Chapter 0 网络操作系统概述

Chapter0网络操作系统概述软件学院:梁宇

教授

电话件:yuliang@1课程简介

本课程为软件学院网络工程、软件工程、数字媒体技术等专业的选修课，学分数2，周学时2，总学时为36，本课程内容主要包括网络操作系统内核分析、系统管理和网络服务管理等三部分。通过对教学内容形象直观的介绍，对技术内容细节做充分的讲解和演示，使学生能完全掌握网络操作系统的架构、基本概念，理解网络操作系统的工作原理以及实际应用方法。在课程中，我们将以Linux作为学习网络操作系统的蓝本，介绍其安装配置、文件系统管理、用户和组管理、常用设备及管理、进程管理、系统内核管理、系统备份管理、Linux网络基础、域名服务、FTP服务、数据库服务、WWW服务、Samba服务、DNS服务、防火墙等各种网络服务功能。2为什么要学习网络操作系统--Linux1、专业培养计划要求，完善网络专业知识结构。2、能快速提升专业技术水平，也能体现专业水平。3、应用广泛，从嵌入式系统到大型机都在采用Linux作为操作系统，服务器领域则占大部分份额。4、研究和开发平台，进一步学习嵌入式系统、物联网、移动计算、大数据与云计算等技术的基础。5、国家政策支持，政府、金融系统、军队等重要部门的信息系统要做到自主、可控。6、工作机会，掌握Linux及相关技术的学生就业范围广，质量高，能拿到高薪。3如何学习网络操作系统--Linux1、选修Linux专业课程，选择一本好的参考教材。2、积极参加Linux实验，自主完成实验项目。3、创造一个学习Linux的环境，在自己的PC上安装Linux系统。4、学习和习惯Linux的操作方式，多采用终端+命令行的工作方式。5、通过学习Linux，深入理解TCP/IP协议、数据结构、掌握操作系统工作原理。6、学习Linux系统架构、设备驱动程序开发、内核编译和开发，C/S网络应用软件开发架构。45

整个教学过程由课堂教学、实验、作业等环节组成。平时成绩（作业、考勤）、实验成绩、期中成绩与期末成绩共同组成课程期末总成绩。

教学方法和教学形式建议61、张金石主编.《网络操作系统-Linux配置与管理》[M].北京：人民邮电出版社，2012年（教材）2、络耀祖编写.《Linux操作系统分析教程》[M].北京：清华大学出版社，2004年5月（教材）教材及参考书一、网络操作系统介绍

操作系统概念简称OS，是管理系统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，合理组织计算机工作流程，为用户使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。计算机系统层次结构：OS为用户应用程序提供方便统一的调用接口；OS负责系统资源的管理。网络操作系统介绍

操作系统功能处理器管理存储管理存储分配存储共享地址转换与存储保护存储扩充设备管理文件管理网络与通信管理用户接口一、网络操作系统介绍

操作系统类型桌面操作系统网络操作系统具有通常操作系统的功能提供高效、可靠的网络通信能力提供多种网络服务功能分布式操作系统嵌入式操作系统二、网络操作系统概念网络系统是由硬件和软件两部分组成。如果计算机在物理上连接到一个局域网中，但没有安装网络操作系统，则无法提供任何网络服务功能。网络操作系统(NetworkOperatingSystem)是指能使网络上各个计算机方便而有效地共享网络资源，为用户提供所需的各种网络服务的操作系统软件。网络操作系统是为了管理网络中的软、硬件资源，在网络上实现资源共享、用户通信以及方便用户使用网络，是与网络系统之间的接口。10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。11网络操作系统的概念

网络操作系统在分布式计算中的作用：

统一的全网存取方法；全网范围的文件系统；全网范围的文件传送；全网范围的资源管理，网络可靠性、安全性、保密性；网络性能、网络计费等功能。

没有网络操作系统，单个计算机就无法提供共享资源，其他的计算机也无法使用这些资源。

网络操作系统(NOS)决定了网络性能，是构成客户/服务器（C/S）模式的基石。121、网络操作系统的发展历程

网络操作系统分为两类：面向任务型通用型通用型也可以分为两类：变形系统基础级系统经历了从对等结构向非对等结构演变的过程，其演变过程如右图。132、网络操作系统的结构对等网络操作系统：早期的网络操作系统都是对等结构，采用对等结构系统的网络中，所有的连网结点地位平等，安装在每个连网结点的操作系统软件都相同，连网计算机的资源在原则上也都是可以相互共享的。网络中的每台计算机都以前后台方式工作，前台为本地用户提供服务，后台为其他结点的网络用户提供服务。网络中的任何两个结点之间都可以直接实现通信。141）对等网络操作系统15网络操作系统的结构非对等网络操作系统：将网络中的结点分为工作站和服务器两类。服务器通常采用高配置和高性能的计算机，以集中方式管理网络中的共享资源，并为工作站提供各种服务。工作站一般是配置比较低的计算机，主要用于为本地用户访问本地和网络资源提供服务。162）非对等网络操作系统的网络结构173、网络操作系统提供的服务功能分类：

文件服务（fileservice）打印服务（printservice）数据库服务（databaseservice）通信服务（communicationservice）信息服务（messageservice）分布式服务（distributedservice）网络管理服务（networkmanagementservice）Internet/Intranet服务（Internet/Intranetservice）184、计算机网络操作系统的工作模式：专用服务器模式客户机/服务器模式（C/S）浏览器/服务器模式（B/S）对等模式（P2P）19评价一个网络操作系统（NOS）可从下列几个方面来考虑：

硬件独立性

支持多处理器能力

有互连能力

安全存取控制

网络管理

用户界面20三、网络操作系统概述

网络操作系统体系结构内核组织方式：单内核与微内核单内核（monolithickernel）微内核（microkernel）网络操作系统概述网络操作系统体系结构

层次式体系结构功能明确，调用关系清晰（即高层对低层单向依赖），保证设计和实现的正确性各层可分别实现，且便于扩充高层错误不会影响到低层效率低，层次之间的调用开销大，系统内核比较大网络操作系统概述网络操作系统体系结构

与客户/服务器模式结合的微内核体系结构微内核体系结构的实现基本的设计思想是将操作系统中与硬件直接相关的部分抽取出来作为一个公共层，称之为硬件抽象层（HAL）网络操作系统概述网络操作系统体系结构

与客户/服务器模式结合的微内核体系结构与客户/服务器模式结合将操作系统分成两大部分，一部分是运行在用户模式并以客户/服务器方式运行的进程；另一部分是运行在内核模式的内核（即操作系统最基本部分）网络操作系统概述网络操作系统体系结构

与客户/服务器模式结合的微内核体系结构微内核体系结构的特点•灵活性和可扩展性•可靠性高•可移植性•支持分布式系统和网络系统•现代微内核结构操作系统还存在着许多问题，目前主要用于研究性操作系统网络操作系统的特性(1)客户/服务器模式客户/服务器（Client/Server）模式是近年来流行的应用模式，它把应用划分为客户端和服务器端，客户端把服务请求提交给服务器，服务器负责处理请求，并把处理的结果返回至客户端。32/64位操作系统采用32/64位内核进行系统调度和内存管理，支持32/64位设备驱动，使得操作系统和设备间的通信更为迅速。抢先式多任务网络操作系统一般采用微内核类结构设计，微内核始终保持对系统的控制，并给应用程序分配时间段使其运行，在指定的时间结束时，微内核抢先运行进程并将控制移交给下一个进程26网络操作系统的特性(2)支持多种文件系统有些网络操作系统还支持多文件系统，以实现对系统升级的平滑过度和良好的兼容性。高可靠性网络操作系统是运行在网络核心设备（如服务器）上的指挥管理网络的软件，它必须具有高可靠性，保证系统可以365天x24小时不间断工作，并提供完整的服务。安全性为了保证系统、系统资源的安全性、可用性，网络操作系统往往集成用户权限管理、资源管理等功能，定义各种用户对某个资源存取权限，且使用用户标识SID唯一区别用户。容错性网络操作系统应能提供多级系统容错能力，包括日志式的容错特征列表、可恢复文件系统、磁盘镜像、磁盘扇区备用以及对不间断电源（UPS）的支持。27网络操作系统的特性(3)开放性网络操作系统必须支持标准化的通信协议（如TCP/IP、NetBEUI等）和应用协议（如HTTP、SMTP、SNMP等），支持与多种客户端操作系统平台的连接。可移植性网络操作系统一般都支持广泛的硬件产品，往往还支持多处理机技术。这样使得系统就有了很好的伸缩性。网络服务支持网络操作系统都集成了许多标准化应用，例如Web服务、FTP服务、网络管理服务等等的支持，甚至E-mail（如Linux的Sendmail）也集成在操作系统中。用户界面提供用户丰富的界面功能，具有多种网络控制方式。28网络操作系统的功能(1)网络操作系统功能通常包括：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件系统管理以及为了方便用户使用操作系统向用户提供的用户接口，网络环境下的通信、网络资源管理、网络应用等特定功能。此外还有：1.网络通信这是网络最基本的功能，其任务是在源主机和目标主机之间，实现无差错的数据传输。2.资源管理对网络中的共享资源（硬件和软件）实施有效的管理、协调诸用户对共享资源的使用、保证数据的安全性和一致性。29网络操作系统的功能(2)3.网络服务

电子邮件服务文件传输存取和管理服务共享硬盘服务共享打印服务4.网络管理

网络管理最主要的任务是安全管理，一般这是通过“存取控制”来确保存取数据的安全性；以及通过“容错技术”来保证系统故障时数据的安全性。5.互操作能力

所谓互操作，在客户/服务器模式的LAN环境下，是指连接在服务器上的多种操作系统客户机和主机，不仅能与服务器通信，而且还能以透明的方式访问服务器上的文件系统。30NOS管理的共享资源包括:

大容量存储设备：硬盘、磁带．光盘（文件服务器）

输出设奋：打印机、绘图仪、屏幕显示器（输出服务器）

通讯设备：Modem和FAX（通讯服务器）31四、网络操作系统的分类UnixLinux（类Unix）Windows

Server2000

/Server2003

/Server

2008Netware

以推出的时间来说，UNIX为最早，Netware为第二，Linux第三，WindowsServer最晚。321、UNIX的起源和发展20世纪60年代是大型计算机的发展年代，当时的大部分计算机采用的都是批处理(BatchProcessing)方式。在1969年，AT&T贝尔实验室的加州伯克利大学电子工程硕士KenThompson和哈佛大学应用数学博士DennisRichie出于个人爱好，在一台被遗弃的DECPDP-7计算机上开发了一种多任务、多用户的操作系统。早期的UNIX使用汇编语言编写，第三个版本采用C语言进行重新设计。通过重写，UNIX得以移植到更为强大的DECPDP-11/45和11/70计算机上运行。贝尔实验室将UNIX源码提供给学校和研究机构，从而成为操作系统的主流，IBM、Sun、HP等主要的计算机厂商都拥有各自版本的UNIX。33KenThompson和DennisRitchie342、Unix的构成UNIX可分为两大部分：操作系统内核和核外程序。内核部分又由两个主要部分组成：文件子系统和进程控制子系统。文件子系统对文件进行管理，并提供高速缓冲机制。进程子系统负责进程的创建、撤销、同步、通信、进程调度以及存储管理。核外程序则由用户程序和系统提供的服务组成。35UNIX操作系统的层次性体系结构

UNIX操作系统的发展UNIX原本是针对小型机主机环境开发的操作系统PC的迅速发展和功能不断增强导致UNIX的PC版本的开发UNIX版本多，大多要与硬件相配套代表产品包括HP-UX、IBMAIX、SUNSolaris等3、UNIX操作系统版本1969~1970美国的电报电话公司（AT&T）Bell实验室首先在DEC公司PDP-7机器上实现了UNIX系统。

1973年Ritchie又用C语言对UNIX进行了重写。1976年正式公开发表了UNIXV.6版本，并开始向美国各大学及研究机构颁发了UNIX的许可证，并提供了源代码。1978年发表了UNIXV.7版本，它是在PDP-11/70上运行的。84、87年分别发布了UNIXSVR2和UNIXSVR3;89年宣布了UNIXSVR4。目前使用较多的是在1992年发表的UNIXSVR4.2版本。

UNIX系统从一个非常简单的操作系统发展成为性能先进、功能强大、使用广泛的操作系统，并成为事实上的多用户、多任务网络操作系统的标准。374、UNIX的标准化虽然UNIX的移植性很好，但到了20世纪90年代的时候，UNIX的版本就已经多达100多

个，业界对UNIX的标准化要求越来越迫切。UNIX用户协会于1984年颁布了试用标准，其后，UNIX标准制订工作由IEEE接收和继承，它制订了POSIX标准。而此时的计算机厂家在UNIX标准上则分裂成两个阵营：一个是“UNIX国际”，以AT&T和Sun为首；另一个是“开放系统基金会(OSF)”，以IBM、HP和DEC为首。这一方面促进了UNIX技术的发展，另一方面则引起用户的困惑，不利于UNIX市场的健康发展。38UNIX的标准化1993年3月，两大阵营终于走到一起，成立了“公共开放软件环境”组织，即COSE，以实现UNIX系统的统一。1993年10月，Novell公司把从AT&T购买到的UNIX商标权无偿地移交给“开放系统标准化组织”。这样一来，UNIX商标就不再受某一个厂商的控制，而由国际组织管理。1995年，关于UNIX的两个重要标准正式颁布：CDE(规定了UNIX的图形界面)和UNIX95(规定了UNIX的应用程序界面)，这为UNIX的标准化打下了基础。395、UNIX主流版本1、SunSolarisSolaris运行在使用Sun公司的RISC芯片工作站和服务器上，这使得整个软硬件系统的可靠性和性能都大大增强2.OpenServer和UNIXWareSCO(SantaCruzOperation)公司的Unix产品分为OpenServer和UNIXWare两大系列。3.IBMAIX AIX运行在使用IBM公司的RISC芯片PowerPC服务器上。4.HPUX

运行于Intel和HP研究生产的安腾64位服务器上。406、UNIX的主要特性

UNIX是为多用户环境设计的，即所谓的多用户操作系统，并且具有内建的TCP/IP网络支持。UNIX具有良好的稳定性、健壮性、安全性等优秀的特性。UNIX主要特性：

1．模块化的系统设计

2．逻辑化文件系统

3．开放式系统

4．UNIX优秀的网络功能

5．优秀的安全性

6．可以在任何层次的计算机上使用41五、Linux操作系统Linux是一套在GNU公共许可权限下免费获得的自由软件从技术上说，Linux是一个单内核操作系统将Linux内核、源码以及相关应用软件集成为完整的操作系统1991年10月正式宣布Linux内核系统的诞生1994年Linux第一个正式版本1.0发布Linux版本有RedHat、Slackware、Debian、SuSE、UbuntuLinux操作系统的体系结构1、Linux的特点Linux具有如下的特点：（1）完全遵循POSIX标准，并扩展支持所有AT&T和BSDUnix特性的网络操作系统。（2）真正的多任务、多用户系统，内置网络支持，能与NetWare、WindowsNT、OS/2、Unix等无缝连接。（3）可运行于多种硬件体系平台。（4）对硬件要求较低。（5）有广泛的应用程序支持。（6）设备独立性。（7）安全性。（8）良好的可移植性。（9）具有庞大且素质较高的用户群。43六、NetWare局域网操作系统

1983年，伴随着Novell公司的面世，NetWare局域网操作系统出现了。其NetWare3.12、4.11两个版本得以广泛使用，98年发布了NetWare5版本，Novell正准备发布NetWare6。NetWare能够提供“共享文件存取”和“网络打印”功能,使多台PC可以通过局域网同文件服务器联接起来，共享大硬盘和打印机。44NetWare(1)Novell

1983年推出第一个NetWare。Novell的NDS目录服务及后来的基于Internet的e-Directory目录服务是NetWare中最有特色的功能。45NetWare(2)NetWare6的特性：（1）简化对所有资源的访问和管理。（2）可以确保企业全部数码资产的完整性和可用性。（3）支持以实时方式，从中心位置，迅速而方便的进行关键性商业信息的备份与恢复。（4）支持企业网络的高可扩展性。（5）包括iFolder功能（6）包含有开放标准及文件协议（7）使用了被称为IPP的开放标准协议，具有通过互联网安全完成文件打印工作的能力。46七、WindowsServerNT/2000/2003/2008/2012WindowsNT被设计成一种具有鲁棒性和可靠性的操作系统，这种系统可以很容易的得到维护和扩展，可以随着系统的升级利用新的技术。同时，其操作图形界面友好，与其桌面操作系统一致，容易被用户接受。WindowsNT是Microsoft公司推出的网络操作系统。微软最早推出的NT版本是WindowsNT3.11994年正式推出了WindowsNT3.51版本。1996年，微软公司正式推出了WindowsNT4.0版本。2000年微软公司推出Windows2000服务器版。2003年微软公司推出WindowsServer20032008年3月微软公司推出WindowsServer200847WindowNT/2003/2008ServerWindowsNTServer的设计目标主要是针对网络中的服务器而使用的网络操作系统。Windows2000是WindowsNT的升级版本，包括后来的Windows20032008Servrer。

功能主要包括：

文件及文件管理系统具有优先级的多任务/多线程环境支持对称的多处理器（SMP）系统拥有兼容于分布计算的环境

统一的图形窗口界面和操作方法易用性和兼容性48八、多供应商环境中的网络操作系统选择

我们已经介绍了NovellNetware、微软的网络操作系统Windows

2008/2012Server、Unix和Linux系统。

通常，网络操作系统集成了不同供应商生产的硬件和软件产品。

本节中，将介绍实现异构网络的要点。491、多供应商环境 为了使网络在由不同类型组成的计算机环境下能够正常运行，服务器操作系统、客户机的操作系统和网络文件系统必须全部兼容。在多供应商环境下，应该找到一种通用的方法来实现所有计算机的相互通信。

50WindowsNTServer支持来自不同供应商的客户机

2：服务器的互操作性

实现客户机和服务器通信的第二种方式是将通信服务安装在服务器上，这个将AppleMacintosh连接到WindowsNT网络环境中的方法。微软提供ServicesforMacintosh,这个软件允许基于WindowsNTServer的服务器与苹果客户机之间的通信51安装ServiceforMacintosh的WindowsNTServer

3、多供应商选项●微软●Novell●其他●Unix●Linux

图给出了多供应商环境下的三种网络操作系统。每家供应商都提供实用程序来实现： ●使它的操作系统可以与其他两家供应商的服务器相互通信 ●帮助它的服务器识别其他两家供应商的客户机5253典型校园网络拓扑图

54本章的主要内容：●计算机网络操作系统的发展、功能、特点和分类，介绍了流行网络操作系统的发展及特性。●网络操作系统可以是计算机操作系统的一部分，也可以是运行于计算机操作系统之上的单独应用程序●Windows网络操作系统是将计算机操作系统和网络操作系统集成于一个操作系统的例子。●通过多任务方式，同一时间计算机可以运行多个任务。●服务器软件NO