Системное программное обеспечение

В корпоративной сети выделяется две составляющие – компьютерная инфраструктура, являющаяся основой интеграции функциональных подсистем КИС, и программные подсистемы, обеспечивающие прикладную функциональность, ради которой, собственно, и строится вся инфраструктура.

Для функционирования компьютерной инфраструктуры необходимо наличие такого вида программного обеспечения как операционные системы. Большое разнообразие используемых типов компьютеров породило разнообразие используемых операционных систем: для рабочих станций, серверов сетей уровня отдела и уровня предприятия в целом.

Программная платформа компьютера определяется типом установленной на компьютере операционной системы. Любая ОС ориентирована на определенные типы аппаратных средств, особенности которых непосредственно влияют на ее свойства. По типу аппаратуры выделяют операционные системы микро-компьютеров, мини-компьютеров, мейнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ, которые строятся на базе одного или многих процессоров, а также процессорах с многоядерной архитектурой. Поэтому к современным ОС предъявляются требования:

- поддержки многопроцессорной обработки (мультипроцессирование);

- масштабируемость – способностью работать при увеличении количественных характеристик сети;

- совместимость с другими продуктами – способность работать в гетерогенной среде интерсети в режиме plug-and-play.

Операционные системы различаются особенностями реализации алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), областями использования и другими свойствами.

В зависимости от особенностей использованного алгоритма управления процессором операционные системы подразделяются на: многопроцессорные и однопроцессорные системы, многозадачные и однозадачные, многопользовательские и однопользовательские, системы, поддерживающие или не поддерживающие многонитевую обработку.

Однозадачные ОС делают более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером путем предоставления пользователю виртуальной машины и включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства поддержки диалога с пользователем. Многозадачные ОС дополнительно выполняют функции управления разделением ресурсов компьютера (процессоров, оперативной памяти, файлов и внешних устройств), совместно используемых различными задачами.

Среди многозадачных ОС в соответствии с используемыми режимами эксплуатации выделяют:

- системы пакетной обработки, обеспечивающие решение максимального числа задач в единицу времени за счет предварительного формирования пакета заданий; каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из пакета заданий формируется множество одновременно выполняемых задач, которые выбираются ОС в соответствии с требованиями к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной системы;

- системы разделения времени – каждой задаче выделяется квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым; у всех пользователей, одновременно работающих через терминал на одном и том же компьютере, складывается впечатление единоличного использования машины. Такие системы обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, за счет того, что осуществляется выполнение любой запущенной пользователем задачи, а не выбор наиболее подходящей системе, повышаются затраты вычислительной мощности на переключение процессора с задачи на задачу. Зато обеспечивают удобство и эффективность работы пользователя;

- системы реального времени, обеспечивающие получение результата (управляющего воздействия) через заранее заданный интервал времени после запуска программы. Они применяются для управления различными техническими объектами (станок, спутник, научная экспериментальная установка или технологический процесс), т.к. для этих объектов существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная управляющая объектом программа, в противном случае может произойти авария. Эти системы осуществляют выбор программы на выполнение, исходя из текущего состояния объекта или в соответствии с расписанием плановых работ.

Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем разных типов, например, часть задач выполняется в режиме пакетной обработки, часть – в режиме реального или в режиме разделения времени. В этом случае режим пакетной обработки обычно называют фоновым режимом.

Многопользовательские системы в отличие от однопользовательских содержат средства защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями).

На специфику ОС оказывает влияние реализация сетевых функций – распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам, передача сообщений, выполнение удаленных запросов, т.к. необходимо решать комплекс задач, связанных с распределенным характером хранения и обработки данных в сети (ведение справочной информации о всех доступных в сети ресурсах и серверах, адресация взаимодействующих процессов, обеспечение прозрачности доступа, тиражирование данных, согласование копий, поддержка безопасности данных).

При описании операционной системы часто указываются особенности ее структурной организации и положенные в ее основу концепции, к которым относят:

- способы построения ядра системы – монолитное ядро или микроядерный подход. Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. В микроядерных ОС микроядро выполняет минимум функций по управлению аппаратурой и работает в привилегированном режиме, все функции ОС более высокого уровня осуществляют работающие в пользовательском режиме специализированные компоненты – серверы, хорошо защищенные друг от друга. При таком построении ОС работает медленнее за счет частых переходов между привилегированным и пользовательским режимами, зато система получается более гибкой – ее функции можно расширять и модифицировать путем добавления, модификации или удаления серверов;

- объектно-ориентированный подход к построению ОС позволяет применять отработанные в объектно-ориентированных языках программирования наиболее удачные решения (использование стандартных объектов; создание новых объектов с помощью механизма наследования; защита данных за счет их инкапсуляции во внутренние структуры объекта, что делает данные недоступными для несанкционированного использования извне; структурированность системы, состоящей из набора хорошо определенных объектов и т.д.);

- наличие нескольких прикладных сред, что дает возможность в рамках одной ОС одновременно выполнять приложения, разработанные для различных ОС. Многие современные операционные системы поддерживают одновременно прикладные среды MS-DOS, Windows, UNIX (POSIX), OS/2 или некоторый набор из этого перечня. Концепция нескольких прикладных сред наиболее просто реализуется в ОС на базе микроядра путем создания сервера, реализующего прикладную среду той или иной операционной системы;

- распределенная организация операционной системы позволяет упростить работу пользователей и программистов в сетевых средах. В распределенной ОС реализованы механизмы, обеспечивающие возможность пользователю представлять и воспринимать сеть в виде традиционного однопроцессорного компьютера. Характерными признаками такой организации ОС являются: наличие единой справочной службы разделяемых ресурсов и единой службы времени, использование механизма вызова удаленных процедур (RPC), многонитевая обработка, позволяющая распараллелить вычисления в рамках одной задачи и выполнять эту задачу сразу на нескольких компьютерах сети, наличие других распределенных служб.

Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети и представляет собой ОС, определяющую взаимосвязанную группу протоколов верхних уровней, обеспечивающих основные функции сети: адресацию объектов, функционирование служб, обеспечение безопасности данных, управление сетью.

Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле сетевая ОС – это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

К основным отличиям серверных ОС относятся:

- поддержка мощных аппаратных платформ, в том числе мультипроцессорных и кластерных;

- поддержка большого числа одновременно выполняемых процессов и сетевых соединений;

- наличие компонентов централизованного администрирования сети (справочной службы, службы аутентификации и авторизации пользователей сети и т.д.);

- широкий набор сетевых служб.

Клиентские ОС организованы проще, обладают удобным пользовательском интерфейсом и включают клиентские части сетевых служб.

Многие разработчики сетевых ОС выпускают два варианта одной и той же операционной системы: один предназначен для работы в качестве серверной ОС, другой – клиентской.

Назначение серверной операционной системы – это управление приложениями, обслуживающими всех пользователей корпоративной сети, а нередко и внешних пользователей. К таким приложениям относятся системы управления базами данных, средства управления сетями и анализа событий в сети, службы каталогов, средства обмена сообщениями и групповой работы, Web-серверы, почтовые серверы, корпоративные брандмауэры, серверы приложений самого разнообразного назначения, серверные части бизнес-приложений.

Выбор серверной операционной системы и аппаратной платформы для нее в первую очередь определяется тем, какие приложения под ее управлением должны выполняться (как минимум, выбранные приложения должны существовать в версии для данной платформы) и какие требования предъявляются к ее производительности, надежности и доступности.

При выборе ОС корпоративной сети опираются на следующие критерии:

- поддержка многосерверной сети;

- высокая эффективность файловых операций;

- возможность интеграции с другими ОС;

- наличие централизованной масштабируемой справочной службы;

- эффективность работы удаленных пользователей;

- наличие разнообразных сервисов: файл-сервис, принт-сервис, безопасность данных и отказоустойчивость, архивирование данных, служба обмена сообщениями и др.;

- поддержка разнообразных программно-аппаратных хост-платформ: IBM SNA, DEC NSA, UNIX; x86/Linux, PowerPC/AIX, RS6000/AIX, HP/HP-UX, SGI, DEC/OSF1, SUN/Solaris(SunOS)

- разнообразные транспортные протоколы: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS, AppleTalk (сетевая ОС масштаба предприятия должна поддерживать несколько стеков протоколов – TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS, DECnet и OSI), обеспечивая простой доступ к удаленным ресурсам, удобные процедуры управления сервисами, включая агентов для систем управления сетью);

- поддержка многообразных операционных систем конечных пользователей: DOS, Windows, UNIX, OS/2, Mac;

- поддержка сетевого оборудования стандартов Ethernet, Token Ring, FDDI, ARCnet и др.;

- наличие популярных прикладных интерфейсов и механизмов вызова удаленных процедур RPC;

- возможность взаимодействия с системой контроля и управления сетью, поддержка стандартов управления сетью SNMP.

Конечно, ни одна из существующих сетевых ОС не отвечает в полном объеме перечисленным требованиям, поэтому выбор сетевой ОС, как правило, осуществляется с учетом производственной ситуации и опыта.

В состав сервисных программвключаются:

- интерфейсные системы – системы, чаще всего графического типа, совершенствующие не только пользовательский, но и программный интерфейс операционных систем, в частности, реализующие некоторые процедуры разделения дополнительных ресурсов;

- оболочки ОС предоставляют пользователю качественно новый по сравнению с реализуемым операционной системой интерфейс и делают необязательным знание последнего;

- утилиты автоматизируют выполнение отдельных типовых, часто используемых процедур, реализация которых потребовала бы от пользователя разработки специальных программ. Многие утилиты имеют развитый диалоговый интерфейс с пользователем и приближаются по уровню общения к оболочкам.