Linux RedHat

Среди программистов, работающих на ПК, некоторое распространение имеет ОС Linux, являющаяся одним из вариантов ОС UNIX. В этой ОС объединены мощь и гибкость рабочей станции UNIX, она позволяет полностью использовать Internet и имеет полнофункциональный графический интерфейс.Эту систему можно установить практически на любом персональном компьютере.

В ОС Linux существует два стандартных графических интерфейса: Gnome и K Desktop Environment (KDE). Оба этих интерфейса достаточно мощные, гибкие и созданы для разработки прикладного ПО.

В Linux присутствует полный набор командных интерпретаторов UNIX (BASH, TCSH и Z-shell). ОС Linux используется как платформа для разнообразных приложений Internet, локальных сетей. Имеется широкий набор административных средств стандартной UNIX.

Важным фактором является бесплатность, как самой ОС, так и приложений, разработанных на ее основе.

17. Операционные системы рабочих станций, коммуникационных компьютеров, мейнфреймов

Семейство вычислительных систем AS/400 называют "молодой системой с длинной историей". Это обусловлено тем, что она является результатом длительного эволюционного развития, начавшегося с IBM System/38 (1978г.). По ряду идей эволюционный ряд System/38 - AS/400 является лидером в развитии ОС. Мы рассматриваем систему AS/400 совместно: аппаратное и программное обеспечение, поскольку они тесно связаны между собой.

Эта система интересна объектно-ориентированной структурой и архитектурой на базе микроядра, одноуровневой моделью памяти, мощными средствами защиты.

Системное программное обеспечение AS/400 двухуровневое: нижний уровень выполняется Лицензионным Внутренним Кодом (LIC), играющим роль микроядра и обеспечивает аппаратную независимость верхнего уровня, который составляет собственно ОС OS/400.

Интерфейс LIC со всем лежащим выше него ПО, в т.ч. и с ОС - машинный интерфейс (MI) представляет собой полнофункциональный язык команд некоторой виртуальной машины.

Сначала семейство AS/400 строилось на базе различных моделей собственного 48-разрядного CISC-процессора - IMPI. В 1995г. появилась новая ветвь семейства, модели которой базируются на 64-разрядном RISC-процессоре Power PC. Структура системы позволила ей осуществить этот переход с изменением только LIC и с сохранением всего остального ПО - ОС и приложений. Программа в системе хранится в виде кода MI, который при запуске программы транслируется в коды аппаратной платформы с оптимизацией под нее, (трансляция осуществляется средствами LIC).

AS/400 отличается значительной степенью системной интеграции и высоким уровнем системных интерфейсов. Так, многие функции, традиционно выполняемые ОС, здесь реализованы на уровне LIC (защита, ввод-вывод, управление памятью); многие функции, традиционно обеспечиваемые утилитами и отдельными приложениями, интегрированы в OS/400 (база данных, пользовательский интерфейс).

Одной из наиболее примечательных особенностей AS/400 является одноуровневая модель памяти. 64-разрядный (в старых моделях - 48-разрядный) адрес позволяет адресовать виртуальное адресное пространство, в котором может поместиться и оперативная, и внешняя память. В связи с этим в AS/400 отпадает необходимость в использовании понятия "файл", оно заменено понятием "постоянный объект". Это позволяет значительно улучшить защиту объектов (например, если объект "программа" не может рассматриваться как "файл", то в него нельзя ничего записать, что делает невозможным существование вирусов). Все процессы разделяют одно и то же виртуальное адресное пространство и потенциально могут иметь доступ ко всем объектам в системе. Взаимная изоляция процессов достигается за счет контроля прав доступа к объектам и поддерживается некоторыми аппаратными средствами, делающими невозможным доступ к объектам в обход установленных API (система контроля доступа встроена в LIC).

Основным средством взаимодействия между процессами являются сообщения. Операции ввода-вывода также оформляются в виде сообщений процессорам ввода-вывода. (В AS/400 с самого начала используется асимметричная многопроцессорная конфигурация).

Вычислительная система AS/400 развивается и сегодня. На базе столь мощного и многофункционального микроядра, которым является LIC возможно строить любые операционные системы, возможно, в ближайшее время таким образом на AS/400 будет реализован Linux.

Операционные системы мейнфреймов

Последний рассматриваемый нами класс – гигаресурсные системы. Являясь также многозадачными и многопользовательскими, они отличаются от предыдущего класса тем, что ресурсы, управляемые ими, на несколько порядков большие. Их аппаратной платформой являются мэйнфреймы семейства ESA (синонимы - ES/9000 и System/390) фирмы IBM (1990г.), представляющие собой эволюционное развитие ряда System/360 - System/370. Современные мэйнфреймы отличаются большим объемом возможностей, реализованных на аппаратном уровне. Среди них следует отметить: мультипроцессорную обработку, средства создания системных комплексов, объединяющих несколько мэйнфреймов - Sysplex, средства логического разделения ресурсов вычислительной системы - Processor Resourse/System Manager, встроенный криптографический процессор, высокоэффективную архитектуру каналов ввода-вывода - ESCON, и т.д. В современных мэйнфреймах соотношение производительность/цена существенно выше, чем в компьютерах малой и средней мощности, но для того, чтобы это преимущество проявилось, производительность мэйнфрейма должна быть востребована в полном объеме. Поэтому в таких системах значительно больше внимания уделяется эффективности управления ресурсами. Современные ОС ESA - VSE/ESA, VM/ESA, MVS/ESA представляют собой развитие работавших на System/360, System/370.

ОС VSE/ESA (Virtual Storage Extended) ориентирована на использование в конечных и промежуточных узлах сетей. Она функционирует на наименее мощных моделях мэйнфреймов. VSE эффективно выполняет пакетную обработку и обработку транзакций в реальном времени. Основное же назначение VSE – поддержка ПО, разработанного еще для System/360.

ОС VM/ESA (Virtual Machine) - гибкая интерактивная ОС, поддерживающая одновременное функционирование большого числа "гостевых" ОС на одной вычислительной системе.

ОС OS/390 в ранних версиях - MVS (Multiply Virtual Storage) - основная ОС для применения на наиболее мощных аппаратных средствах. Она обеспечивает наиболее эффективное управление ресурсами при пакетном и интерактивном режимах и обработке в реальном времени, возможно совмещение любых режимов. Обеспечивает также комплексирование вычислительных систем, динамическую реконфигурацию ввода-вывода, расширенные средства управления производительностью. OS/390 прошла сертификацию OSF и является стратегическим направлением в развитии ОС мейнфреймов.

Лицензионный внутренний код LIC System/390, реализованный на микропрограммном уровне, обеспечивает функционирование ОС ESA на любых моделях семейства. Все ОС ESA поддерживают мультизадачность 31-разрядное виртуальное адресное пространство и дополнительное 31-разрядное пространство данных (data space), а также обеспечивают использование специальной расширенной (expanded) памяти для кэша страничного обмена. Все ОС ESA обладают набором средств анализа производительности и управления ею, но в OS/390 такой набор представлен наиболее полно.

Ниже мы рассматриваем в качестве примера архитектуру ОС VM/ESA.

В ОС VM/ESA исчерпывающим образом реализован архитектурный принцип виртуальных машин. Основу этой ОС составляет Монитор Виртуальных Машин (СР) который распределяет ресурсы. Процессы-субъекты, которым выделяются ресурсы, называются Виртуальными Машинами (ВМ). У каждой ВМ создается «впечатление», что в ее монопольном распоряжении имеется целая ЭВМ со всеми ее ресурсами, и ВМ имеет полный доступ к ним. На самом же деле ВМ владеет не реальными ресурсами всей вычислительной системы, а лишь тем их подмножеством, которое для нее выделил СР.

Причем, это может быть как часть реального ресурса, так и ресурс, которого в вычислительной системе на самом деле нет, но СР моделирует его для ВМ другими средствами.

Каждой ВМ «кажется», что она работает в режиме ядра и имеет в своем распоряжении полный набор команд. На самом же деле ВМ работает в режиме задачи. Когда ВМ выполняет привилегированную команду, происходит прерывание-исключение, управление передается СР, и он прозрачно для ВМ выполняет для нее эту команду на реальном оборудовании или моделирует ее выполнение.

Поскольку каждая ВМ имеет в своем распоряжении функционально полный интерфейс оборудования, она может в свою очередь перераспределять выделенное ей подмножество ресурсов между своими процессами, т.е., в свою очередь выполнять функции ОС. Такие ОС, работающие с подмножеством ресурсов, выделенных им СР называют «гостевыми». Имеются две ОС, которые могут работать только как гостевые – CMS и GCS. Первая является удобной средой для разработчика ПО, она является интерактивной однозадачной системой. Вторая – для выполнения приложений, она обеспечивает многозадачность и богатый набор средств взаимодействия между задачами. Эти две ОС делят с СР функции управления ресурсами – СР управляет реальными ресурсами, а гостевые ОС – виртуальными. Гостевой может быть и “полноценная” ОС – VSE, OS/390, такая гостевая ОС в значительной степени дублирует работу СР. Гостевой ОС может быть и другой СР, который будет распределять выделенной ему подмножество ресурсов между «своими» ВМ.

Преимуществами, которые обеспечивает VM, являются:

• дополнительная защита ресурсов и данных, принадлежащих разным пользователям, за счет их локализации в разных виртуальных машинах;

• возможность параллельного функционирования на одной вычислительной системе разных гостевых ОС и приложений в этих ОС и взаимодействия между ними;

• среда виртуальных машин является незаменимым средством для разработки новых ОС и их компонентов: проявление ошибки при отладке ОС может привести к порче или "зависанию" виртуальной машины, но не отразится на работе всей вычислительной системы.

Хотя основное назначение VM – служить инструментальной платформой для разработки системного ПО, она находит и широкое промышленное применение.

18. ОС реального времени (QNX, Windows CE)

QNX

ОС QNX фирмы QSSL существует и развивается с 1981г. Ее основное назначение – ОС реального времени. Работает на процессорах Intel-Pentium и сейчас выпускается в версиях QNX RTOS и QNX Neutrino.

Специфические качества этой ОС обеспечиваются ее архитектурой на базе микроядра. QNX обладает чрезвычайно компактным (32Кбайт) микроядром. На микроядро возлагаются функции:

• управления реальной памятью;

• перенаправления прерываний процессам, которым они адресованы;

• создания и переключения процессов (но не их планирования);

• управления сетевыми взаимодействиями;

• обеспечения взаимодействий между процессами посредством передачи сообщений.

Микроядро QNX выполняет всего около 50 системных вызовов и наряду с компактностью обладает также высокой эффективностью. Так, участки нереентерабельного кода в каждом системном вызове составляют всего 14 команд на входе и 9 команд на выходе.

Все прочие менеджеры ресурсов ОС являются с точки зрения микроядра такими же процессами, как и процессы пользователей. Менеджер процессов осуществляет планирование процессов и потоков по выбранной дисциплине. Менеджер файловой системы поддерживает соответствующую ФС (QNX поддерживает ряд ФС, в том числе FAT и ряд Unix-подобных ФС).

В новых версиях QNX расширены функции сетевого менеджера. Фактически вся система представляется как сеть, в различных узлах которой работают разные процессы. Взаимодействие между процессами осуществляется совершенно единообразно, независимо от того, являются ли взаимодействующие процессы локальными или удаленными.

В число системных процессов, устанавливаемых по выбору, входит и система поддержки полноэкранного графического интерфейса Photon.

Хотя QNX имеет собственную оригинальную архитектуру, его программные интерфейсы соответствуют спецификациям POSIX, и, несмотря на свое специфическое назначение (ОС реального времени) зачастую применяется как настольная или сетевая ОС, пользователи ценят малые требования к ресурсам, предъявляемые этой системой.