第四章服务器操作系统

ROCCOMPUTEREDUCATION（大鹏培训）℡：15002572958第1页/共16页编辑：张德鹏第四章服务器操作系统4.1网络操作系统的特点4.1.1单机操作系统计算机由硬件和软件构成，硬件是构成计算机的物理器件，软件是使用硬件的完成用户需求的程序及相关文档。在软件系统中其中其核心就是操作系统，它用于协助用户方便使用计算机。常见的操作系统可分为:单机操作系统和网络操作系统。1.操作系统的定义它是用户与计算机之间的接口，使用户可以方便地使用、管理计算机。2.操作系统的管理功能它提供了以下主要四个功能:1)进程管理进程指正在运行的程序(软件),程序的运行主要通过CPU执行，因此进程管理主要是对CPU的管理（90页）。CPU在某时刻只能做一件事件，在多任务操作系统中，CPU交替去做多件事情，做完这件事件再去做另一件事情，它同时做好几件事，这就需要操作系统来协调各进程对CPU的使用。简单来说，进程管理：主要用于起动应用软件和协调各应用软件之间的运行。在单用户单任务的操作系统DOS中，一次只能执行一个程序，它用EXEC函数来起动一个程序(软件)（90页）,等到这处程序(软件)执行结束才可用EXEC启下一个程序(软件)在多用户多任务的操作系统Windows和OS/2中,一次可同时运行多个程序(软件),它用CreateProess来起动一个程序(软件)（90页）,由于它可重复使用所以一次可同时起动运行多个程序（软件）。此函数被保存在KERNEL32.DLL动态链接库中。2)内存管理内存主要用于存储当前正在运行的程序。在单用户单任务的操作系统DOS中，因为它工作在实模式下，只使用1M内存就可以了。在多用户多任务操作系统Window和OS/2中，它工作在保护模式下，可以使用1M以上的内存，甚至当物理内存不够可以借助外存来扩展内存空间。3)文件I/O管理主要用于对文件的存储、读取、关闭等操作进行管理。在文件管理中如果在不同的目录是可以文件重名的情况，但如果我们同时打开两个在不同目录同名的文件时，就无法来区别打开的两个文件，所以需要单独规定一个可以唯一标识文件的标号，这就是文件句柄（91页）（filehandle）。在DOS中通过文件系统是FAT(文件分配表)，来记录文件的存放位置（91页）在Window中通过虑拟文件表VFAT,来记录文件的存放位置（91页）在OS/2中通过高性能文件系统HPFS，来记录文件的存放位置（91页）4)设备I/O管理为了能有机地将各设备连到一起，协助程序完成我们的要求，就需要操作系统来协助和管理各设备。在DOS中没有一个设备的高级驱动程序，都采用昀基本驱动，就是BIOS提供的在Window中要提供各设备的高级驱动程序3.操作系统的结构操作系统通常有4类组件:驱动程序、内核、接口库和外围组件（91页）。驱动程序是昀底层的、直接控制和监视各类硬件的部分，职责是隐藏硬件的具体细节，并向其他部分提供一个抽象的、通用的接口。内核是操作系统的核心部分，运行于昀高特权级，负责提供基础性、结构性的功能。接口库是一系列特殊的程序库，是昀靠近应用程序的部分，职责是把系统所提供的基本服务包装成应用程序能够使用的应用编程接口(ApplicationProgrammingInterface，API)。外围组件是指操作系统中除以上3类以外的所有其他部分，通常是用于提供特定高级服务的组件。这些组件在操作系统中的不同布局，也就形成了操作系统的几种结构。常见的结构包括：简单结构、层ROCCOMPUTEREDUCATION（大鹏培训）℡：15002572958第2页/共16页编辑：张德鹏次结构、微内核结构、垂直结构和虚拟机结构。(1)简单结构很多早期操作系统都没有清晰的整体结构，系统中的各个部分混杂在一起。这些操作系统往往是由很小的实验性的项目逐步演化而来的，因而宏观结构的特点就是没有结构。MS—DOS就是一个很好的例子，当时的设计目标是在比较有限的硬件资源上运行比较有限的应用程序，因而模块之间的相对独立性几乎被忽略。早期的UNIX因为受限于当时的硬件能力，也是采用非常简单的结构，该结构也很快成为UNIX发展的瓶颈。采用这种简单结构的操作系统还包括早期的PalmOS以及很多其他的嵌入式操作系统。(2)内核结构内核(kernel)是操作系统昀核心、昀基础的组件，因而内核结构往往对操作系统的外部特性以及应用领域有着一定程度的影响。尽管操作系统的高层特性与内核结构之闻的耦合有日趋缩小的趋势，但习惯上内核结构仍然是操作系统分类的常用标准。内核的结构可以分为单内核、微内核、超微内核以及外核等。单内核结构是操作系统中各核心部件混居的形态，该结构的历史昀长，是操作系统内核与外围分离时的昀初形态。单内核是一个很大的进程。它的内部又可以被分为若干模块（或者是层次或其它）。但是在运行的时候，它是一个独立的二进制大映象。其模块间的通讯是通过直接调用其它模块中的函数实现的，而不是消息传递。微内核结构是20世纪80年代产生的较新的内核结构，强调结构性部件与功能性部件的分离（92页）。20世纪末，基于微内核结构又发展出了超微内核与外核等多种结构。在微内核中，大部分内核都作为独立的进程在特权状态下运行，它们通过消息传递进行通讯。然而，在应用领域中，以单内核结构为基础的操作系统却一直占据着主导地位。例如，大部分UNIX、LINUX以及Windows几乎都采用单内核结构，而WindowsNT则是基于改良的微内核结构（92页）。还有一些嵌入式系统使用了外核结构。上面简单介绍了单机操作系统的功能和结构。单机操作系统只能为本地用户使用本机资源提供服务，不能满足开放的网络环境的要求。对于联网的计算机来说，它们的资源既有本机资源，同时也有网络资源。因此，这就需要网络操作系统了。4.1.2网络操作系统网络操作系统(NOS)是指能使网络上各个计算机方便而有效地共享资源，为用户提供所需的各种服务的操作系统。（92页）网络操作系统是建立在单机操作系统之上的一种操作系统，因此它提供了单机操作系统的功能外还应具有下列两个功能:1)提供高效可靠的网络通信能力2)提供各种网络服务功能(如:文件传输、远程打印、电子邮件)网络操作系统的基本任务:屏蔽本地资源与网络资源的差异性,为用户提供各种基本网络服务功能，完成网络共享系统资源的管理，并提供网络系统的安全性服务（92页）4.2网络操作系统的演变4.2.1早期的网络操作环境早在大型计算机时代，IBM公司、宝来公司(Burroughs)、优利公司(Unisys)就曾提供过各自完备的网络环境，例如，IBM依靠自己单一的产品，提出了系统网络体系结构(SystemsNetworkArchitecture，SNA)，提供了操作连接、共享应用程序和网络环境的各种工具，不过这些网络环境有许多“专用硬件”的限制。从目前发展情况来看，局域网产品可以分为共享介质局域网(SharedLAN)与交换式局域网(SwitchedLAN)两类。昀初发展的是共享介质局域网，它又包括以太网、令牌总线网、令牌环网与FDDI网，以及在此基础上发展起来的快速以太网、FDDIII等。后来出现了交换式局域网，它包括交换式以太网与ATMLAN，以及在此基础上发展起来的虚拟局域网。局域网产品类型与相互之间的关系如下图所示ROCCOMPUTEREDUCATION（大鹏培训）℡：15002572958网络操作系统作为网络用户和计算机网络之间的接口，是否针对不同的网络硬件都要有自己不同的网络操作系统呢?这个问题是网络操作系统发展过程中需要解决的问题之一。早期的NOS并不支持多平台，即不具有硬件独立的特征。但是，NOS本质上应该独立于具体的硬件平台，系统应该运行于各种硬件平台之上。例如，既可运行于Intel或AMD的硬件系统上，还可以运行于RISC精简指令集的硬件系统上，如Alpha、MIPS等系统上。当用户进行系统迁移时，可以直接将基于Intel系统的机器平移到RISC系列主机上，而不必修改NOS系统。为此Microsoft公司提出了硬件抽象层(HardwareAbstractLayer，HAL)的概念。HAL与具体的硬件平台无关，改变具体的硬件平台，无须做别的变动，只要改换其HAL，系统就可以完成平滑的转换。(94页)4.2.2网络操作系统的形成20世纪80年代，Novell公司、Banyan公司进入NOS市场。网络环境开始出现更大的自由度，人们开始抛弃有诸多限制的网络操作环境。于是具有简单文件服务和打印服务的NOS登上历史舞台，NOS的雏形网络特性开始出现，例如，Novell公司的NetWare一时走红，其令人称道的地方就是它的文件服务和打印管理。20世纪90年代中期，Artisofi公司和PerformanceTechnology公司推出可运行于多种类型服务器的客户端软件，NOS市场开始向集成网络环境的方向发展。不久，Novell公司、Banyan公司的简单文件与打印服务的NOS逐渐退出市场。人们对网络的需求是全方位的，从强大的文件与打印共享，到应用程序服务、Internet集成、企业域名服务、远程服务以及工作组协作。但当时还没有哪个系统能完全满足全方位的网络操作环境的需求。例如，当时的4种NOS的情况如下。①Novell的NetWare4．1是当时不同凡响的产品，它有高级文件与打印功能和强大的目录与名字服务。它的目录服务(DirectoryService)比WindowsNTServer的域名服务优越得多。但是，NetWare在运行网络数据库和消息发送方面不如WindowsNT。NetWare又不能在非Intel处理器上运行。如果需要获得多处理功能，还需要NetWareSMP4．1，而这又需要NetWareLoadableModule的运行，但是NLM方式又存在不稳定性，而且编程相当困难。②IBM公司的OS／2WarpServerAdvanced也是当时比较好的网络操作系统。除基本的文件与打印服务外，它还提供了LAN远程访问软件和实用程序，可进行系统管理、软件发布、软硬件检测和网络备份与恢复。但它也缺乏强大的目录服务。③Banyan公司的Vines6．0也是颇有特点的网络操作系统。它通过精心设计的StreeTalkⅢ提供了当时昀强大的目录服务功能。④Microsoft公司紧跟潮流、奋起直追。MicrosoftWindowsNTServer3．5l具有良好的文件与打印能力、优秀的应用程序服务以及可选的数据库、主机连接和管理应用程序，几乎提供了网络操作环境所需的一切功能。但是，令人遗憾的是，MicrosoftWindowsNTServer没有全局性的目录服务功能。它的命名服务基于域，每个域只能定义一个组织机构，不同的域可以链接，但与Novell公司的NetWare相比，或与Banyan公司的1Vines相比，它的链接设置和管理都过于复杂。另外，大家知道它推出了Windows95，使它成为一个通用的客户端软件，可连接6种不同的服务器操作系统，具有良好的可移植性和可集成性，这是网络操作系统必须具备的特征。鉴于那时的技术条件，当时的许多网络都混合使用多种网络操作系统。第3页/共16页编辑：张德鹏ROCCOMPUTEREDUCATION（大鹏培训）℡：150025729584.2.3当前的网络操作环境现在的网络操作系统都是NOS与Internet的综合技术。强大的文件与打印服务仍然是大多数NOS的标准服务。借助于Internet的门户网站Yahoo等，使组合的目录、内容服务更加简化。在应用服务器方面，Web浏览器是一个图形化的、与平台无关的客户端软件，它与HTTP服务器通信，HTTP服务器又与SQI。数据库服务器通信，使应用服务提高到新的水平。此外，现在NOS还包括多用户、多任务、多进程。在多进程系统中，为了避免两个进程并行处理所带来的问题，可以采用多线程的处理方式。线程相对于进程而言，需要较少的系统开销，其管理比进程易于进行。抢先式多任务(95页)就是操作系统不专门等待某一线程完成后，再将系统控