第6章网络操作系统

第6章网络操作系统2006-101计算机网络基础杜煜本章内容网络操作系统结构、分类、组成和服务网络系统的结构典型的网络操作系统服务器技术2006-102计算机网络基础杜煜6.1.1网络操作系统简介

单机操作系统作为计算机和用户之间的接口，为用户提供本机资源的手段；由一些程序模块组成，管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源；合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强、使用方便的工作环境；只为本地用户服务，不能满足网络环境的要求；2006-103计算机网络基础杜煜网络操作系统网络操作系统屏蔽本地资源与网络资源的差异；作为网络用户和计算机网络的接口；管理计算机的硬件和软件资源，如网卡、网络打印机、大容量外存等；为用户提供文件共享、打印共享等各种网络服务；完成网络的共享资源管理、网络的安全管理；网络操作系统的定义：“利用网络低层所提供的数据传输功能，为网络用户提供网络共享资源管理服务和其他网络服务功能的网络系统软件”；2006-104计算机网络基础杜煜6.1.2网络操作系统的结构和分类

集中模式以大型主机为中心对等网络资源共享模式客户机/服务器模式（Client/Server，C/S）浏览器/服务器模式（Browser/Server，B/S）2006-105计算机网络基础杜煜以大型主机为中心通过硬件连线把简单的终端接到主机上；所有用户的击键和光标位置传入主机，所有从主机返回的结果，显示在终端屏幕的特定位置；分时共享模式，所有的程序和数据都存储在大型的主机中（数据库、应用程序、通信程序），资源集中控制；利用主机的能力运行应用程序，利用无智能的终端来对应用进行控制；优点：数据存取管理方便、安全性好；缺点：系统投资大，维护费用高；2006-106计算机网络基础杜煜对等网络网络上的计算机平等地进行通信。每一台计算机都负责提供自己的资源（文件、目录、应用程序、打印机、调制解调器或传真卡等），供网络上的其他计算机使用。每一台计算机还负责维护自己资源的安全性。2006-107计算机网络基础杜煜资源共享模式背景：个人计算机飞速发展，用户计算机具有了有限的CPU和数据存储能力；PC机对数据处理的能力不够，促使了局域网的产生；局域网使PC机的资源得到了扩展（文件和打印服务）；主要特点：共享共同的应用、数据和打印机；所有的用户查询或命令处理都在工作站上完成；利用工作站的能力运行所有应用，用服务器的能力来作为外设的延伸，如硬盘、打印机等；2006-108计算机网络基础杜煜客户机/服务器模式在Client-Server模式，应用被分为前端（客户端）和后端（服务器端）；客户部分运行在微机或工作站上，而服务器部分可以运行在从微机到大型机等各种计算机上。2006-109计算机网络基础杜煜客户机/服务器模式的特点桌面上的智能，因为客户机负责处理用户界面，它要把用户的查询或命令变换成一个可被服务器理解的预定义语言，并把服务器返回的结果提交给用户。最优化地共享服务器资源，如CPU资源、数据存储能力。客户机可以请求服务器完成大型计算（如图像处理）或运行大型应用（如数据库管理系统）。优化网络利用率。因为客户机只把请求的内容传给服务器，服务器也只是返回最终结果，系统中没有必要传输整个数据文件的内容，从而减轻了网络负担。2006-1010计算机网络基础杜煜客户机/服务器模式的优点减少了网络的流量响应时间较短充分利用了客户机和服务器双方的能力数据的安全性和完整性2006-1011计算机网络基础杜煜中间件问题的提出编写跨平台、多协议、多编程语言的网络应用软件比较困难；若针对底层网络协议编写应用程序，会造成程序过多的依赖底层网络技术，而且很难集成新的网络服务；中间件在客户机与服务器之间增加一层软件，即中间件。利用中间件提供的高层应用程序接口，可以将底层网络协议与实现技术屏蔽，使用户集中编写应用软件。2006-1012计算机网络基础杜煜浏览器/服务器模式基于浏览器、WWW服务器和应用服务器的计算结构，称为浏览器/服务器（Browser/Server）的计算模式，简称B/S模式，该计算模式在20世纪90年代中期逐渐形成和发展。2006-1013计算机网络基础杜煜B/S模式应用系统的特点最主要的特点是与软、硬件平台无关性，浏览器、Web-server、Java、HTML以及数据库资源都可以做到与软、硬件平台无关。在B/S模式下，可以将应用逻辑和业务处理规则放置在服务器一侧，对于这样的结构，客户机可以做得尽可能的“瘦”，其功能可能只是体现在一个浏览器或是Java虚拟机。分散应用与集中管理系统易维护性2006-1014计算机网络基础杜煜6.1.3网络操作系统的服务服务程序文件服务文件共享FTP打印服务目录服务通信服务数据库服务网络管理服务Internet/Intranet服务2006-1015计算机网络基础杜煜6.1.4网络操作系统的主要特征硬件无关性支持各种类型的网络支持不同类型的客户端网络目录服务多用户多任务支持具有网络管理功能网络安全控制系统容错能力2006-1016计算机网络基础杜煜6.1.5常见的网络操作系统早期的网络操作系统具有简单的文件服务和某些安全性特性。随着用户要求的增加，现代网络操作系统提供了更为广泛的服务。目前，常用的网络操作系统有：Microsoft的WindowsServer2000、2003、2008、2012Novell公司的NetWareUNIXBSDUnix、SystemVrelease4Linux微机上的Unix，开放源代码RedHatLinux、DebianLinux、SuseLinux2006-1017计算机网络基础杜煜Windows2003产品系列StandardEdition（标准版）EnterpriseEdition（企业版）2003DatacenterEdition（数据中心版）2003WebEdition（Web版）2006-1018计算机网络基础杜煜UNIX操作系统的结构UNIX内核UNIX内核的功能是完成底层与硬件相关的功能，控制着计算机的资源，并且将这些资源分配给正在计算机上运行的应用程序。ShellShell的作用是解释来自用户和应用的命令，使计算机资源的管理更加容易和高效。Shell程序与用户进行交互，使用户能够运行程序、拷贝文件、登录或退出系统以及完成一些其它的任务。Shell程序可以显示简单的命令行提示光标，或者显示一个有图标与窗口的图形用户界面（X-Windows）。Shell程序与在UNIX上运行的应用程序一起利用内核提供的服务，对文件与外围设备进行管理。实用程序与应用实用程序处于Shell的外层，提供了大部分的可执行程序，而用户的应用程序在实用程序之上。实用程序大多是为了帮助操作系统执行作业以及帮助程序员开发软件。由于UNIX具有很多的实用程序，使UNIX实际上成为和硬件独立的操作系统，适用于开发范围甚广的各种应用。2006-1019计算机网络基础杜煜关于Linux操作系统UNIX操作系统一个很大的缺点就是UNIX价格昂贵Linux是一个自由软件，它对各厂家的UNIX造成了巨大的冲击。Linux是一套免费使用和自由传播的类UNIX操作系统，它主要用于基于Intelx86系列CPU的计算机上。2006-1020计算机网络基础杜煜服务器技术多处理器技术总线能力内存磁盘接口技术容错技术磁盘阵列技术热插拨技术双机热备份服务器状态监视2006-1021计算机网络基础杜煜多处理器技术中央处理器（CPU）是决定服务器性能好坏的重要因素之一。虽然服务器对其他组件的性能要求也很高，但处理器对于决定服务器的性能仍然是很重要的。服务器可以使用一个处理器或多个处理器运行多处理器技术的类型非对称多处理器AMP；对称多处理器SMP；对多处理器的选择根据使用的网络操作系统；根据服务器所完成的功能；CPU的种类Intel、AMD等多核CPU技术2006-1022计算机网络基础杜煜6.4.2总线服务器需要内部的高速总线来完成各种任务。总线是计算机系统中的数据传送的“主干线路”，CPU、内存和其他的设备组件都连接到总线上。在某一时刻，服务器可能将大量的数据从磁盘传送到网卡、处理器、系统内存，并在处理完数据后将其传送回磁盘。2006-1023计算机网络基础杜煜内存内存按校验处理分为非奇偶校验RAM奇偶校验RAM带有错误检查和更正（ECC）的RAM内存产品分类EDOSDRAMDDRDDR2DDR32006-1024计算机网络基础杜煜磁盘接口技术IDE（IntegratedDriveElectronics）SCSI（SmallComputerSystemsInterface）FibreChannelSATA（SerialATA）SAS（SerialAttachedSCSI）2006-1025计算机网络基础杜煜容错技术容错是指在硬件或软件出现故障时，仍能完成处理和运算，不降低系统性能，即用冗余的资源使计算机具有容忍故障的能力，容错技术可分为：软件容错采用多处理器和具有容错功能的操作系统来实现容错。硬件容错由于硬件成本不断下降，而软件成本不断升高，因此硬件容错技术的应用越来越普遍。硬件容错系统应具有的特性为：使用双总线体系结构，确保系统的某一部分发生故障时仍能运行，不降低系统性能；冗余CPU、内存、通信子系统、磁盘、电源等，确保这些关键部件的可靠性；自动故障检测，以及故障部件的隔离和更换。2006-1026计算机网络基础杜煜磁盘阵列技术磁盘阵列（DiskArray）是由一个硬盘控制器来控制多个硬盘的相互连接，使多个硬盘的读写同步，以减少错误，提高效率和可靠性的技术。RAID（RedundantArrayofInexpensiveDisks）表示的是廉价磁盘冗余阵列，是磁盘阵列技术标准，RAID采用冗余的硬盘来对信息进行冗余保存，从而提高磁盘系统的可靠性。如果某个硬盘发生故障，则可以通过保存在其他硬盘上的冗余信息恢复故障硬盘的信息。2006-1027计算机网络基础杜煜RAID技术RAID0RAID0采用数据分割技术，将所有硬盘构成一个磁盘阵列，可以同时对多个硬盘进行读写操作；RAID0阵列将数据分成多个数据块，并将数据分块分布在两个或更多的硬盘上。RAID0阵列中的一个驱动器出错将会导致所有硬盘上的数据全部丢失，因此可靠性最差。2006-1028计算机网络基础杜煜RAID技术RAID1RAID1不采用将数据分块存储在多个硬盘上的方法，而是采用磁盘镜像技术。使用两个硬盘，并且将一个硬盘的内容同步复制到另一个硬盘上。如果其中一个硬盘出现故障，另一个硬盘将继续正常工作。RAID1的可靠性较高，但硬盘的使用效率较低。2006-1029计算机网络基础杜煜RAID技术RAID3RAID3采用数据交错存储技术。RAID3在多个数据磁盘上分块分布数据，然后对各个数据磁盘上存储的所有数据使用异或操作，以产生一个校验数据（ECC数据），并将这个数据存储到一个校验硬盘（ECC硬盘）。如果其中一个存储数据的硬盘发生故障，导致数据出错或丢失，那么RAID3先读出其余硬盘上的数据，再读出ECC硬盘上的校验数据，就可以恢复出错或丢失的数据。2006-1030计算机网络基础杜煜RAID技术RAID5RAID5同样采用数据交错存储技术，数据分块存储，RAID5将校验数据存放在所有的硬盘中。RAID5的优点是不必依赖一个ECC驱动器来进行所有写操作，所有硬盘都共享ECC工作，因此RAlD5的性能要比RAID3稍高一些，如果任何一个硬盘出现故障，可以将其替换，且数据也能够恢复。2006-1031计算机网络基础杜煜服务器集群技术服务器镜像技术通过软件或磁盘镜像卡（RAID1卡）将两台服务器的硬盘做镜像。其中，一台服务器被指定为主服务器，另一台为从服务器。集群技术