《网络操作系统》PPT课件.ppt

1、网络操作系统,清华大学自动化系 程朋 2002.4.16,网络操作系统,网络操作系统概述 Unix / Linux操作系统 Windows操作系统 网络操作系统的分类比较 网络操作系统选型 Client/Server计算 中间件 分布式操作系统,1 网络操作系统概述,基本概念 一组计算机通过互连媒介组成了计算机网络，在此基础上运行的操作系统是网络用户的计算机网络之间的接口，网络用户通过网络操作系统请求网络服务，配备了网络操作系统的用户能够方便的实现用户通信和资源共享，并能提高网络资源的利用率和网络的吞吐量。,网络操作系统的功能,资源管理 对网络中共享资源进行管理，如硬盘、打印机、文件和数据等。

2、 网络通信 在源主机和目的主机之间建立一条暂时性的通信链路，在数据传递期间进行必要的控制，如数据检验纠错、数据流量控制及传输路由选择等。 网络服务 Email服务、文件传输、存取和管理服务、共享硬盘服务、共享打印服务等。,网络操作系统的功能（续）,网络管理 安全管理（存取权限控制、网络容错技术），网络性能监视、统计。 互操作能力 不同网络主机之间能够以透明的方式访问对方的文件系统,网络操作系统的工作模式（1）,对等模式（Peer-to-Peer） 对等式网络不需要专用服务器，每一台工作站都能充当网络服务的请求者和提供者，都有绝对自主权，也可以互相交换文件。这种类型的网络软件被设计成每一个实体都

3、能完成相同或相似的功能。,网络操作系统的工作模式（1）,优点 使用容易，且工作站上资源可直接共享 容易安装与维护 价格比较便宜 不需专用服务器 缺点 数据的保密性差 文件管理分散,文件服务器模式(File ServerBased) 网络以服务器为中心，由服务器提供共享的硬盘和控制一些资源的共享。数据的共享以文件形式通过对对文件的加锁、解锁来实施控制。严格地定义了每一个实体的工作角色，网络上的工作站无法在彼此间直接进行文件传输，需通过服务器作为媒介，所有的文件读取，消息传送等也都在服务器的掌握之中。,网络操作系统的工作模式（2）,优点： 对数据的保密性非常严格，可以按照不同的需要而给予使用者相应

4、的权限 文件的安全管理较好 可靠性好 缺点： 多个使用者在同一时间内都要获得应用程序或数据时，效率可能降低。 工作站上的资源不能直接共享 安装与维护比对等式网络困难 服务器的运算功能没有发挥,网络操作系统的工作模式（2）,主从模式(Client/Server) Client/Server是指将需要处理的工作分配给Client端和Server端处理，所谓的Client和Server并没有一定的界限，这取决于运行什么软件。Client是提出服务请求的一方，而Server是提供服务的一方。在主从式结构中服务端所提供的功能不仅是文件、数据库服务，还有计算、通信等能力。工作时不只是工作站端点负担沉重的运

5、算方式，而是改由Client和Server各自负担一部分计算或通信的功能，这种结构是当前最优的结构之一。,网络操作系统的工作模式（3）,网络操作系统的工作模式（3）,优点 有效使用资源，增进生产力 成本降低 提高了可靠性 缩短响应时间 缺点 管理较为困难 开发环境较为困难,2 Unix / Linux,Unix的发展历史 1969，Bell Labs的Ken Thompson和Denis Ritchie V1 1978，V7，3BSD 1979，4BSD，TCP/IP 1982，SystemIII 1983，SystemV,4.2BSD 1984,SVR2 1987,SVR3 1989,SVR

6、4 1992，Unix版权案 1993，4.4BSD,Unix V1 Bell Labs,Unix V6,Unix V7,Xenix,System III,SystemVR3,SystemVR4,FreeBSD,NetBSD,Linux2.x,Solaris2.x,UnixWare,HP/UX 11,AIX5L,1BSD,4.1BSD,4.2BSD,4.3BSD,4.4BSD,Minix,Linux0.1,AIX,SunOS,1969,1978,1979,1982,1987,1989,1992,Unix的特点,短小精干 简洁有效 Shell命令语言、多级树型文件系统、外围设备 易移植 C语言

7、可扩充 开放性 OSF/1、POSIX.1、GNU,UNIX的进程状态和状态转换,UNIX System V的进程状态转换,UNIX系统进程调度 切换调度策略：动态优先权算法 优先数计算 切换调度的时机和调度程序swtch,进程与线程,进程的特征：资源拥有单位；调度单位；两者相独立 多线程OS支持在单个进程中并发执行多个线程，进程是保护单位和资源分配单位，线程是调度和分派的单位 单线程OS：MS-DOS, UNIX 多线程OS：WindowNT/2000, OS/2, Solaris, Mach 线程的优点： 提高OS性能，创建和终止线程的时间远小于创建和终止进程的时间 增强不同执行程序之间的

8、通信效率，同一进程中的线程之间通信不需要调用核心,Linux进程管理,Linux进程调度器(Scheduler) Linux进程结构 进程控制块数据结构task_struct（状态、调度信息、标识符、进程通信机制、链接、时间和计数器、文件系统、虚拟存储器、进程运行环境） 使用用户标识uid和组标识gid来判定进程的权限 Linux进程调度 基于优先级的时间片轮转法的等抢先式的调度算法 两类进程：普通进程和实时进程 task_struct结构中包含信息：策略、优先级、实时优先级、计数器 选择进程和交换进程：实时进程总是优先考虑,Linux进程管理（续）,对SMP的支持 通过scheduler很好

9、地保持各CPU的工作负载平衡 在task_struct 结构中记录上次运行的处理器号last_processor和现运行处理器号processor 进程每次可在不同CPU上运行；用process_task阻止一个进程同时在多个CPU上运行；鼓励在相同的CPU上运行同一进程 Linux的线程 支持内核空间的多线程，实现机制优于其他OS 将线程定义为执行上下文，即它只是进程的另一个执行上下文而已 内核只需一个进程/线程数组来区分进程，调度程序仍是进程的调度程序,微内核,概念：提供模块化扩展基础的一个小型的操作系统内核 不同开发团队对微内核的认识不同 多小的一个内核才能称之为微内核？ 如何实际设备驱

10、动程序以得到对硬件功能抽象的最佳性能？ 非内核操作在用户空间还是在内核空间运行？ 是否留用现存的子系统代码还是完全重新编写？,微内核（续）,微内核体系结构,微内核（续2）,微内核的优点 单一接口、可扩展、灵活、可移植、分布式系统支持、OOOS 性能 消息的生成、发送以及接受响应要比简单服务调用费时 增大微内核 减小微内核,第5代：300K, 140个调用 第2代：14K， 7个调用,UNIX与计算机通信,检查计算机连接情况 ping 将ICMP协议的ECHO_REQUEST数据报分组发送到指定主机或网关，以获得ICMP ECHO_RESPONSE。 获取远程用户信息 显示谁在本机登录rwho,

11、 显示远程用户信息finger,用户名目录服务whois 用户间通话 write, wall, talk 电子邮件系统mail 远程登录和执行 rlogin（基于UNIX系统）, telnet，远程Shell rsh 远程文件拷贝和传输 远程文件拷贝rcp, ftp, 文档浏览和检索 gopher, WAIS(WideArea Information Server) WWW和浏览器 lynx, Mosaic, Netscape,UNIX系统网络管理,配置TCP/IP /etc/hosts, /etc/networks, /etc/protocols, /etc/services/ 网络服务监控

12、进程 daemon 超级服务器inetd在启动时开始执行，同时监听所有的连接请求。当远程机请求某种服务时，由inetd派生一个相应的服务进程处理。 /etc/inetd.conf 域名服务系统配置 /etc/hosts, /etc/resolv.conf, /etc/named.boot, /etc/nsswitch.conf, 网络文件系统NFS 电子邮件系统 mail, sendmail WWW服务器的配置Apache服务器 WWW服务、虚拟主机服务、代理服务器,3 WindowsNT,可扩充性在产品生命周期内必须保证NT操作系统对新出现技术和新需求及时适应和调整 可移植性以尽可能少的改动

13、便可移植到一个具有不同处理器或不同配置的计算机上 可靠性本身应该是稳健的（robust），对意外合硬件故障能按预定方式处理，应主动保护自身计用户免遭破坏 兼容性具备执行为其他操作系统（包括本系统早期版本）编写程序的能力，包括利用仿真程序进行机器指令集合转换的二进制兼容和POSIX基础上的代码级兼容 系统性能操作系统本身的代码必须快速高效，给用户良好的相应时间,WindowsNT的系统模型,WindowsNT的系统模型,客户/服务器模型(Client/Server) 用户模式下OS代码作为Server 核心模式下OS代码在Client和Server之间进行协调和调度 对象模型（Object Mo

14、del） 对所有系统资源采用同样的访问控制和安全保护方法，简化OS实现，提高源代码可读性和可维护性 对称多处理模型（SMP） OS可在任一CPU上运行，当高优先级需要时可抢占除内核外所有OS代码 多线程可在多个CPU上同时运行,WindowsNT的结构,WindowsNT进程与线程的管理,进程与线程之间的关系 线程是基本调度单位 内核调度程序采用可抢占的动态优先级调度算法 32个优先级，1631是实时优先级,Windows98,Windows98特征 可靠性与性能 多媒体支持多显卡、USB 文件系统FAT32 网络功能远程接入服务器RAS，PC卡支持、集成Internet、拨号网络 系统升级

15、系统结构 系统虚拟机 共享地址空间 应用程序接口 Windows子系统 MS-DOS虚拟机 基本系统 windows98的多任务和调度技术并行和抢先,Windows98（续）,WindowsNT网络协议体系与模型,4 网络操作系统的分类比较,几种主流操作系统的相似之处 Netware、Windows NT、UNIX、Linux 1、协调用户，对系统资源进行合理分配和调度。 2、提供网络通信服务。 3、控制用户访问。可对用户的访问权限进行设置，保证系统的安全性和提供可靠的保密方式。 4、管理文件。在网络系统中，各种文件可达上万个，通常它们存放在系统中的一个专用设备里。快速、准确、安全可靠地对文件

16、进行管理是非常重要的。 5、系统管理。跟踪网络活动，建立和修改网络的服务，管理网络的应用环境。 6、多用户、多任务的操作系统。,易用性比较,NovelL公司开发的用于文件和打印共享的局域网操作系统。对系统的要求较低，一度成为网络操作系统的主流。不采用图形界面，需要管理员熟练掌握一些命令，并且其网络服务的实现和配置也需要管理员掌握一定的网络知识。 采用人们熟悉的图形用户界面，其安装、使用和管理都比较简单，工作人员经过简短的培训即可掌握基本操作。它内置IIS，可以很容易地实现WWW、FTP、Gopher等网络服务。在一般的工作组局域网中被广泛地使用。,Netware WindowsNT,各大公司针

17、对自己的服务器产品开发了各自的UNIX版本，AIX、HP-UX、Solaris以及IRIX等。安装（包括系统、应用程序以及网络服务等）和配置比较复杂，需要专业的计算机网络人员来管理，对用户有一定的要求。UNIX难于用是众所周知的，使用者须学习上百条指令，所以对用户的培训是必需的。 作为UNIX系统的一个变种，近几年受到各方面的关注。X-Windows使Linux的管理变得简单，但安装和配置各种服务（尤其是网络服务）比较复杂，需由专业人员来完成。掌握Linux对普通用户较难。大多数 Linux桌面用户都局限于计算机专业人员。但Linux由于自身的特点以及开放性，发展前景广阔,UNIX Linux

18、,易用性比较 （续）,文件和打印服务器平台,Netware处于领先地位，因为它在设计之初首先考虑的就是方便地实现文件和打印共享，且占用的系统资源较小。 NT虽然实现起来比较简单，但对系统要求较高，且在共享速度方面不如Netware。 UNIX对打印机共享的支持不足，且实现文件和打印共享比较复杂。 Linux在这方面和UNIX类似。,Netware WindowsNT UNIX Linux,应用服务器平台（1）,企业在建立自己的Intranet后希望与Internet连接，并向外界提供一些服务，例如建立WWW、FTP、邮件服务以及自己的专用防火墙等。计算机网络是一个开放的系统，特别是连上Inte

19、rnet后其安全性、稳定性等均受到严重的考验，有许多内容需要保护，尤其是一些关键性数据。这样，在选择可靠的硬件系统的同时，还应选择一个高效、稳定、安全的网络操作系统作为实现网络服务和数据库系统的平台。,主要需求,NetWare的设计决定了它是一个好的文件服务器，但却不适合成为多目标应用程序服务器。早期版本没有一个增强多任务架构的关键特性，因此应用程序开发人员必须费力去建立一些重复和冲突的功能。在操作系统和应用程序之间的混淆造成了一个不稳定和极难预料的平台。NetWare却缺乏阻止应用软件破坏系统稳定性、导致数据崩溃、阻塞系统操作的错误的功能基础，所以在NetWare上安装C/S解决方案是困难的

20、，尤其是在大型多功能服务器上。Netware用于开发服务器程序的工具有限，而且大都难于使用。,Netware,应用服务器平台（2）,UNIX系统（尤其Sun的Solaris）Web应用中表现出色。 UNIX系统主机能长时间地稳定运行，并且有较好的网络安全性，因此它常被用来作为网络关键应用的操作系统平台，例如用来实现WWW、FTP、防火墙以及数据库平台等等。 UNIX的应用软件集成度不佳，在字符模式的UNIX环境下，管道(pipe)是软件集成的主要方式，其功能与效率仍有问题。UNIX Windows System提供开发图形终端机应用软件的功能，但其技术落后于Windows系统。 UNIX没有应

21、用软件集成功能(如Windows DDE或OLE)，会耗费大量CPU与网络资源，所以设计方案的伸缩性不好。,UNIX,采用分布式设计，充分发挥主从结构工作站的运算能力。 比集中式处理更有弹性，服务器资源的运用效率更高，同时能提高使用者的工作效率。 拥有先进的应用软件与集成能力，其集成技术包括动态资源交换(DDE)、网络DDE(NetDDE)、对象连接与嵌入(OLE)等，提供了多种应用软件的集成方式，这一点过各种UNIX。 NT采用模块化设计，如内存防护、抢占式多任务系统等，可有效地防止出错程序干扰其他程序或操作系统的运行。 NTFS文件系统可记录数据变动并拥有容错功能（如RAID5），能够使数

22、据快速复原，确保数据的准确。 NT的安全防护可防止未经授权的使用者访问数据和软件。 管理监督工具（包括不断电系统支持、磁带备份、系统参数管理、效能监视等）为分布式环境提供了易用的视窗化系统管理。 NT也具有良好的开放性，支持多种通信协议，包括TCP/IP、IPX/SPX、NetBEUI和SNA DLC等。的模块化设计可让 NT轻易地扩充功能和添加新技术。 Microsoft有众多的应用软件厂商的支持，可让 NT使用者选择许多高性能且易用的应用软件，包括的32位Windows应用软件与现行的Windows、MS-DOS、OS/2、POSIX等系统的应用软件。,WindowsNT,应用服务器平台（

23、3）,应用服务器平台（4）,结合Windows NT和普通的UNIX系统的优点，尤其适合于运行网络应用程序和提供网络服务。 采用微内核技术，可根据系统的硬件特性以及具体的应用需求重新编译，保证了系统的精简、高效和稳定性。 Linux是一种天生为网络而设计的操作系统，在安全和易控制方面比Windows NT有过之而无不及。性价比很高的网络平台 源代码开放，更适于根据各自的需要做专门的开发。但缺乏系统的严密性，还有待进一步完善。 作为一种共享的开放软件，只需要花很小的代价或完全免费就可以获得各种版本。 作为一种主流桌面操作系统，目前还逊于Windows NT,Linux,软、硬件产品支持,NetWare适应性较差，仅能在Intel等少数几种处理器硬件系统上运行，而不能在RISC环境上使用。 绝大多数硬件厂家支持Windows NT，如DEC、Compaq、Sequent、Dell、NCR、SAT、Acer、SGI(MIPS)、Intel。 在可移植性方面，Windows NT能与各种CPU搭配，包括Intel家族、MIPS、Alpha、甚至多重CPU电脑。 Windows NT的应用软件相当丰富，但其应用软件的功能不及UNI