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(jì)算機(jī)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(lèi)、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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜6.1.1網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介

單機(jī)操作系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)和用戶(hù)之間的接口，為用戶(hù)提供本機(jī)資源的手段；由一些程序模塊組成，管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件及軟件資源；合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶(hù)提供一個(gè)功能強(qiáng)、使用方便的工作環(huán)境；只為本地用戶(hù)服務(wù)，不能滿足網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求；2006-103計(jì)算機(jī)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(hù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的接口；管理計(jì)算機(jī)的硬件和軟件資源，如網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、大容量外存等；為用戶(hù)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(hù)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(jì)算機(jī)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(lèi)

集中模式以大型主機(jī)為中心對(duì)等網(wǎng)絡(luò)資源共享模式客戶(hù)機(jī)/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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜以大型主機(jī)為中心通過(guò)硬件連線把簡(jiǎn)單的終端接到主機(jī)上；所有用戶(hù)的擊鍵和光標(biāo)位置傳入主機(jī)，所有從主機(jī)返回的結(jié)果，顯示在終端屏幕的特定位置；分時(shí)共享模式，所有的程序和數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在大型的主機(jī)中（數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用程序、通信程序），資源集中控制；利用主機(jī)的能力運(yùn)行應(yīng)用程序，利用無(wú)智能的終端來(lái)對(duì)應(yīng)用進(jìn)行控制；優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)存取管理方便、安全性好；缺點(diǎn)：系統(tǒng)投資大，維護(hù)費(fèi)用高；2006-106計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜對(duì)等網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)平等地進(jìn)行通信。每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都負(fù)責(zé)提供自己的資源（文件、目錄、應(yīng)用程序、打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器或傳真卡等），供網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)使用。每一臺(tái)計(jì)算機(jī)還負(fù)責(zé)維護(hù)自己資源的安全性。2006-107計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜資源共享模式背景：個(gè)人計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展，用戶(hù)計(jì)算機(jī)具有了有限的CPU和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力；PC機(jī)對(duì)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(jī)的資源得到了擴(kuò)展（文件和打印服務(wù)）；主要特點(diǎn)：共享共同的應(yīng)用、數(shù)據(jù)和打印機(jī)；所有的用戶(hù)查詢(xún)或命令處理都在工作站上完成；利用工作站的能力運(yùn)行所有應(yīng)用，用服務(wù)器的能力來(lái)作為外設(shè)的延伸，如硬盤(pán)、打印機(jī)等；2006-108計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式在Client-Server模式，應(yīng)用被分為前端（客戶(hù)端）和后端（服務(wù)器端）；客戶(hù)部分運(yùn)行在微機(jī)或工作站上，而服務(wù)器部分可以運(yùn)行在從微機(jī)到大型機(jī)等各種計(jì)算機(jī)上。2006-109計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式的特點(diǎn)桌面上的智能，因?yàn)榭蛻?hù)機(jī)負(fù)責(zé)處理用戶(hù)界面，它要把用戶(hù)的查詢(xún)或命令變換成一個(gè)可被服務(wù)器理解的預(yù)定義語(yǔ)言，并把服務(wù)器返回的結(jié)果提交給用戶(hù)。最優(yōu)化地共享服務(wù)器資源，如CPU資源、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力?？蛻?hù)機(jī)可以請(qǐng)求服務(wù)器完成大型計(jì)算（如圖像處理）或運(yùn)行大型應(yīng)用（如數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)利用率。因?yàn)榭蛻?hù)機(jī)只把請(qǐng)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(méi)有必要傳輸整個(gè)數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容，從而減輕了網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。2006-1010計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式的優(yōu)點(diǎn)減少了網(wǎng)絡(luò)的流量響應(yīng)時(shí)間較短充分利用了客戶(hù)機(jī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜中間件問(wèn)題的提出編寫(xiě)跨平臺(tái)、多協(xié)議、多編程語(yǔ)言的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件比較困難；若針對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編寫(xiě)應(yīng)用程序，會(huì)造成程序過(guò)多的依賴(lài)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(hù)機(jī)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(shí)現(xiàn)技術(shù)屏蔽，使用戶(hù)集中編寫(xiě)應(yīng)用軟件。2006-1012計(jì)算機(jī)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(jì)算結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server）的計(jì)算模式，簡(jiǎn)稱(chēng)B/S模式，該計(jì)算模式在20世紀(jì)90年代中期逐漸形成和發(fā)展。2006-1013計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜B/S模式應(yīng)用系統(tǒng)的特點(diǎn)最主要的特點(diǎn)是與軟、硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)性，瀏覽器、Web-server、Java、HTML以及數(shù)據(jù)庫(kù)資源都可以做到與軟、硬件平臺(tái)無(wú)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(duì)于這樣的結(jié)構(gòu)，客戶(hù)機(jī)可以做得盡可能的“瘦”，其功能可能只是體現(xiàn)在一個(gè)瀏覽器或是Java虛擬機(jī)。分散應(yīng)用與集中管理系統(tǒng)易維護(hù)性2006-1014計(jì)算機(jī)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(kù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)Internet/Intranet服務(wù)2006-1015計(jì)算機(jī)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(wú)關(guān)性支持各種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)支持不同類(lèi)型的客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò)目錄服務(wù)多用戶(hù)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(cuò)能力2006-1016計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜6.1.5常見(jiàn)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(jiǎn)單的文件服務(wù)和某些安全性特性。隨著用戶(hù)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(jī)上的Unix，開(kāi)放源代碼RedHatLinux、DebianLinux、SuseLinux2006-1017計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜Windows2003產(chǎn)品系列StandardEdition（標(biāo)準(zhǔn)版）EnterpriseEdition（企業(yè)版）2003DatacenterEdition（數(shù)據(jù)中心版）2003WebEdition（Web版）2006-1018計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的資源，并且將這些資源分配給正在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序。ShellShell的作用是解釋來(lái)自用戶(hù)和應(yīng)用的命令，使計(jì)算機(jī)資源的管理更加容易和高效。Shell程序與用戶(hù)進(jìn)行交互，使用戶(hù)能夠運(yùn)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(jiǎn)單的命令行提示光標(biāo)，或者顯示一個(gè)有圖標(biāo)與窗口的圖形用戶(hù)界面（X-Windows）。Shell程序與在UNIX上運(yùn)行的應(yīng)用程序一起利用內(nèi)核提供的服務(wù)，對(duì)文件與外圍設(shè)備進(jìn)行管理。實(shí)用程序與應(yīng)用實(shí)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(hù)的應(yīng)用程序在實(shí)用程序之上。實(shí)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(kāi)發(fā)軟件。由于UNIX具有很多的實(shí)用程序，使UNIX實(shí)際上成為和硬件獨(dú)立的操作系統(tǒng)，適用于開(kāi)發(fā)范圍甚廣的各種應(yīng)用。2006-1019計(jì)算機(jī)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(gè)很大的缺點(diǎn)就是UNIX價(jià)格昂貴Linux是一個(gè)自由軟件，它對(duì)各廠家的UNIX造成了巨大的沖擊。Linux是一套免費(fèi)使用和自由傳播的類(lèi)UNIX操作系統(tǒng)，它主要用于基于Intelx86系列CPU的計(jì)算機(jī)上。2006-1020計(jì)算機(jī)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(pán)接口技術(shù)容錯(cuò)技術(shù)磁盤(pán)陣列技術(shù)熱插撥技術(shù)雙機(jī)熱備份服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)視2006-1021計(jì)算機(jī)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(duì)其他組件的性能要求也很高，但處理器對(duì)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(gè)處理器或多個(gè)處理器運(yùn)行多處理器技術(shù)的類(lèi)型非對(duì)稱(chēng)多處理器AMP；對(duì)稱(chēng)多處理器SMP；對(duì)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(lèi)Intel、AMD等多核CPU技術(shù)2006-1022計(jì)算機(jī)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(lái)完成各種任務(wù)?？偩€是計(jì)算機(jī)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(shí)刻，服務(wù)器可能將大量的數(shù)據(jù)從磁盤(pán)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(pán)。2006-1023計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜內(nèi)存內(nèi)存按校驗(yàn)處理分為非奇偶校驗(yàn)RAM奇偶校驗(yàn)RAM帶有錯(cuò)誤檢查和更正（ECC）的RAM內(nèi)存產(chǎn)品分類(lèi)EDOSDRAMDDRDDR2DDR32006-1024計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜磁盤(pán)接口技術(shù)IDE（IntegratedDriveElectronics）SCSI（SmallComputerSystemsInterface）FibreChannelSATA（SerialATA）SAS（SerialAttachedSCSI）2006-1025計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜容錯(cuò)技術(shù)容錯(cuò)是指在硬件或軟件出現(xiàn)故障時(shí)，仍能完成處理和運(yùn)算，不降低系統(tǒng)性能，即用冗余的資源使計(jì)算機(jī)具有容忍故障的能力，容錯(cuò)技術(shù)可分為：軟件容錯(cuò)采用多處理器和具有容錯(cuò)功能的操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)。硬件容錯(cuò)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(cuò)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越普遍。硬件容錯(cuò)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(shí)仍能運(yùn)行，不降低系統(tǒng)性能；冗余CPU、內(nèi)存、通信子系統(tǒng)、磁盤(pán)、電源等，確保這些關(guān)鍵部件的可靠性；自動(dòng)故障檢測(cè)，以及故障部件的隔離和更換。2006-1026計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜磁盤(pán)陣列技術(shù)磁盤(pán)陣列（DiskArray）是由一個(gè)硬盤(pán)控制器來(lái)控制多個(gè)硬盤(pán)的相互連接，使多個(gè)硬盤(pán)的讀寫(xiě)同步，以減少錯(cuò)誤，提高效率和可靠性的技術(shù)。RAID（RedundantArrayofInexpensiveDisks）表示的是廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列，是磁盤(pán)陣列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，RAID采用冗余的硬盤(pán)來(lái)對(duì)信息進(jìn)行冗余保存，從而提高磁盤(pán)系統(tǒng)的可靠性。如果某個(gè)硬盤(pán)發(fā)生故障，則可以通過(guò)保存在其他硬盤(pán)上的冗余信息恢復(fù)故障硬盤(pán)的信息。2006-1027計(jì)算機(jī)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(pán)構(gòu)成一個(gè)磁盤(pán)陣列，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)硬盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)操作；RAID0陣列將數(shù)據(jù)分成多個(gè)數(shù)據(jù)塊，并將數(shù)據(jù)分塊分布在兩個(gè)或更多的硬盤(pán)上。RAID0陣列中的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器出錯(cuò)將會(huì)導(dǎo)致所有硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)全部丟失，因此可靠性最差。2006-1028計(jì)算機(jī)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(chǔ)在多個(gè)硬盤(pán)上的方法，而是采用磁盤(pán)鏡像技術(shù)。使用兩個(gè)硬盤(pán)，并且將一個(gè)硬盤(pán)的內(nèi)容同步復(fù)制到另一個(gè)硬盤(pán)上。如果其中一個(gè)硬盤(pán)出現(xiàn)故障，另一個(gè)硬盤(pán)將繼續(xù)正常工作。RAID1的可靠性較高，但硬盤(pán)的使用效率較低。2006-1029計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜RAID技術(shù)RAID3RAID3采用數(shù)據(jù)交錯(cuò)存儲(chǔ)技術(shù)。RAID3在多個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)上分塊分布數(shù)據(jù)，然后對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)上存儲(chǔ)的所有數(shù)據(jù)使用異或操作，以產(chǎn)生一個(gè)校驗(yàn)數(shù)據(jù)（ECC數(shù)據(jù)），并將這個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一個(gè)校驗(yàn)硬盤(pán)（ECC硬盤(pán)）。如果其中一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的硬盤(pán)發(fā)生故障，導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)或丟失，那么RAID3先讀出其余硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)，再讀出ECC硬盤(pán)上的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，就可以恢復(fù)出錯(cuò)或丟失的數(shù)據(jù)。2006-1030計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)杜煜RAID技術(shù)RAID5RAID5同樣采用數(shù)據(jù)交錯(cuò)存儲(chǔ)技術(shù)，數(shù)據(jù)分塊存儲(chǔ)，RAID5將校驗(yàn)數(shù)據(jù)存放在所有的硬盤(pán)中。RAID5的優(yōu)點(diǎn)是不必依賴(lài)一個(gè)ECC驅(qū)動(dòng)器來(lái)進(jìn)行所有寫(xiě)操作，所有硬盤(pán)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(gè)硬盤(pán)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(jì)算機(jī)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(guò)軟件或磁盤(pán)鏡像卡（RAID1卡）將兩臺(tái)服務(wù)器的硬盤(pán)做鏡像。其中，一臺(tái)服務(wù)器被指定為主服務(wù)器，另一臺(tái)為從服務(wù)器。集群技術(shù)