощных многопроцессорных серверов. Эта система способна выполнять многие из функций, традиционных для ОС DOS и Windows, например управление файлами, управление программами, взаимодействие с пользователями и др. Система Linux является особо мощной и гибкой, предоставляя в распоряжение компьютера скорость и эффективность UNIX, с применением при этом всех преимуществ современных ПК. При этом Linux (как и все версии UNIX) представляет собой многопользовательскую и многозадачную ОС.

Операционная  система Linux стала доступна всем желающим, так как это некоммерческий проект и в отличие от UNIX распространяется среди пользователей бесплатно в рамках Фонда бесплатного программного обеспечения. По этой причине эту ОС зачастую не считают профессиональной. На самом деле ее можно охарактеризовать как настольную версию профессиональной ОС UNIX. Преимущество ОС UNIX состоит в том, что ее разработка и последующее развитие проходили одновременно с революцией в области вычислительной техники и коммуникаций, которая продолжается уже несколько десятилетий. На основе UNIX были созданы совершенно новые технологии. Сама по себе ОС UNIX построена так, что ее можно модифицировать, получая при этом различные версии. Поэтому присутствуют множество различных официальных вариантов UNIX, а также версий, которые соответствуют конкретно поставленным задачам. Разрабатываемую в данном контексте ОС Linux можно рассматривать как еще один вариант UNIX, который создан специально для ПК.

Операционная  система Linux имеет несколько редакций, так как каждая фирма-производитель комплектует систему и ее программное обеспечение по-своему, выпуская после этого пакет с собственной редакцией этой системы. При этом различные редакции могут включать в себя доработанные версии программ и новое программное обеспечение.

4.13. Семейство сетевых  операционных систем  фирмы Novell

Одной из первых фирм, которая  начала производить  как аппаратные, так  и программные  средства для локальных  сетей, была компания Novell. В настоящий момент она сконцентрировала усилия на программных средствах локальных сетей. Наибольшую известность фирме Novell принесли сетевые ОС семейства NetWare, которые ориентированы на сети с выделенными серверами.

Основное  внимание фирма Novell уделяла разработке высокоэффективной серверной части ОС NetWare в целях обеспечения максимально возможной для данного класса компьютеров скорости удаленного доступа к файлам и повышения безопасности данных. Для серверной части своих систем Novell разработала специализированную ОС, оптимизированную на файловые операции и применяющую все возможности процессоров Intel х386 и выше. В эволюции сетевых ОС фирмы Novell можно выделить несколько этапов:

1) 1983 г. – разработана первая версия NetWare;

2) 1985 г. – появилась система Advanced NetWare v 1.0, расширившая функциональные возможности сервера;

3) 1986 г. – версия 2.0 системы Advanced NetWare, которая отличается от предыдущих более высокой производительностью и возможностью объединения различных на канальном уровне сетей. Эта ОС обеспечила возможность подключения к одному серверу до четырех сетей с различной топологией;

4) 1988 г. – ОС NetWare v2.15, которая добавила к NetWare средства поддержки компьютеров семейства Macintosh;

5) 1989 г. – первая версия 32-разрядной ОС для серверов с микропроцессором 80386 – NetWare 386 v3.0;

6) 1993 г. – ОС NetWare v4.0, ставшая во многих отношениях революционно новым продуктом.

Версии  NetWare v4.xx обладают следующими отличительными чертами:

• имеют специализированную систему управления ресурсами сети (NetWare Directory Services – NDS);

• управление памятью осуществляется только одной областью;

• новая система управления хранением данных (Data Storage Management) содержит три компоненты: фрагментация блоков, или разбиение блоков данных на подблоки (Block Su-ballocation); упаковка файлов (File Compression); перемещение данных (Data Migration);

• включают в себя встроенную поддержку протокола передачи серии пакетов (Packet-Burst Migration);

• все системные сообщения и интерфейс применяют специальный модуль;

• утилиты управления ОС NetWare v4.xx поддерживаются DOS, Windows и OS/2-интерфейсом.

Недоработки системы NetWare v4.0x не позволили ей завоевать рынок. Более широкое распространение получила версия NetWare v4.1. Линии NetWare v5.х и NetWare v6 стали развитием ОС NetWare v4.x.

Тема 5

Основы  работы в среде  локальных и глобальных компьютерных сетей

5.1. Эволюция компьютерных  сетей

Концепция вычислительных сетей  представляет собой  логический результат  эволюции компьютерных технологий. Первые компьютеры 1950-х гг. были большими, громоздкими  и дорогими. Их основным предназначением  являлось небольшое  число избранных  операций. Данные компьютеры не применялись для  интерактивной работы пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки.

Системы пакетной обработки  обычно строились  на базе мейнфрейма, который является мощным и надежным компьютером универсального назначения. Пользователи готовили перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр. Операторы вводили эти карты в компьютер и на следующий день отдавали пользователям результаты. При этом одна неправильно набитая карта могла привести как минимум к суточной задержке.

Для пользователей был  бы намного удобней  интерактивный режим  работы, который подразумевает  возможность оперативно руководить процессом  обработки данных с терминала. Однако на этом этапе именно пакетный режим являлся  самым эффективным  режимом использования  вычислительной мощности, так как он позволял выполнить в единицу  времени больше пользовательских задач, чем любые  другие режимы. Во главе  угла находилась эффективность  работы самого дорогого устройства вычислительной машины, которым являлся  процессора, в ущерб  эффективности работы использующих его  специалистов.

В начале 1960-х гг. затраты  на производство процессоров  уменьшились и  появились новые  способы организации  вычислительного  процесса, позволяющие  учесть интересы пользователей. Началось развитие интерактивных  многотерминальных  систем разделения времени. В данных системах на компьютере работали сразу несколько  пользователей. Каждый из них получал  в распоряжение терминал, который помогал  ему производить  общение с компьютером. При этом время  реакции вычислительной системы было достаточно мало для того, чтобы  пользователь не замечал параллельную работу с компьютером других пользователей. Поделив таким образом компьютер, пользователи могли за сравнительно небольшую плату обладать преимуществами компьютеризации.

Терминалы, при выходе за пределы  вычислительного  центра, были рассредоточены по всему предприятию. Несмотря на то что вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, многие операции, например ввод и вывод данных, стали распределенными. Данные многотерминальные централизованные системы внешне стали очень похожи на локальные вычислительные сети. На самом деле каждый пользователь воспринимал работу за терминалом мейнфрейма приблизительно так же, как сейчас работу за подключенным к сети ПК. Он имел доступ к общим файлам и периферийным устройствам и при этом был убежден в единоличном владении компьютером. Это было вызвано тем, что пользователь мог запустить необходимую ему программу в любой момент и почти сразу же получить результат.

Таким образом, многотерминальные  системы, работающие в режиме разделения времени, явились  первым шагом на пути создания локальных  вычислительных сетей. Однако до появления  локальных сетей  необходимо было еще  преодолеть большой  путь, так как многотерминальные  системы, хотя и имели  внешние черты  распределенных систем, все еще сохраняли  централизованный характер обработки информации, и потребность  предприятий в  создании локальных  сетей к данному  моменту времени  еще не созрела. Это  объяснялось тем, что в одном  здании просто нечего было объединять в  сеть. Высокая стоимость  вычислительной техники  не давала возможности  предприятиям приобретать  несколько компьютеров. В данный период был  справедлив так называемый закон Гроша, эмпирически  отражающий уровень  технологии того времени. По этому закону производительность компьютера была пропорциональна  квадрату его стоимости, следовательно, за одну и туже сумму было выгоднее купить одну мощную машину, чем две менее мощных, так как их суммарная мощность оказывалась намного ниже мощности дорогой машины.

Однако  потребность в  соединении компьютеров, находившихся на большом  расстоянии друг от друга, к этому  времени вполне назрела. Разработка компьютерных сетей началась с  решения более  простой задачи –  доступа к компьютеру с терминалов, удаленных  от него на многие сотни  или даже тысячи километров. Терминалы соединялись  с компьютерами посредством  телефонных сетей  через модемы. Такие  сети позволяли многочисленным пользователям осуществлять удаленный доступ к разделяемым  ресурсам нескольких мощных компьютеров  класса суперЭВМ. После  этого появились  системы, в которых  наряду с удаленными соединениями типа терминал-компьютер  использовались и  удаленные связи  типа компьютер-компьютер. Компьютеры смогли обмениваться данными в автоматическом режиме, что и представляет собой базовый  механизм любой вычислительной сети. На основе данного  механизма в первых сетях была организована служба обмена файлами, синхронизация баз  данных, электронной  почты и других, которые в настоящее  время стали традиционными  сетевыми службами.

Итак, хронологически первыми  были разработаны  и применены глобальные вычислительные сети. Именно при построении глобальных сетей  были предложены и  отработаны почти  все базовые идеи и концепции существующих вычислительных сетей, например многоуровневое построение коммуникационных протоколов, технология коммутации пакетов, маршрутизация пакетов  в составных сетях.

В 1970-х  гг. наблюдался технологический  прорыв в сфере  производства компьютерных компонентов, что  выразилось в появлении  БИС. Их небольшая  стоимость и огромные функциональные возможности  позволили создать  мини-компьютеры, которые стали реальными конкурентами мейнфреймов. Закон Гроша перестал действовать, так как десять мини-компьютеров были способны выполнять некоторые задачи намного быстрее одного мейнфрейма, а стоила такая мини-компьютерная система меньше.

Небольшие подразделения предприятий  теперь могли приобретать  для себя компьютеры. Мини-компьютеры были способны выполнять  задачи управления технологическим  оборудованием, складом  и решать другие проблемы, соответствующие  уровню подразделения  предприятия, т. е. появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по предприятию, но при этом все компьютеры одной организации продолжали работать независимо.

Со  временем потребности  пользователей вычислительной техники увеличивались, появлялась необходимость  получения возможности  обмена данными с  другими близко расположенными компьютерами. По этой причине предприятия  и организации  стали использовать соединение своих мини-компьютеов и разработали программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В итоге это привело к появлению первых локальных вычислительных сетей. Они еще значительно отличались от современных сетей, в частности в устройстве сопряжения. Изначально для соединения компьютеров друг с другом применялись самые разнообразные нестандартные устройства с собственными способами представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т. п. Такие устройства были способны соединять только те типы компьютеров, для которых были разработаны. Данная ситуация породила большой простор для творчества студентов. Названия многих курсовых и дипломных проектов было посвящено устройству сопряжения.