Система управления базой данных объектов гражданской обороны для принятия решений в чрезвычайной ситуации (Диплом)

2.3.2. Особенности аппаратных платформ

На свойства операционной системы непосредственное влияние оказывают аппаратные средства, на которые она ориентирована. По типу аппаратуры различают операционные системы персональных компьютеров, мини-компьютеров, мейнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ. Среди перечисленных типов компьютеров могут встречаться как однопроцессорные варианты, так и многопроцессорные. В любом случае специфика аппаратных средств, как правило, отражается на специфике операционных систем.

Очевидно, что ОС большой машины является более сложной и функциональной, чем ОС персонального компьютера. Так в ОС больших машин функции по планированию потока выполняемых задач, очевидно, реализуются путем использования сложных приоритетных дисциплин и требуют большей вычислительной мощности, чем в ОС персональных компьютеров. Аналогично обстоит дело и с другими функциями.

Сетевая ОС имеет в своем составе средства передачи сообщений между компьютерами по линиям связи, которые совершенно не нужны в автономной ОС.
На основе этих сообщений сетевая ОС поддерживает разделение ресурсов компьютера между удаленными пользователями, подключенными к сети. Для поддержания функций передачи сообщений сетевые ОС содержат специальные программные компоненты, реализующие популярные коммуникационные протоколы, такие как IP, IPX, Ethernet и другие.

Многопроцессорные системы требуют от операционной системы особой организации, с помощью которой сама операционная система, а также поддерживаемые ею приложения могли бы выполняться параллельно отдельными процессорами системы. Параллельная работа отдельных частей ОС создает дополнительные проблемы для разработчиков ОС, так как в этом случае гораздо сложнее обеспечить согласованный доступ отдельных процессов к общим системным таблицам, исключить эффект гонок и прочие нежелательные последствия асинхронного выполнения работ.

Другие требования предъявляются к операционным системам кластеров.
Кластер - слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений, и представляющихся пользователю единой системой. Наряду со специальной аппаратурой для функционирования кластерных систем необходима и программная поддержка со стороны операционной системы, которая сводится в основном к синхронизации доступа к разделяемым ресурсам, обнаружению отказов и динамической реконфигурации системы. Одной из первых разработок в области кластерных технологий были решения компании Digital Equipment на базе компьютеров VAX.
Недавно этой компанией заключено соглашение с корпорацией Microsoft о разработке кластерной технологии, использующей Windows NT. Несколько компаний предлагают кластеры на основе UNIX-машин.

Наряду с ОС, ориентированными на совершенно определенный тип аппаратной платформы, существуют операционные системы, специально разработанные таким образом, чтобы они могли быть легко перенесены с компьютера одного типа на компьютер другого типа, так называемые мобильные
ОС. Наиболее ярким примером такой ОС является популярная система UNIX. В этих системах аппаратно-зависимые места тщательно локализованы, так что при переносе системы на новую платформу переписываются только они. Средством, облегчающем перенос остальной части ОС, является написание ее на машинно- независимом языке, например, на С, который и был разработан для программирования операционных систем.

2.3.3. Особенности областей использования

Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:
. системы пакетной обработки (например, OC EC),
. системы разделения времени (UNIX, VMS),
. системы реального времени (QNX, RT/11).

2.3.3.1. Системы пакетной обработки

Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используются следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач.
Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие отличающиеся требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины; так, например, в мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом. Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается "выгодное" задание. Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени. В системах пакетной обработки переключение процессора с выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Поэтому одна задача может надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение интерактивных задач. Таким образом, взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.

2.3.3.2. Системы разделения времени

Системы разделения времени призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки - изоляцию пользователя-программиста от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину. Ясно, что системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая "выгодна" системе, и, кроме того, имеются накладные расходы вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.

2.3.3.3. Системы реального времени

Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная экспериментальная установка или технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п. Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме. Таким образом, критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы - реактивностью. Для этих систем мультипрограммная смесь представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется исходя из текущего состояния объекта или в соответствии с расписанием плановых работ.

Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть - в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым режимом.

2.4.Обзор сетевых операционных систем

Большое разнообразие типов компьютеров, используемых в вычислительных сетях, влечет за собой разнообразие операционных систем: для рабочих станций, для серверов сетей уровня отдела и серверов уровня предприятия в целом. К ним могут предъявляться различные требования по производительности и функциональным возможностям, желательно, чтобы они обладали свойством совместимости, которое позволило бы обеспечить совместную работу различных
ОС.

Сетевые ОС могут быть разделены на две группы: масштаба отдела и масштаба предприятия. ОС для отделов или рабочих групп обеспечивают набор сетевых сервисов, включая разделение файлов, приложений и принтеров. Они также должны обеспечивать свойства отказоустойчивости, например, работать с
RAID-массивами, поддерживать кластерные архитектуры. Сетевые ОС отделов обычно более просты в установке и управлении по сравнению с сетевыми ОС предприятия, у них меньше функциональных свойств, они меньше защищают данные и имеют более слабые возможности по взаимодействию с другими типами сетей, а также худшую производительность.

Сетевая операционная система масштаба предприятия прежде всего должна обладать основными свойствами любых корпоративных продуктов, в том числе:
. масштабируемостью, то есть способностью одинаково хорошо работать в широком диапазоне различных количественных характеристик сети,
. совместимостью с другими продуктами, то есть способностью работать в сложной гетерогенной среде интерсети в режиме plug-and-play.

Корпоративная сетевая ОС должна поддерживать более сложные сервисы.
Подобно сетевой ОС рабочих групп, сетевая ОС масштаба предприятия должна позволять пользователям разделять файлы, приложения и принтеры, причем делать это для большего количества пользователей и объема данных и с более высокой производительностью. Кроме того, сетевая ОС масштаба предприятия обеспечивает возможность соединения разнородных систем - как рабочих станций, так и серверов. Например, даже если ОС работает на платформе
Intel, она должна поддерживать рабочие станции UNIX, работающие на RISC- платформах. Аналогично, серверная ОС, работающая на RISC-компьютере, должна поддерживать DOS, Windows и OS/2. Сетевая ОС масштаба предприятия должна поддерживать несколько стеков протоколов (таких как TCP/IP, IPX/SPX,
NetBIOS, DECnet и OSI), обеспечивая простой доступ к удаленным ресурсам, удобные процедуры управления сервисами, включая агентов для систем управления сетью.

Важным элементом сетевой ОС масштаба предприятия является централизованная справочная служба, в которой хранятся данные о пользователях и разделяемых ресурсах сети. Такая служба, называемая также службой каталогов, обеспечивает единый логический вход пользователя в сеть и предоставляет ему удобные средства просмотра всех доступных ему ресурсов.
Администратор, при наличии в сети централизованной справочной службы, избавлен от необходимости заводить на каждом сервере повторяющийся список пользователей, а значит избавлен от большого количества рутинной работы и от потенциальных ошибок при определении состава пользователей и их прав на каждом сервере.

Важным свойством справочной службы является ее масштабируемость, обеспечиваемая распределенностью базы данных о пользователях и ресурсах.

Такие сетевые ОС, как Banyan Vines, Novell NetWare 4.x, IBM LAN
Server, Sun NFS, Microsoft LAN Manager и Windows NT Server, могут служить в качестве операционной системы предприятия, в то время как ОС NetWare 3.x,
Personal Ware, Artisoft LANtastic больше подходят для небольших рабочих групп.

2.5. Выбор операционной системы

Критериями для выбора ОС масштаба предприятия являются следующие характеристики:
. Органичная поддержка многосерверной сети;
. Высокая эффективность файловых операций;
. Возможность эффективной интеграции с другими ОС;
. Наличие централизованной масштабируемой справочной службы;
. Хорошие перспективы развития;
. Эффективная работа удаленных пользователей;
. Разнообразные сервисы: файл-сервис, принт-сервис, безопасность данных и отказоустойчивость, архивирование данных, служба обмена сообщениями, разнообразные базы данных и другие;
. Разнообразные программно-аппаратные хост-платформы: IBM SNA, DEC NSA,
UNIX;
. Разнообразные транспортные протоколы: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS,
AppleTalk;
. Поддержка многообразных операционных систем конечных пользователей: DOS,
UNIX, OS/2, Mac;
. Поддержка сетевого оборудования стандартов Ethernet, Token Ring, FDDI,
ARCnet;
. Наличие популярных прикладных интерфейсов и механизмов вызова удаленных процедур RPC;
. Возможность взаимодействия с системой контроля и управления сетью, поддержка стандартов управления сетью SNMP.

Конечно, ни одна из существующих сетевых ОС не отвечает в полном объеме перечисленным требованиям, поэтому выбор сетевой ОС, как правило, осуществляется с учетом производственной ситуации и опыта. В таблице 2.1. приведены основные характеристики популярных и доступных в настоящее время сетевых ОС.

Таблица. 2.1. Основные характеристики сетевых ОС
|Novell |Специализированная операционная система, |
|NetWare |оптимизированная для работы в качестве файлового |
|4.1 |сервера и принт-сервера |
| |Ограниченные средства для использования в качестве |
| |сервера приложений: не имеет средств виртуальной |
| |памяти и вытесняющей многозадачности, а поддержка |
| |симметричного мультипроцесcирования отсутствовала до |
| |самого недавнего времени. Отсутствуют API основных |
| |операционных сред, используемых для разработки |
| |приложений, - UNIX, Windows, OS/2 |
| |Серверные платформы: компьютеры на основе процессоров|
| |Intel, рабочие станции RS/6000 компании IBM под |
| |управлением операционной системы AIX с помощью |
| |продукта NetWare for UNIX |
| |Поставляется с оболочкой для клиентов: DOS, |
| |Macintosh, OS/2, UNIX, Windows (оболочка для Windows |
| |NT разрабатывается компанией Novell в настоящее |
| |время, хотя Microsoft уже реализовала клиентскую |
| |часть NetWare в Windows NT) |
| |Организация одноранговых связей возможна с помощью ОС|
| |PersonalWare |
| |Имеет справочную службу NetWare Directory Services |
| |(NDS), поддерживающую централизованное управление, |
| |распределенную, полностью реплицируемую, |
| |автоматически синхронизируемую и обладающую отличной |
| |масштабируемостью |
| |Поставляется с мощной службой обработки сообщений |
| |Message Handling Service (MHS), полностью |
| |интегрированную (начиная с версии 4.1) со справочной |
| |службой |
| |Поддерживаемые сетевые протоколы: TCP/IP, IPX/SPX, |
| |NetBIOS, Appletalk |
| |Поддержка удаленных пользователей: ISDN, |
| |коммутируемые телефонные линии, frame relay, X.25 - с|
| |помощью продукта NetWare Connect (поставляется |
| |отдельно) |
| |Безопасность: аутентификация с помощью открытых |
| |ключей метода шифрования RSA; сертифицирована по |
| |уровню C2 |
| |Хороший сервер коммуникаций |
| |Встроенная функция компрессии диска |
| |Сложное обслуживание |
|Banyan |Серверные платформы: |
|VINES 6.0 |ENS for UNIX: работает на RISC-компьютерах под |
|и ENS |управлением SCO UNIX, HP-UX, Solaris, AIX ENS for |
|(Enterpris|NetWare: работает на Intel-платформах под управлением|
|e |NetWare 2.x, 3.x, 4.x |
|Network |VINES работает на Intel-платформах |
|Services) |Клиентские платформы: DOS, Macintosh, OS/2, UNIX, |
|6.0 |Windows for Workgroups, Windows NT |
| |Хороший сервер приложений: поддерживаются вытесняющая|
| |многозадачность, виртуальная память и симметричное |
| |мультипроцессирование в версии VINES и в ENS-версиях |
| |для UNIX. Поддерживаются прикладные среды UNIX, OS/2,|
| |Windows |
| |Поддержка одноранговых связей - отсутствует |
| |Справочная служба - Streettalk III, наиболее |
| |отработанная из имеющихся на рынке, с |
| |централизованным управлением, полностью |
| |интегрированная с другими сетевыми службами, |
| |распределенная, реплицируемая и автоматически |
| |синхронизируемая, отлично масштабируемая |
| |Согласованность работы с другими сетевыми ОС: |
| |хорошая; серверная оболочка работает в средах NetWare|
| |и UNIX; пользователи NetWare, Windows NT и LAN Server|
| |могут быть объектами справочной службы Streettalk III|
| | |
| |Служба сообщений - Intelligent Messaging, |
| |интегрирована с другими службами |
| |Поддерживаемые сетевые протоколы: VINES IP, TCP/IP, |
| |IPX/SPX, Appletalk |
| |Поддержка удаленных пользователей: ISDN, |
| |коммутируемые телефонные линии, X.25 |
| |Служба безопасности: поддерживает электронную подпись|
| |(собственный алгоритм), избирательные права доступа, |
| |шифрацию; не сертифицирована |
| |Простое обслуживание |
| |Хорошо масштабируется |
| |Отличная производительность обмена данными между |
| |серверами, хуже - при обмене сервер-ПК |
|Microsoft |Серверные платформы: компьютеры на базе процессоров |
|Windows NT|Intel, |
|Server |PowerPC, DEC Alpha, MIPS |
|3.51 и 4.0|Клиентские платформы: DOS, OS/2, Windows, Windows for|
| |Workgroups, Macintosh |
| |Организация одноранговой сети возможна с помощью |
| |Windows NT Workstation и Windows for Workgroups |
| |Windows NT Server представляет собой отличный сервер |
| |приложений: он поддерживает вытесняющую |
| |многозадачность, виртуальную память и симметричное |
| |мультипроцессирование, а также прикладные среды DOS, |
| |Windows, OS/2, POSIX |
| |Справочные службы: доменная для управления учетной |
| |информацией пользователей (Windows NT Domain |
| |Directory service), справочные службы имен WINS и DNS|
| | |
| |Хорошая поддержка совместной работы с сетями NetWare:|
| |поставляется клиентская часть (редиректор) для |
| |сервера NetWare (версий 3.х и 4.х в режиме эмуляции |
| |3.х, справочная служба NDS поддерживается, начиная с |
| |версии 4.0), выполненная в виде шлюза в Windows NT |
| |Server или как отдельная компонента для Windows NT |
| |Workstation; недавно Microsoft объявила о выпуске |
| |серверной части NetWare как оболочки для Windows NT |
| |Server |
| |Служба обработки сообщений - Microsoft Mail |
| |NT - Microsoft Message Exchange, интегрированная с |
| |остальными службами Windows NT Server |
| |Поддерживаемые сетевые протоколы: TCP/IP, IPX/SPX, |
| |NetBEUI, Appletalk |
| |Поддержка удаленных пользователей: ISDN, |
| |коммутируемые телефонные линии, frame relay, X.25 - с|
| |помощью встроенной подсистемы Remote Access Server |
| |(RAS) |
| |Служба безопасности: мощная, использует избирательные|
| |права доступа и доверительные отношения между |
| |доменами; узлы сети, основанные на Windows NT Server,|
| |сертифицированы по уровню C2 |
| |Простота установки и обслуживания |
| |Отличная масштабируемость |
|IBM LAN |Серверные платформы: операционные системы MVS и VM |
|Server 4.0|для мейнфреймов; AS/400 с OS/400, рабочие станции |
| |RS/6000 с AIX, серверы Intel 486 или Pentium под OS/2|
| | |
| |Поставляется с оболочками для клиентов: DOS, |
| |Macintosh, OS/2, Windows, Windows NT, Windows for |
| |Workgroups |
| |Серверы приложений могут быть организованы с помощью |
| |LAN Server 4.0 в операционных средах MVS, VM, AIX, |
| |OS/2, OS/400. В среде OS/2 поддерживаются: |
| |вытесняющая многозадачность, виртуальная память и |
| |симметричное мультипроцессирование |
| |Организация одноранговых связей возможна с помощью ОС|
| |Warp Connect |
| |Справочная служба - LAN Server Domain, то есть основа|
| |на доменном подходе |
| |Поддерживаемые сетевые протоколы: TCP/IP, NetBIOS, |
| |Appletalk |
| |Безопасность - избирательные права доступа, система |
| |не сертифицирована |
| |Служба обработки сообщений - отсутствует |
| |Высокая производительность |
| |Недостаточная масштабируемость |

3. ВЫБОР БАЗЫ ДАННЫХ

3.1. Определение СУБД

Традиционных возможностей файловых систем недостаточно для построения даже простых информационных систем из-за возникающих потребностей, которые не покрываются возможностями систем управления файлами:
. поддержание логически согласованного набора файлов;
. обеспечение языка манипулирования данными;
. восстановление информации после разного рода сбоев;
. реально параллельная работа нескольких пользователей.

Можно считать, что если прикладная информационная система опирается на некоторую систему управления данными, обладающую этими свойствами, то эта система управления данными является системой управления базами данных
(СУБД).

3.2. Основные функции СУБД

Более точно, к числу функций СУБД принято относить следующие:

3.2.1. Непосредственное управление данными во внешней памяти

Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, для убыстрения доступа к данным в некоторых случаях
(обычно для этого используются индексы). В некоторых реализациях СУБД активно используются возможности существующих файловых систем, в других работа производится вплоть до уровня устройств внешней памяти. В развитых
СУБД пользователи в любом случае не обязаны знать, использует ли СУБД файловую систему, и если использует, то как организованы файлы. В частности, СУБД поддерживает собственную систему именования объектов БД.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6