第6章網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

第6章網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)2006-101計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜本章內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分類、組成和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)典型的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)服務(wù)器技術(shù)2006-102計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜6.1.1網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)簡介

單機操作系統(tǒng)作為計算機和用戶之間的接口，為用戶提供本機資源的手段；由一些程序模塊組成，管理和控制計算機系統(tǒng)中的硬件及軟件資源；合理地組織計算機工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個功能強、使用方便的工作環(huán)境；只為本地用戶服務(wù)，不能滿足網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求；2006-103計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)屏蔽本地資源與網(wǎng)絡(luò)資源的差異；作為網(wǎng)絡(luò)用戶和計算機網(wǎng)絡(luò)的接口；管理計算機的硬件和軟件資源，如網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)打印機、大容量外存等；為用戶提供文件共享、打印共享等各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；完成網(wǎng)絡(luò)的共享資源管理、網(wǎng)絡(luò)的安全管理；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的定義：“利用網(wǎng)絡(luò)低層所提供的數(shù)據(jù)傳輸功能，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供網(wǎng)絡(luò)共享資源管理服務(wù)和其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件”；2006-104計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜6.1.2網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和分類

集中模式以大型主機為中心對等網(wǎng)絡(luò)資源共享模式客戶機/服務(wù)器模式（Client/Server，C/S）瀏覽器/服務(wù)器模式（Browser/Server，B/S）2006-105計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜以大型主機為中心通過硬件連線把簡單的終端接到主機上；所有用戶的擊鍵和光標位置傳入主機，所有從主機返回的結(jié)果，顯示在終端屏幕的特定位置；分時共享模式，所有的程序和數(shù)據(jù)都存儲在大型的主機中（數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序、通信程序），資源集中控制；利用主機的能力運行應(yīng)用程序，利用無智能的終端來對應(yīng)用進行控制；優(yōu)點：數(shù)據(jù)存取管理方便、安全性好；缺點：系統(tǒng)投資大，維護費用高；2006-106計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜對等網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)上的計算機平等地進行通信。每一臺計算機都負責提供自己的資源（文件、目錄、應(yīng)用程序、打印機、調(diào)制解調(diào)器或傳真卡等），供網(wǎng)絡(luò)上的其他計算機使用。每一臺計算機還負責維護自己資源的安全性。2006-107計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜資源共享模式背景：個人計算機飛速發(fā)展，用戶計算機具有了有限的CPU和數(shù)據(jù)存儲能力；PC機對數(shù)據(jù)處理的能力不夠，促使了局域網(wǎng)的產(chǎn)生；局域網(wǎng)使PC機的資源得到了擴展（文件和打印服務(wù)）；主要特點：共享共同的應(yīng)用、數(shù)據(jù)和打印機；所有的用戶查詢或命令處理都在工作站上完成；利用工作站的能力運行所有應(yīng)用，用服務(wù)器的能力來作為外設(shè)的延伸，如硬盤、打印機等；2006-108計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜客戶機/服務(wù)器模式在Client-Server模式，應(yīng)用被分為前端（客戶端）和后端（服務(wù)器端）；客戶部分運行在微機或工作站上，而服務(wù)器部分可以運行在從微機到大型機等各種計算機上。2006-109計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜客戶機/服務(wù)器模式的特點桌面上的智能，因為客戶機負責處理用戶界面，它要把用戶的查詢或命令變換成一個可被服務(wù)器理解的預(yù)定義語言，并把服務(wù)器返回的結(jié)果提交給用戶。最優(yōu)化地共享服務(wù)器資源，如CPU資源、數(shù)據(jù)存儲能力。客戶機可以請求服務(wù)器完成大型計算（如圖像處理）或運行大型應(yīng)用（如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)利用率。因為客戶機只把請求的內(nèi)容傳給服務(wù)器，服務(wù)器也只是返回最終結(jié)果，系統(tǒng)中沒有必要傳輸整個數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容，從而減輕了網(wǎng)絡(luò)負擔。2006-1010計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜客戶機/服務(wù)器模式的優(yōu)點減少了網(wǎng)絡(luò)的流量響應(yīng)時間較短充分利用了客戶機和服務(wù)器雙方的能力數(shù)據(jù)的安全性和完整性2006-1011計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜中間件問題的提出編寫跨平臺、多協(xié)議、多編程語言的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件比較困難；若針對底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編寫應(yīng)用程序，會造成程序過多的依賴底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而且很難集成新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；中間件在客戶機與服務(wù)器之間增加一層軟件，即中間件。利用中間件提供的高層應(yīng)用程序接口，可以將底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與實現(xiàn)技術(shù)屏蔽，使用戶集中編寫應(yīng)用軟件。2006-1012計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜瀏覽器/服務(wù)器模式基于瀏覽器、WWW服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器的計算結(jié)構(gòu)，稱為瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server）的計算模式，簡稱B/S模式，該計算模式在20世紀90年代中期逐漸形成和發(fā)展。2006-1013計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜B/S模式應(yīng)用系統(tǒng)的特點最主要的特點是與軟、硬件平臺無關(guān)性，瀏覽器、Web-server、Java、HTML以及數(shù)據(jù)庫資源都可以做到與軟、硬件平臺無關(guān)。在B/S模式下，可以將應(yīng)用邏輯和業(yè)務(wù)處理規(guī)則放置在服務(wù)器一側(cè)，對于這樣的結(jié)構(gòu)，客戶機可以做得盡可能的“瘦”，其功能可能只是體現(xiàn)在一個瀏覽器或是Java虛擬機。分散應(yīng)用與集中管理系統(tǒng)易維護性2006-1014計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜6.1.3網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的服務(wù)服務(wù)程序文件服務(wù)文件共享FTP打印服務(wù)目錄服務(wù)通信服務(wù)數(shù)據(jù)庫服務(wù)網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)Internet/Intranet服務(wù)2006-1015計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜6.1.4網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的主要特征硬件無關(guān)性支持各種類型的網(wǎng)絡(luò)支持不同類型的客戶端網(wǎng)絡(luò)目錄服務(wù)多用戶多任務(wù)支持具有網(wǎng)絡(luò)管理功能網(wǎng)絡(luò)安全控制系統(tǒng)容錯能力2006-1016計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜6.1.5常見的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)早期的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)具有簡單的文件服務(wù)和某些安全性特性。隨著用戶要求的增加，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)提供了更為廣泛的服務(wù)。目前，常用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有：Microsoft的WindowsServer2000、2003、2008、2012Novell公司的NetWareUNIXBSDUnix、SystemVrelease4Linux微機上的Unix，開放源代碼RedHatLinux、DebianLinux、SuseLinux2006-1017計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜Windows2003產(chǎn)品系列StandardEdition（標準版）EnterpriseEdition（企業(yè)版）2003DatacenterEdition（數(shù)據(jù)中心版）2003WebEdition（Web版）2006-1018計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜UNIX操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)UNIX內(nèi)核UNIX內(nèi)核的功能是完成底層與硬件相關(guān)的功能，控制著計算機的資源，并且將這些資源分配給正在計算機上運行的應(yīng)用程序。ShellShell的作用是解釋來自用戶和應(yīng)用的命令，使計算機資源的管理更加容易和高效。Shell程序與用戶進行交互，使用戶能夠運行程序、拷貝文件、登錄或退出系統(tǒng)以及完成一些其它的任務(wù)。Shell程序可以顯示簡單的命令行提示光標，或者顯示一個有圖標與窗口的圖形用戶界面（X-Windows）。Shell程序與在UNIX上運行的應(yīng)用程序一起利用內(nèi)核提供的服務(wù)，對文件與外圍設(shè)備進行管理。實用程序與應(yīng)用實用程序處于Shell的外層，提供了大部分的可執(zhí)行程序，而用戶的應(yīng)用程序在實用程序之上。實用程序大多是為了幫助操作系統(tǒng)執(zhí)行作業(yè)以及幫助程序員開發(fā)軟件。由于UNIX具有很多的實用程序，使UNIX實際上成為和硬件獨立的操作系統(tǒng)，適用于開發(fā)范圍甚廣的各種應(yīng)用。2006-1019計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜關(guān)于Linux操作系統(tǒng)UNIX操作系統(tǒng)一個很大的缺點就是UNIX價格昂貴Linux是一個自由軟件，它對各廠家的UNIX造成了巨大的沖擊。Linux是一套免費使用和自由傳播的類UNIX操作系統(tǒng)，它主要用于基于Intelx86系列CPU的計算機上。2006-1020計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜服務(wù)器技術(shù)多處理器技術(shù)總線能力內(nèi)存磁盤接口技術(shù)容錯技術(shù)磁盤陣列技術(shù)熱插撥技術(shù)雙機熱備份服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)視2006-1021計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜多處理器技術(shù)中央處理器（CPU）是決定服務(wù)器性能好壞的重要因素之一。雖然服務(wù)器對其他組件的性能要求也很高，但處理器對于決定服務(wù)器的性能仍然是很重要的。服務(wù)器可以使用一個處理器或多個處理器運行多處理器技術(shù)的類型非對稱多處理器AMP；對稱多處理器SMP；對多處理器的選擇根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)；根據(jù)服務(wù)器所完成的功能；CPU的種類Intel、AMD等多核CPU技術(shù)2006-1022計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜6.4.2總線服務(wù)器需要內(nèi)部的高速總線來完成各種任務(wù)。總線是計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳送的“主干線路”，CPU、內(nèi)存和其他的設(shè)備組件都連接到總線上。在某一時刻，服務(wù)器可能將大量的數(shù)據(jù)從磁盤傳送到網(wǎng)卡、處理器、系統(tǒng)內(nèi)存，并在處理完數(shù)據(jù)后將其傳送回磁盤。2006-1023計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜內(nèi)存內(nèi)存按校驗處理分為非奇偶校驗RAM奇偶校驗RAM帶有錯誤檢查和更正（ECC）的RAM內(nèi)存產(chǎn)品分類EDOSDRAMDDRDDR2DDR32006-1024計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜磁盤接口技術(shù)IDE（IntegratedDriveElectronics）SCSI（SmallComputerSystemsInterface）FibreChannelSATA（SerialATA）SAS（SerialAttachedSCSI）2006-1025計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜容錯技術(shù)容錯是指在硬件或軟件出現(xiàn)故障時，仍能完成處理和運算，不降低系統(tǒng)性能，即用冗余的資源使計算機具有容忍故障的能力，容錯技術(shù)可分為：軟件容錯采用多處理器和具有容錯功能的操作系統(tǒng)來實現(xiàn)容錯。硬件容錯由于硬件成本不斷下降，而軟件成本不斷升高，因此硬件容錯技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍。硬件容錯系統(tǒng)應(yīng)具有的特性為：使用雙總線體系結(jié)構(gòu)，確保系統(tǒng)的某一部分發(fā)生故障時仍能運行，不降低系統(tǒng)性能；冗余CPU、內(nèi)存、通信子系統(tǒng)、磁盤、電源等，確保這些關(guān)鍵部件的可靠性；自動故障檢測，以及故障部件的隔離和更換。2006-1026計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜磁盤陣列技術(shù)磁盤陣列（DiskArray）是由一個硬盤控制器來控制多個硬盤的相互連接，使多個硬盤的讀寫同步，以減少錯誤，提高效率和可靠性的技術(shù)。RAID（RedundantArrayofInexpensiveDisks）表示的是廉價磁盤冗余陣列，是磁盤陣列技術(shù)標準，RAID采用冗余的硬盤來對信息進行冗余保存，從而提高磁盤系統(tǒng)的可靠性。如果某個硬盤發(fā)生故障，則可以通過保存在其他硬盤上的冗余信息恢復(fù)故障硬盤的信息。2006-1027計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜RAID技術(shù)RAID0RAID0采用數(shù)據(jù)分割技術(shù)，將所有硬盤構(gòu)成一個磁盤陣列，可以同時對多個硬盤進行讀寫操作；RAID0陣列將數(shù)據(jù)分成多個數(shù)據(jù)塊，并將數(shù)據(jù)分塊分布在兩個或更多的硬盤上。RAID0陣列中的一個驅(qū)動器出錯將會導(dǎo)致所有硬盤上的數(shù)據(jù)全部丟失，因此可靠性最差。2006-1028計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜RAID技術(shù)RAID1RAID1不采用將數(shù)據(jù)分塊存儲在多個硬盤上的方法，而是采用磁盤鏡像技術(shù)。使用兩個硬盤，并且將一個硬盤的內(nèi)容同步復(fù)制到另一個硬盤上。如果其中一個硬盤出現(xiàn)故障，另一個硬盤將繼續(xù)正常工作。RAID1的可靠性較高，但硬盤的使用效率較低。2006-1029計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜RAID技術(shù)RAID3RAID3采用數(shù)據(jù)交錯存儲技術(shù)。RAID3在多個數(shù)據(jù)磁盤上分塊分布數(shù)據(jù)，然后對各個數(shù)據(jù)磁盤上存儲的所有數(shù)據(jù)使用異或操作，以產(chǎn)生一個校驗數(shù)據(jù)（ECC數(shù)據(jù)），并將這個數(shù)據(jù)存儲到一個校驗硬盤（ECC硬盤）。如果其中一個存儲數(shù)據(jù)的硬盤發(fā)生故障，導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯或丟失，那么RAID3先讀出其余硬盤上的數(shù)據(jù)，再讀出ECC硬盤上的校驗數(shù)據(jù)，就可以恢復(fù)出錯或丟失的數(shù)據(jù)。2006-1030計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜RAID技術(shù)RAID5RAID5同樣采用數(shù)據(jù)交錯存儲技術(shù)，數(shù)據(jù)分塊存儲，RAID5將校驗數(shù)據(jù)存放在所有的硬盤中。RAID5的優(yōu)點是不必依賴一個ECC驅(qū)動器來進行所有寫操作，所有硬盤都共享ECC工作，因此RAlD5的性能要比RAID3稍高一些，如果任何一個硬盤出現(xiàn)故障，可以將其替換，且數(shù)據(jù)也能夠恢復(fù)。2006-1031計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜服務(wù)器集群技術(shù)服務(wù)器鏡像技術(shù)通過軟件或磁盤鏡像卡（RAID1卡）將兩臺服務(wù)器的硬盤做鏡像。其中，一臺服務(wù)器被指定為主服務(wù)器，另一臺為從服務(wù)器。集群技術(shù)