Сетевые ОС

Сети отделов - используются небольшой группой сотрудников, решающих общие

задачи. Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов,

таких как приложения, данные, лазерные принтеры и модемы. Сети отделов

обычно не разделяются на подсети.

Сети кампусов - соединяют несколько сетей отделов внутри отдельного здания

или внутри одной территории предприятия. Эти сети являются все еще

локальными сетями, хотя и могут покрывать территорию в несколько квадратных

километров. Сервисы такой сети включают взаимодействие между сетями

отделов, доступ к базам данных предприятия, доступ к факс-серверам,

высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам.

Сети предприятия (корпоративные сети) - объединяют все компьютеры всех

территорий отдельного предприятия. Они могут покрывать город, регион или

даже континент. В таких сетях пользователям предоставляется доступ к

информации и приложениям, находящимся в других рабочих группах, других

отделах, подразделениях и штаб-квартирах корпорации.

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 относительно 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. Чаще всего

это сеть с выделенным сервером NetWare 3.x или Windows NT, или же

одноранговая сеть, например сеть Windows for Workgroups.

Пользователи и администраторы сетей отделов вскоре осознают, что они могут

улучшить эффективность своей работы путем получения доступа к информации

других отделов своего предприятия. Если сотрудник, занимающийся продажами,

может получить доступ к характеристикам конкретного продукта и включить их

в презентацию, то эта информация будет более свежей и будет оказывать

большее влияние на покупателей. Если отдел маркетинга может получить доступ

к характеристикам продукта, который еще только разрабатывается инженерным

отделом, то он может быстро подготовить маркетинговые материалы сразу же

после окончания разработки.

Итак, следующим шагом в эволюции сетей является объединение локальных сетей

нескольких отделов в единую сеть здания или группы зданий. Такие сети

называют сетями кампусов. Сети кампусов могут простираться на несколько

километров, но при этом глобальные соединения не требуются.

Операционная система, работающая в сети кампуса, должна обеспечивать для

сотрудников одних отделов доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других

отделов. Услуги, предоставляемые ОС сетей кампусов, 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 кампуса начинаются проблемы интеграции. В общем

случае, отделы уже выбрали для себя типы компьютеров, сетевого оборудования

и сетевых операционных систем. Например, инженерный отдел может

использовать операционную систему UNIX и сетевое оборудование Ethernet,

отдел продаж может использовать операционные среды DOS/Novell и

оборудование Token Ring. Очень часто сеть кампуса соединяет разнородные

компьютерные системы, в то время как сети отделов используют однотипные

компьютеры.

Корпоративная сеть соединяет сети всех подразделений предприятия, в общем

случае находящихся на значительных расстояниях. Корпоративные сети

используют глобальные связи (WAN links) для соединения локальных сетей или

отдельных компьютеров.

Пользователям корпоративных сетей требуются все те приложения и услуги,

которые имеются в сетях отделов и кампусов, 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.

Кроме того, многие существующие методы и подходы к решению традиционных

задач сетей меньших масштабов для корпоративной сети оказались

непригодными. На первый план вышли такие задачи и проблемы, которые в сетях

рабочих групп, отделов и даже кампусов либо имели второстепенное значение,

либо вообще не проявлялись. Например, простейшая для небольшой сети задача

ведения учетной информации о пользователях выросла в сложную проблему для

сети масштаба предприятия. А использование глобальных связей требует от

корпоративных ОС поддержки протоколов, хорошо работающих на низкоскоростных

линиях, и отказа от некоторых традиционно используемых протоколов

(например, тех, которые активно используют широковещательные сообщения).

Особое значение приобрели задачи преодоления гетерогенности - в сети

появились многочисленные шлюзы, обеспечивающие согласованную работу

различных ОС и сетевых системных приложений.

К признакам корпоративных ОС могут быть отнесены также следующие

особенности.

Поддержка приложений. В корпоративных сетях выполняются сложные приложения,

требующие для выполнения большой вычислительной мощности. Такие приложения

разделяются на несколько частей, например, на одном компьютере выполняется

часть приложения, связанная с выполнением запросов к базе данных, на другом

- запросов к файловому сервису, а на клиентских машинах - часть,

реализующая логику обработки данных приложения и организующая интерфейс с

пользователем. Вычислительная часть общих для корпорации программных систем

может быть слишком объемной и неподъемной для рабочих станций клиентов,

поэтому приложения будут выполняться более эффективно, если их наиболее

сложные в вычислительном отношении части перенести на специально

предназначенный для этого мощный компьютер - сервер приложений.

Сервер приложений должен базироваться на мощной аппаратной платформе

(мультипроцессорные системы, часто на базе RISC-процессоров,

специализированные кластерные архитектуры). ОС сервера приложений должна

обеспечивать высокую производительность вычислений, а значит поддерживать

многонитевую обработку, вытесняющую многозадачность, мультипроцессирование,

виртуальную память и наиболее популярные прикладные среды (UNIX, Windows,

MS-DOS, OS/2). В этом отношении сетевую ОС NetWare трудно отнести к

корпоративным продуктам, так как в ней отсутствуют почти все требования,

предъявляемые к серверу приложений. В то же время хорошая поддержка

универсальных приложений в Windows NT собственно и позволяет ей

претендовать на место в мире корпоративных продуктов.

Справочная служба. Корпоративная ОС должна обладать способностью хранить

информацию обо всех пользователях и ресурсах таким образом, чтобы

обеспечивалось управление ею из одной центральной точки. Подобно большой

организации, корпоративная сеть нуждается в централизованном хранении как

можно более полной справочной информации о самой себе (начиная с данных о

пользователях, серверах, рабочих станциях и кончая данными о кабельной

системе). Естественно организовать эту информацию в виде базы данных.

Данные из этой базы могут быть востребованы многими сетевыми системными

приложениями, в первую очередь системами управления и администрирования.

Кроме этого, такая база полезна при организации электронной почты, систем

коллективной работы, службы безопасности, службы инвентаризации

программного и аппаратного обеспечения сети, да и для практически любого

крупного бизнес-приложения.

База данных, хранящая справочную информацию, предоставляет все то же

многообразие возможностей и порождает все то же множество проблем, что и

любая другая крупная база данных. Она позволяет осуществлять различные

операции поиска, сортировки, модификации и т.п., что очень сильно облегчает

жизнь как администраторам, так и пользователям. Но за эти удобства

приходится расплачиваться решением проблем распределенности, репликации и

синхронизации.

В идеале сетевая справочная информация должна быть реализована в виде

единой базы данных, а не представлять собой набор баз данных,

специализирующихся на хранении информации того или иного вида, как это

часто бывает в реальных операционных системах. Например, в Windows NT

имеется по крайней мере пять различных типов справочных баз данных. Главный

справочник домена (NT Domain Directory Service) хранит информацию о

пользователях, которая используется при организации их логического входа в

сеть. Данные о тех же пользователях могут содержаться и в другом

справочнике, используемом электронной почтой Microsoft Mail. Еще три базы

данных поддерживают разрешение низкоуровневых адресов: WINS - устанавливает

соответствие Netbios-имен IP-адресам, справочник DNS - сервер имен домена -

оказывается полезным при подключении NT-сети к Internet, и наконец,

справочник протокола DHCP используется для автоматического назначения IP-

адресов компьютерам сети. Ближе к идеалу находятся справочные службы,

поставляемые фирмой Banyan (продукт Streettalk III) и фирмой Novell

(NetWare Directory Services), предлагающие единый справочник для всех

сетевых приложений. Наличие единой справочной службы для сетевой

операционной системы - один из важнейших признаков ее корпоративности.

Безопасность. Особую важность для ОС корпоративной сети приобретают вопросы

безопасности данных. С одной стороны, в крупномасштабной сети объективно

существует больше возможностей для несанкционированного доступа - из-за

децентрализации данных и большой распределенности "законных" точек доступа,

из-за большого числа пользователей, благонадежность которых трудно

установить, а также из-за большого числа возможных точек

несанкционированного подключения к сети. С другой стороны, корпоративные

бизнес-приложения работают с данными, которые имеют жизненно важное

значение для успешной работы корпорации в целом. И для защиты таких данных

в корпоративных сетях наряду с различными аппаратными средствами

используется весь спектр средств защиты, предоставляемый операционной

системой: избирательные или мандатные права доступа, сложные процедуры

аутентификации пользователей, программная шифрация.

Процессы и нити в распределенных системах

1 Понятие "нить"

В традиционных ОС понятие нити тождественно понятию процесса. В

действительности желательно иметь несколько нитей управления, разделяющих

единое адресное пространство, но выполняющихся квазипараллельно.

Предположим, например, что файл-сервер блокируется, ожидания выполнения

операции с диском. Если сервер имеет несколько нитей управления, вторая

нить может выполняться, пока первая нить находится в состоянии ожидания.

Это повышает пропускную способность и производительность. Эта цель не

достигается путем создания двух независимых серверных процессов, потому что

они должны разделять общий буфер кэша, который требуется им, чтобы быть в

одном адресном пространстве.

На рисунке 3.9,а показана машина с тремя процессами. Каждый процесс имеет

собственный программный счетчик, собственный стек, собственный набор

регистров и собственное адресное пространство. Каждый процесс не должен

ничего делать с остальными, за исключением того, что они могут

взаимодействовать посредством системных примитивов связи, таких как

семафоры, мониторы, сообщения. На рисунке 3.9,б показана другая машина с

одним процессом. Этот процесс состоит из нескольких нитей управления,

обычно называемых просто нитями или иногда облегченными процессами. Во

многих отношениях нити подобны мини-процессам. Каждая нить выполняется

строго последовательно и имеет свой собственный программный счетчик и стек.

Нити разделяют процессор так, как это делают процессы (разделение времени).

Только на многопроцессорной системе они действительно выполняются

параллельно. Нити могут, например, порождать нити-потомки, могут переходить

в состояние ожидания до завершения системного вызова, как обычные процессы,

пока одна нить заблокирована, другая нить того же процесса может

выполняться.

[pic]

Рис. 3.9. а) Три процесса с одной нитью каждый

б) Один процесс с тремя нитями

Нити делают возможным сохранение идеи последовательных процессов, которые

выполняют блокирующие системные вызовы (например, RPC для обращения к

диску), и в то же время позволяют достичь параллелизма вычислений.

Блокирующие системные вызовы делают проще программирование, а параллелизм

повышает производительность.

2 Различные способы организации вычислительного процесса с использованием

нитей

Один из возможных способов организации вычислительного процесса показан на

рисунке 3.10,а. Здесь нить-диспетчер читает приходящие запросы на работу из

почтового ящика системы. После проверки запроса диспетчер выбирает

простаивающую (то есть блокированную) рабочую нить, передает ей запрос и

активизирует ее, устанавливая, например, семафор, который она ожидает.

Когда рабочая нить активизируется, она проверяет, может ли быть выполнен

запрос с данными разделяемого блока кэша, к которому имеют отношение все

нити. Если нет, она посылает сообщение к диску, чтобы получить нужный блок

(предположим, это READ), и переходит в состояние блокировки, ожидая

завершения дисковой операции. В этот момент происходит обращение к

планировщику, в результате работы которого активизируется другая нить,

возможно, нить-диспетчер или некоторая рабочая нить, готовая к выполнению.

Структура с диспетчером не единственный путь организации многонитевой

обработки. В модели "команда" все нити эквивалентны, каждая получает и

обрабатывает свои собственные запросы. Иногда работы приходят, а нужная

нить занята, особенно, если каждая нить специализируется на выполнении

особого вида работ. В этом случае может создаваться очередь незавершенных

работ. При такой организации нити должны вначале просматривать очередь

работ, а затем почтовый ящик.

Нити могут быть также организованы в виде конвейера. В этом случае первая

нить порождает некоторые данные и передает их для обработки следующей нити

и т.д. Хотя эта организация и не подходит для файл-сервера, для других

задач, например, задач типа "производитель-потребитель", это хорошее

решение.

Нити часто полезны и для клиентов. Например, если клиент хочет

растиражировать файл на много серверов, он может создать по одной нити для

копирования на каждом сервере. Другое использование нитей клиентами - это

управление сигналами, такими как прерывание с клавиатуры (del или break).

Вместо обработки сигнала прерывания одна нить назначается для постоянного

ожидания поступления сигналов. Таким образом, использование нитей может

сократить необходимое количество прерываний пользовательского уровня.

[pic]

Рис. 3.10. Три способа организации нитей в процессе:

а - модель диспетчер/рабочие нити; б - модель "команда"; в - модель

конвейера

Другой аргумент в пользу нитей не имеет отношения ни к удаленным вызовам,

ни к коммуникациям. Некоторые прикладные задачи легче программировать,

используя параллелизм, например задачи типа "производитель-потребитель". Не

столь важно параллельное выполнение, сколь важна ясность программы. А

поскольку они разделяют общий буфер, не стоит их делать отдельными

процессами.

Наконец, в многопроцессорных системах нити из одного адресного пространства

могут выполняться параллельно на разных процессорах. С другой стороны,

правильно сконструированные программы, которые используют нити, должны

работать одинаково хорошо на однопроцессорной машине в режиме разделения

времени между нитями и на настоящем мультипроцессоре.

3 Вопросы реализации нитей

Существует два подхода к управлению нитями: статический и динамический. При

статическом подходе вопрос, сколько будет нитей, решается уже на стадии

написания программы или на стадии компиляции. Каждой нити назначается

фиксированный стек. Этот подход простой, но негибкий. Более общим является

динамический подход, который позволяет создавать и удалять нити оперативно

по ходу выполнения. Системный вызов для создания нити обычно содержится в

нити главной программы в виде указателя на процедуру с указанием размера

стека, а также других параметров, например, диспетчерского приоритета.

Вызов обычно возвращает идентификатор нити, который можно использовать в

последующих вызовах, связанных с этой нитью. В этой модели процесс

начинается с одной нити, но может создавать их еще, когда необходимо.

Завершаться нити могут одним из двух способов: по своей инициативе, когда

завершается работа, и извне. Во многих случаях, например, при конвейерной

модели, нити создаются сразу же после старта процесса и никогда не

уничтожаются.

Поскольку нити разделяют общую память, они могут (и, как правило, делают

это) использовать ее для сохранения данных, которые совместно используются

множеством нитей, таких, например, как буфер в системе "производитель-

потребитель". Доступ к разделяемым данным обычно программируется с

использованием критических секций, предотвращающих попытки сразу нескольких

нитей обратиться к одним и тем же данным в одно и то же время. Критическая

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10