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局域网的网络操作系统的工作方式分析

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局域网的网络操作系统的工作方式分析99电本黄新宇付强
提要:本文主要论述局域网的网络操作系统的工作方式,局域网的网络操作系统就是网络用户和计算机之间的接口.网络用户通过网络操作系统请求网络服务.网络操作系统与局域网上的工作模式有关.有三种常用的工作模式,即:对等(PEER-TO-PEER)模式,文件服务器模式以及客户服务器(CLIENTSERVER)模式.
关键词:Unix Linux NT XP netware
引言:如今对于网络这个名词、想必大家都早已耳熟能详.随着计算机网络技术的不断进步,眼下的网络热潮可谓一浪高过一浪.然而、目前我们听到和谈论得最多的网络话题似乎都是INTERNET,大家似乎忽视了广泛存在并且发挥着重要作用的另外一种网络类型:局域网.随着计算机的广泛应用,局部地区计算机连网的需求日益强烈.70年代初、一些大学和研究所为实现实验室或校园内多台计算机共同完成科学计算和资源共享的目的,开始了局部计算机网络的研究.1972年美国加州大学研制了Newhall环网;1976年美国XEROX公司研究了总线拓朴的实验性Ethernet 网;1974年英国剑桥大学研制了Cambridge ring环网.这些都为80年代多种局部网产品的出现提供了理论研究与实现技术的基础、对局部网络技术的发展起到了十分重要的作用.目前、计算机局域网在我国还是许多企事业单位实现资源共享、集中管理的重要途径.
一. 局域网的网络操作系统网络操作系统(NOS)是网络的心脏和灵魂,是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统,它在计算机操作系统下工作,使计算机操作系统增加了网络操作所需要的能力.网络操做系统当然与微机的操作系统有很大关系.网络操作系统具有处理机管理,设备管理,文件管理,作业管理,以及网络管理等功能.现在我们就局域网的操作系统进行讨论.
一. 工作方式分类:
构筑计算机网络的基本目的是共享资源.根据共享资源的方式不同、 NOS分为两种不同的机制.如果NOS软件相等地分布在网络上的所有节点、这种机制下的NOS称之为对等式网络操作系统;如果NOS的主要部分驻留在中心节点、则称为集中式NOS.集中式NOS下的中心节点称为服务器,使用由中心节点所管理资源的应用称为客户.因此,集中式NOS下的运行机制就是人们平常所谓的客户服务器方式.因为客户软件运行在工作站上,所以人们有时将工作站称为客户. 其实只有使用服务的应用才能称为客户,向应用提供服务的应用或系统软件才能称为服务器当采用对等模式中、局域网中的所有工作站均装有相同的协议站,彼此之间能够直接共享设定的网络资源.
网络操作系统与局域网上的工作模式有关.有三种常用的工作模式,即:对等(PEER-TO-PEER)模式,文件服务器模式以及客户服务器(CLIENTSERVER)模式:
1.1 对等模式当采用对等工作模式时,局域网中的所有工作站均装有相同的协议栈,彼此之间能够直接共享设定的网络资源.
应用这种方式的局域网只能在极小的范围内达到有限的资源共享、因此这种工作方式不能得到广泛使用.
1.2 文件服务模式在文件服务器模式中、局域网需要有一台计算机来提供共享的硬盘和控制一些资源的共享.这样的计算机常称为服务器.在这种模式下,数据的共享大多是以档形式通过对档的加锁、解锁来实施控制的.对于来自用户工作站有关文件的存取服务,都是由服务器来提供的.因此这种服务器常称为服务器.
在这种文件服务器系统中、各个用户之间不能对相同的数据作同步更新.各用户间的文件共享只能依次进行.文件服务器的功能有限,它只是简单地将文件在网络中传来传去.这就给局域网增加了大量不必要的流量负载.因此有待作进一步的改善.
1.3 客户服务器模式作为档服务器的发展,在局域网中可采用客户服务器模式,它不是一种特定的硬件产品或服务器技术,它是一种体系结构.客户服务器模式将处理功能分为两部分,一部分(前端)由客户处理,另一部分(后端)由服务器处理.在这种分布式的环境下,任务由运行客户程序和服务器程序的机器共同承担、这样做有利于全面地发挥各自的计算能力、可以分别对客户端和服务端进行优化.这种客户服务器模式还能给用户提供一个理想的分布环境、消除了不必要的网络传输负担.
通过上面的分析可知三种工作方式中只有客户服务器模式适合作为主流的网络操作系统的工作方式.目前世界上流行的网络操作系统中绝大多数都是采用客户服务器模式.常见的比如Unix,Linux 及基于Windows NT构建的Windows 2000,Windows XP等等.下面对这些操作系统的工作原理做一些简单介绍.其中以Unix操作系统为主.
二. 网络操作系统工作原理的介绍
2.1 Novell Netware 一种老掉牙的局域网操作系统.支持IPX协议.现已较少使用.曾经一度是最红的网络操作系统,但在一些企业比较旧的网络中还仍然使用这种操作系统.在1998年,Novell公司出品了Novell NetWare 5.Novell NetWare 5虽然已经很少使用,但也有其自身的一些特点:
对于运行基于服务器的Java 应用程序和服务来说,具有全球最快的Java Virtual Machine (JVM).
具有Netscape FastTrack Server for NetWare 和Netscape Communicator, 使用户可以采用最先进的Web出版方案.
Novell Upgrade Wizard可以计划,建模及自动完成由NetWare3服务器到基于目录的NetWare5网络的转移.
兼容模式使用户可在新的基于IP 的NetWare5网络上继续运行目前的应用程序.
域名服务器(DNS) 和动态主机设置协议(DHCP)管理工具将网络资源组合成一个可信赖的,以NDS 为基础的单一系统.
但是NetWare存在工作站资源无法直接共享、安装及管理维护较对等网复杂,多用户需同时获取文件及数据时会导致网络效率降低,以及服务器的运算功能没有得到发挥等缺点.
Unix操作系统是一个多用户,多进程的分时操作系统.从1969年至今经历不断发展并被广泛应用在不同机型上.
在Unix网络系统上的所有的通信服务大多数采用客户服务器模式,也就是客户发出请求,请服务器执行、提供服务,并返回结果.服务器又分为反复式服务器和并发服务器.反复式服务器每次只服务一个客户的要求,并发服务器可以同时服务多个客户的要求.所谓客户与服务器,并不是指一台实际的机器,而是一个执行的过程.服务器的进程回一直执行、随时等待客户的询问并提供服务,客户的进程在需要时才执行、取得所需的服务后即停止执行.服务器的进程必在客户进程之前先执行、它的执行过程大致如下:
(1) 开启一个通信信道,并且通知Unix系统所提供的服务站的知名通信埠(Well-Known Port)
(2) 在知名通信埠上持续等待、查看是否有客户过问.
(3) 客户申请执行、反复式服务器处理此请求并且送回结果.若是并发服务器,会由fork进程创建一个新的进程来处理这个客户询问,服务完毕结束进程,原来的服务器进程继续等待其它客户询问.
客户进程比较简单:
(1) 开启一个通信通道,与一台机器上的某个知名通信埠(即服务器)连接.
(2) 将请求送至服务器,并接收返回的服务结果,继续此步骤直至暂时不需要服务为止.
(3) 关闭通信通道,并结束进程.客户进程在获得服务后即停止执行、但是服务器的进程仍然必然继续执行、除非系统下令停止执行.此外,服务器需要有排队(Queue)的功能,以免漏失客户的请求.虽然并发服务器可以产生新进程服务各个请求,并且同时等待新的请求.但仍可能在新进程产生之前有接到一个新的请求.为了不漏掉此请求,仍需要排队队列存放请求.
Unix系统中的任务在客户服务器模式下是由客户端和服务器端分别执行的,通常把客户端和服务器端的处理过程叫做前台和后台操作.它们都是靠软件才能运行.客户机(网络工作站)上使用的应用软件通称为客户软件.它用于应用和获取网络上的共享资源.用在服务器上的服务软件则使网络用户可以获取这种服务.但当客户想在文件服务器模式下访问网上的共享资源时,则会增加客户机的内存负担、降低了效率.
Linux是一个以Intel系列CPU(CYRIX,AMD的CPU也可以)为硬件平台,完全免费的UNIX兼容系统,完全适用于个人的PC.它本身就是一个完整的32位的多用户多任务操作系统,因此不需要先安装DOS或其他的操作系统(MS Windows, OS2, MINIX.)就可以进行直接的安装.
Linux有两种不同的含义.从严格的技术定义讲,Linux指的是开放源代码的Unix类操作系统的内核.然而、目前大多数人用它来表示以Linux内核为基础的整个操作系统.从这种意义讲,Linux指的是开放源代码的,包含内核、系统工具,完整的开发环境和应用的Unix类操作系统.
目前Linux中国的发行版本(Linux Distribution)主要有Red Hat(红帽子), Slackware, Caldera, Debian, Red Flag(红旗), Blue Point(蓝点)、 Xteam Linux(冲浪), Happy Linux(幸福Linux), Xlinux等若干种、我推荐同学们使用的发行版本是Red Hat(事实标准)和Xlinux(安装最容易).
Linux主要由存储管理,进程管理,文件系统,进程间通信等几部分组成,在许多算法及实现策略上,Linux借鉴了Unix的成功经验、但也不乏自己的特色.
2.3.1.存储管理:
Linux采用页式存储管理机制,每个页面的大小随处理机芯片而异.例如,Intel 386处理机页面大小可为4KB和2MB两种、而Alpha处理机页面大小可为8KB,16KB,32KB和64KB.页面大小的选择对地址变换算法和页表结构会有一定的影响、如Alpha的虚地址和物理地址的有效长度随页面尺寸的变化而变化,这种变化必将在地址变换和页表项中有所反映.
在Linux中、每一个进程都有一个比实际物理空间大得多的进程虚拟空间,为了建立虚拟空间和物理空间之间的映射,每个进程还保留一张页表,用于将本进程空间中的虚地址变换成物理地址.页表还对物理页的访问权限作出了规定,定义了哪些页可读写,哪些页是只读页,在进行虚实变换时,Linux将根据页表中规定的访问权限来判定进程对物理地址的访问是否合法,从而达到存储保护的目的.
Linux存储空间分配遵循的是不到有实际需要的时候决不分配物理空间的原则.当一个程序加载执行时,Linux只为它分配了虚空间,只有访问某一虚地址而发生了缺页中断时,才为它分配物理空间,这样就可能出现某些程序运行完成后,其中的一些页从来就没有装进过内存.这种存储分配策略带来的好处是显而易见的,因为它最大限度地利用了物理存储器.
尽管Linux对物理存储器资源的使用十分谨慎,但还是经常出现物理存储器资源短缺的情况.Linux有一个名为kswapd的进程专门负责页面的换出、当系统中的空闲页面小于一定的数目时,kswapd将按照一定的淘汰算法选出某些页面,或者直接丢弃(页面未作修改)、或者将其写回硬盘(页面已被修改).这种换出方式不同于较旧版本Unix的换出方式,它是将一个进程的所有页全部写回硬盘.相比之下,Linux的效率更高.
2.3.2.进程管理在Linux中、进程是资源分配的基本单位、所有资源都是以进程为对象来进行分配的. 在一个进程的生命期内、它会用到许多系统资源,会用CPU运行其指令,用存储器存储其指令和数据,它也会打开和使用文件系统中的文件,直接或间接用到系统中的物理设备,因此,Linux设计了一系列的数据结构,它们能准确地描述进程的状态和其资源使用情况,以便能公平有效地使用系统资源.Linux的调度算法能确保不出现某些进程过度占用系统资源而导致另一些进程无休止地等待的情况.
进程的创建是一个十分复杂的过程,通常的做法需为子进程重新分配物理空间,并把父进程空间的内容全盘复制到子进程空间中、其开销非常大.为了降低进程创建的开销、Linux采用了Copy0on0write技术,即不拷贝父进程的空间,而是拷贝父进程的页表,使父进程和子进程共享物理空间,并将这个共享空间的访问权限置为只读.当父进程和子进程的某一方进行写操作时,Linux检测到一个非法操作,这时才将要写的页进行复制.这一做法免除了只读页的复制,从而降低了开销.
2.3.3.文件系统:
Linux最重要的特征之一就是支持多个不同的文件系统,前面我们已经看到,Linux目前支持的文件系统多达十余种、随着时间的推移,这一数目还在不断增加.
在Linux中、一个分离的文件系统不是通过设备标识(如驱动器号或驱动器名)来访问,而是把它合到一个单一的目录树结构中、通过目录来访问,这一点与Unix十分相似.Linux用安装命令将一个新的文件系统安装到系统单一目录树的某一目录下,一旦安装成功,该目录下的所有内容将被新安装的文件系统所覆盖,当文件系统被卸下后,安装目录下的文件将会被重新恢复.
Linux最初的文件系统是Minix.该文件系统对文件限制过多,并且性能低下,如文件名长度不能超过14个字符,文件大小不能超过64MB.为了解决这些问题,Linux的开发者们设计了一个Linux专用的文件系统EXT.EXT对文件的要求放松了许多,但在性能上并没有大的改观,于是就有了后面的EXT2文件系统.EXT2文件系统是一个非常成功的文件系统,它无论是对文件的限制还是在性能方面都大大优于EXT文件系统,所以,EXT2自从推出就一直是Linux最常用的文件系统.
为了支持多种文件系统,Linux用一个被称为虚拟文件系统(VFS)的接口层将真正的文件系统同操作系统及系统服务分离开.VFS允许用户同时透明地安装多个不同的文件系统.
VFS掩盖了不同文件系统之间的差异,使所有文件系统在操作系统和用户程序看来都是等同的.
2.3.4.进程间通信:
Linux提供了多种进程间的通信机制,其中、信号和管道是最基本的两种.除此以外,Linux也提供System V的进程间通信机制,包括消息队列,信号灯及共享内存.为了支持不同机器之间的进程通信,Linux还引入了BSD的Socket机制.
Windows NT是Microsoft公司出品的具有很强联网功能的真正32位操作系统,支持多种硬件平台.它在设计中采用了许多先进的思想,并保留了深受广大用户欢迎的Windows3.x用户接口.Windows NT的更高版本是Wondows 2000.针对不同的用户和环境、Windows 2000 产品家族推出了四个版本:
Windows 2000 Server: 针对工作组级的服务器用户,Windows 2000 Server 最重要的改进是在活动目录目录服务技术的基础上,建立了一套全面的,分布式的底层服务.此外,对最新硬件和设备的良好支持、集成式终端服务,内建虚拟专用网络(VPN)支持等.可以说Windows 2000 Server 是完美的入门级解决方案,用于运行具有更高可靠性和可管理性的档,打印,Intranet,通讯和基础架构服务器.
Windows 2000 Professional:针对商业和个人用户.
Windows 2000 Advanced Server 操作系统提供了Windows 2000 Server 的全部特性和优点. 此外,该操作系统还包含其它一些附加功能,用于增强电子商务和经营方式应用.针对企业级的高级服务器用户Windows 2000 Datacenter Server针对大型数据仓库的数据中心服务器用户,微软推出的这个全新版本是功能最为强大的服务器操作系统,它支持16 路对称多处理器系统以及高达64GB 的物理内存.与Windows 2000 Advanced Server 一样,它将群集和负载平衡服务作为标准的特性.另外,它为大型的资料仓库,经济分析,科学和工程模拟,联机交易服务等应用进行了专门的优化.
现就Windows 2000 Server的工作方式做一个简单的介绍:
Windows 2000 Server在Windows NT Server 4.0的基础上,进一步发展了活动目录(Active Directory).活动目录是从一个数据存储开始的.它采用了类似Exchange Server的数据存储,称为:Extensible Storage Service (ESS).其特点是不需要事先定义数据库的参数,可以做到动态地增长,性能非常优良.这个数据存储之上已建立索引的,可以方便快速地搜索和定位.活动目录的分区是域(Domain),一个域可以存储上百万的对象.域之间还有层次关系,可以建立域树和域森林,无限地扩展.
在数据存储之上,微软建立了一个对象模型,以构成活动目录.这一对象模型对LDAP有纯粹的支持、还可以管理和修改Schema.Schema包括了在活动目录中的计算机、用户和打印机等所有对象的定义、其本身也是活动目录的内容之一、在整个域森林中是唯一的.通过修改Schema的工具,用户或开发人员可以自己定义特殊的类和属性,来创建所需要的对象和对象属性.
活动目录包括两个方面:一个目录和与目录相关的服务.目录是存储各种对象的一个物理上的容器;而目录服务是使目录中所有信息和资源发挥作用的服务.活动目录是一个分布式的目录服务.信息可以分散在多台不同的计算机上,保证快速访问和容错;同时不管用户从何处访问或信息处在何处,都对用户提供统一的视图.
活动目录充分体现了微软产品的ICE,即集成性(Integration),深入性和易用性(Ease of Use)等优点.活动目录是一个完全可扩展,可伸缩的目录服务,既能满足商业ISP的需要、又能满足企业内部网和外联网的需要.
最近Microsoft(微软)公司又推出了最新版本的操作系统Windows XP.
从技术上而言、Windows XP是Windows 2000的下一个版本,但它同样支持从Windows 98,98 SE,Windows ME,Windows 2000以及Windows NT 4.0 多种系统的升级.Windows XP基于Windows引擎,是对Windows NT2000系统内核的更新.XP代表eXPerience,即体验.Windows XP 家庭版是作为Windows 9xMe的升级版本设计的,所以它具有与Windows Me相同类型的个人功能;而专业版则功能更加丰富.家庭版只支持1个处理器,专业版则支持2个.
总结:目前、我国的软件业尚未形成规模化,尤其在操作系统领域长期落后,与国外相比、竞争力几乎为0;如果想仅仅依靠自已的力量开发操作系统,必然代价巨大,而且成功可能性极小.但Linux的出现,使我们开发自已的操作系统有了一个很高的起点、因为它的开放性,使我们与国外的发展几乎是同步进行的.拥有一个自已的操作系统,对于我国各项事业来说都具有极高的战略意义.

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