Операционные системы. Управление ресурсами
Трехуровневая архитектура клиент/сервер
Рисунок 1.3. Трехуровневая архитектура клиент/сервер
Прогнозируется (см., например, [33]), что в ближайшие годы ПЭВМ должны будут существенно "потесниться" в роли клиента, уступив значительную часть этого ареала устройствам с ограниченными вычислительными возможностями (так называемым "тонким" клиентам), в том числе, и мобильным. Вычисления, таким образом, становятся все более сервер-центрическими, распределяясь между серверами приложений и серверами баз данных. При работе с мобильными клиентами и удаленными источниками данных получение обслуживания клиента у сервера приложений, а сервера приложений - у сервера данных может происходить и без установления непосредственной связи между клиентом и сервером, а состоять из посылки клиентом сообщения - запроса на обслуживание и получения им ответного сообщения с результатами выполнения запроса. В этом случае мы как бы возвращаемся к пакетному режиму, хотя и с иными характеристиками пакетов-заданий.
Хотя описанное нами развитие методов обработки данных происходит во времени, новый подход никогда полностью не отменяет предыдущие. В настоящее время в эксплуатации находятся вычислительные системы с самым разным объемом ресурсов и с применением самых разных методов обработки информации.
Целью настоящего издания не является исчерпывающий обзор ОС, однако в тексте мы часто будем приводить примеры организации тех или иных функций в конкретных системах. В сумме эти примеры, рассредоточенные по разным главам, могут составить не исчерпывающее, но довольно полное представление о нескольких ОС. Поэтому в приводимой ниже классификации мы дадим вводную характеристику тем ОС, которые составляют наш "банк примеров". Некоторые приводимые нами характеристики ОС, возможно, будут непонятны начинающему читателю, объяснения их вы найдете в следующих главах настоящего пособия.
Простейшим является класс однозадачных однопользовательских систем. Аппаратной платформой их является IBM PC (XT, AT), ОС - MS DOS. Поскольку ресурсы такой системы весьма ограничены, ее рассмотрение не представляет для целей данного пособия существенного интереса.
Класс многозадачных однопользовательских систем начинается с тандема MS DOS + Windows, но настоящими ОС этого класса являются OS/2 и Windows 9x. Эти ОС работают на аппаратной платформе не ниже процессора Intel 80386, ресурсы, поддерживаемые такими ОС, - более мощные, управление ими усложняется. Вместе с тем, в функции системы не входит защита ресурсов от других пользователей: в однопользовательской системе "украсть" ресурсы можно только у самого себя.
Windows 1.x - 3.x представляет собой надстройку над MS DOS, обеспечивающую управление виртуальной памятью (сегментную или сегментно-страничную - в зависимости от процессора - модель) и кооперативную многозадачность.
Операционные системы OS/2 и Windows 95/98/ME - системы многозадачные, однопользовательские.(Хотя OS/2 позиционируется на рынке как серверная система, ядро ее продолжает оставаться однопользовательским.) Они обеспечивают вытесняющую многозадачность и работу с нитями, а также богатый набор средств взаимодействия процессов. В них используется 32-разрядная (плоская) модель памяти
Многозадачные многопользовательские системы в настоящее время эксплуатируются на ЭВМ, работающих в многопользовательском интерактивном режиме или выполняющих функции серверов в сетях, их современные аппаратные платформы - на базе серверов Intel-Pentium и RISC-процессоров. Управление ресурсами здесь усложняется не только из-за простого возрастания их объема, но и из-за изменения задач. Система исходит из "презумпции нечестности" пользователей - предположения о том, что любой процесс будет стремиться захватить как можно больше ресурсов в ущерб процессам других пользователей. ОС должна обеспечить справедливое распределение ресурсов между пользователями и их учет (возможно, для оплаты). Важной составляющей таких ОС является также обеспечение безопасности: защита программ и данных пользователя от их чтения или изменения или уничтожения другими пользователями.
Первым примером ОС такого класса, естественно, должна быть названа ОС Unix, которая существует и развивается с 1968г. ОС Unix оказала огромное влияние на развитие концепций построения ОС, породила множество клонов (BSD Unix, Solaris, AIX, Linux и т.д.) и является основой стандартов для ОС.
Windows NT (начиная с версии 5 - Windows 2000) является полностью 32-разрядной ОС с объектно-ориентированной структурой и строится на базе микроядра.
Семейство вычислительных систем AS/400 является результатом длительного эволюционного развития, начавшегося с IBM System/38 (1978г.). По ряду идей и решений эволюционный ряд System/38 - AS/400 является лидером в развитии ОС. Среди особенностей, делающих эту систему интересным примером для нас, следует назвать: объектно-ориентированную ее структуру и архитектуру на базе микроядра, одноуровневую модель памяти, мощные средства защиты. Системное программное обеспечение AS/400 двухуровневое: нижний уровень выполняется Лицензионным Внутренним Кодом (LIC - Licensed Internal Code) и обеспечивает аппаратную независимость верхнего уровня, который составляет собственно ОС OS/400. AS/400 отличается значительной степенью системной интеграции и высоким уровнем системных интерфейсов.
Наконец, последний рассматриваемый нами класс - гигаресурсные (термин введен нами) системы. Являясь также многозадачными и многопользовательскими, они отличаются от предыдущего класса тем, что ресурсы, управляемые ими, на несколько порядков большие. Их аппаратной платформой являются мейнфреймы System/390 или ESA (Enterprise System Architecture) фирмы IBM, представляющие собой эволюционное развитие ряда System/360 - System/370. Современные мейнфреймы отличаются большим объемом возможностей, реализованных на аппаратном уровне, таких как мультипроцессорная обработка, средства создания системных комплексов, объединяющих несколько мейнфреймов, средства логического разделения ресурсов вычислительной системы, высокоэффективная архитектура каналов ввода-вывода, и т.д. Современные ОС ESA - VSE/ESA, VM/ESA, OS/390 представляют собой развитие работавших на System/360, System/370.
- VSE/ESA ориентирована на использование в конечных и промежуточных узлах сетей. Она функционирует на наименее мощных моделях мейнфреймов. VSE эффективно выполняет пакетную обработку и обработку транзакций в реальном времени.
- VM/ESA - гибкая интерактивная ОС, поддерживающая одновременное функционирование нескольких "гостевых" ОС на одной вычислительной системе.
- OS/390 (в последней версии - z/OS) - основная ОС для применения на наиболее мощных аппаратных средствах. Она обеспечивает наиболее эффективное управление ресурсами при пакетном и интерактивном режимах и обработке в реальном времени, возможно совмещение любых режимов. Обеспечивает также комплексирование вычислительных систем, динамическую реконфигурацию ввода-вывода, расширенные средства управления производительностью.
