Реферат: Операционные системы

B Tree и B+Tree

                Многие программисты не знакомы со структурой данных, известной как двоичное дерево. Двоичные деревья это методика для логического упорядочивания совокупности элементов данных. В простом двоичном дереве каждый узел содержит некоторые данные, включая значение ключа, которое определяет логическую позицию узла в дереве, и указатели на левые и правые поддеревья узла. Узел который начинает дерево известен как корень; узлы которые сидят на конце ветви дерева иногда называются уходами. Такие простые двоичные деревья, хотя просты в понимании и применении, имеют недостатки (неудобства), обнаруженные практикой. Если ключи распределяются не оптимально или добавляются к дереву в непроизвольном режиме, дерево может становиться совершенно асимметричным, что приводит к большим различиям между временами обхода дерева. Поэтому большое количество программистов предпочитают в использовании сбалансированные деревья известные как B-Tree.

Вывод: мы познакомились с файловой системой HPFS.

Цель работы: Знакомство с файловой системой NTFS

NTFS (New Technology File System)

В название файловой системы NTFS не зря входят слова <New Technology>, то есть <новая технология> - NTFS содержит ряд значительных усовершенствований и изменений, специфических для Windows NT. С точки зрения пользователей, файлы по-прежнему хранятся в каталогах (часто называемых <папками> в среде Windows). Однако в NTFS, в отличие от FAT, не существует ни особых свойств корневых каталогов, ни ограничений, связанных с аппаратурой (например, возможности обращения к максимальному количеству дисковых секторов или кластеров). На томах NTFS не существует специальных областей наподобие таблицы размещения файлов, по которой FAT получила свое имя.

При проектировании NTFS особое внимание было уделено следующим характеристикам:

·  Надежность. Высокопроизводительные компьютеры и системы совместного пользования должны обладать повышенной надежностью, которая является ключевым элементом структуры и поведения NTFS.

·  Расширенная функциональность. NTFS проектировалась с учетом возможного расширения. В ней были воплощены многие дополнительные возможности - усовершенствованная отказоустойчивость, эмуляция других файловых систем, мощная модель безопасности, параллельная обработка потоков данных и создание файловых атрибутов, определяемых пользователем.

·  Поддержка POSIX. Поскольку правительство США требует, чтобы все закупаемые им системы хотя бы в минимальной степени соответствовали стандарту POSIX, такая возможность была предусмотрена и в NTFS. К числу базовых средств файловой системы POSIX относится необязательное использование имен файлов с учетом регистра, хранение времени последнего обращения к файлу и механизм так называемых <жестких ссылок> - альтернативных имен, позволяющих ссылаться на один и тот же файл по двум и более именам.

·  Гибкость. Модель распределения дискового пространства в NTFS отличается чрезвычайной гибкостью. Размер кластера может изменяться от 512 байт до 64 Кбайт; он представляет собой число, кратное внутреннему кванту распределения дисковой аппаратуры. NTFS также поддерживает длинные имена файлов, набор символов Unicode и альтернативные имена формата 8.3 для совместимости с FAT.

Преимущества NTFS

NTFS превосходно справляется с обработкой больших массивов данных (см. табл. 1) и достаточно хорошо проявляет себя при работе с томами объемом 400 Мбайт и выше. Поскольку в основу структуры каталогов NTFS заложена эффективная структура данных, называемая <бинарным деревом>, время поиска файлов в NTFS не связано линейной зависимостью с их количеством (в отличие от систем на базе FAT).

NTFS также обладает определенными средствами самовосстановления, поэтому для разделов NTFS пользователям никогда не придется использовать утилиты восстановления диска. В частности, удаляемые файлы в NTFS помещаются в <корзину> (Recycle Bin). Пользователи могут восстановить удаленные файлы без помощи утилиты Undelete или ее аналогов. Однако NTFS также поддерживает различные механизмы проверки целостности системы, включая ведение журналов транзакций, позволяющих воспроизвести все файловые операции записи по специальному системному журналу.

Цель лабораторной работы:

1.    Структура распределения памяти в среде DOS

Организация памяти

                 Память состоит из большого количества отдельных элементов, каждый  из которых предназначен  для хранения  минимальной единицы  информации -  1 байта. Каждому элементу соответствует уникальный числовой адрес. Первому элементу  присвоен  адрес  0,  второму  -  1  и  т.д., включая последний элемент, чей адрес определяется общим количеством элементов памяти минус единица. Обычно  адрес определяется  шестнадцатеричным числом  (в тексте шестнадцатеричные  числа  помечаются  заглавной  «Н», например, 10Н).

Сегменты

     Процессор  компьютера  (CPU)   делит  память  на   блоки,  называемые сегментами.   Каждый   сегмент   занимает   64   К  и  каждому  сегменту соответствует уникальный числовой адрес. Процессор имеет четыре регистра сегмента.  Регистр  -  это  внутренняя  структура,  предназначенная  для хранения  информации.  Регистры  сегмента  предназначены  для   хранения адресов  отдельных  сегментов.  Они  называются  CS  (сегмент  кода), DS (сегмент  данных),  SS  (сегмент  стэка)  и ES (запасной сегмент). Кроме указанных,  процессор  имеет  еще  9  регистров. В данный момент следует отметить  регистры  IP  (указатель  команды)  и  SP  (указатель  стэка). Регистры CS и IP в паре составляют длинный адрес команды, которая  будет выполняться следующей. Регистры SS и SP в паре составляют длинный  адрес стэка.

Доступ к памяти

            Доступ  к  ячейкам   памяти  осуществляется  посредством   соединения содержимого регистра  сегмента с  содержимым того  или другого регистра. Таким образом  определяется адрес  требуемого участка  памяти. Например, адрес  следующей  команды  определяется  содержимым  регистров  CS  и IP (записывается «CS:IP»). После выполнения команды и ее удаления из памяти содержимое IP изменяется  так, чтобы в  регистрах CS:IP находился  адрес команды, которая будет выполнена после данной.

            Способ объединения регистров для определения адреса ячейки памяти  не накладывает  ограничений   на  количество   доступной  памяти.   Верхнее ограничение  зависит  от  физического  строения  памяти  (т.е. от общего количества ячеек). Первые  версии MS-DOS разрабатывались  для процессора Intel 8088 CPU.  Каждый регистр этого  процессора рассчитан на  хранение 16-битового числа. То есть  CPU 8088 комбинирует содержимое  сегментного регистра  (скажем,  CS)  с  содержимым  другого  регистра  (скажем, IP), получая 20-битовый  адрес памяти,  что ограничивает  доступную память до 2^20 байтов или 1 Мб.

Позже появились усовершенствованные версии MS-DOS и соответственно им усовершенствованные   процессоры   CPU   80286   и   80386,  позволяющие производить  доступ  к  ячейкам,  расположенным  за  границей первого Мб памяти.

Доступ  к  памяти  организуется  соединением  содержимого  одного  из регистров сегмента с содержимым одного из оставшихся регистров. Значение сегментного  регистра  называется  адресом  сегмента. Значение остальных регистров в этом случае  называется относительным адресом ячейки  памяти (от начала сегмента) или ее коротким адресом. Таким образом, адрес байта вычисляется посредством умножения адреса сегмента на 16, и к полученному значению добавляется короткий адрес.

Сегментные регистры

               Сегментные регистры используются  при идентификации сегмента  памяти. Сегмент - это непрерывный блок памяти, длиной 64 К. Сегментные  регистры применяются в комбинации с регистром указателя или индексными регистрами и в этом случае идентифицируют конкретную ячейку памяти.

Всего сегментных регистра четыре. регистр CS обычно используется  при идентификации блока памяти, в котором хранится код программы. регистр DS при  идентификации  участка  памяти,  в котором находятся данные этой программы. С помощью регистра SS  организуется доступ к стэку.   (Стэк - это  временно  распределенная  область  памяти, обеспечивающая интерфейс «MS-DOS-пpикладная  программа»).  Регистр   ES  -  дополнительный   (или запасной) сегментный регистр.  На него возложены  разнообразные функции, часть из которых рассматривается ниже.

Регистры стека

                  Имеется два регистра стэка. Они применяются в комбинации с  регистром SS и определяют местонахождение стэка. регистр SP называется  указателем начала стэка, и в комбинации  с регистром SS идентифицирует первый  байт стэка. Регистр  BP называется  указателем базы  стэка и  в комбинации  с регистром SS идентифицирует последний байт стэка.

Индексные регистры

      Индексных  регистра  тоже  два.  регистры  SI  и  DI  применяются   в комбинации с одним из сегментных регистров и определяют  местонахождение конкретной ячейки памяти. регистр SI обычно комбинируют с регистром  DS, регистр DI - с регистром ES.

Регистры общего назначения

              К регистрам общего назначения относятся регистры AX, BX, CX и DX (их четыре). Это многофункциональные регистры.

Регистр указателя команды

Регистр  IP  обычно  применяется  в  комбинации  с  регистром  CS   и определяет адрес следующей команды.

Регистр флагов состояния

В регистре флагов обычно находятся девять флагов состояния процессора (каждый флаг занимает 1 бит). Эти флаги определяют результат  конкретных операций, выполняемых под управлением MS-DOS.

Регистры памяти

регистр  памяти  включает  2  байта  данных  (или  16 битов). Реально регистры общего назначения однобайтные. Так, регистр AX включает регистр AH (который составляет старший байт  регистра AX) и регистр AL  (который составляет младший байт регистра  AX). Аналогично, регистры BH,  BL, CH, CL, DH и DL - однобайтные.

Вся память делится на conventional (от 1 до 1 Mb) и extended. В данных момент expanded память встречается редко и мы не будем ее упоминать, кроме как результат использования эмулятора (EMM386.EXE, QEMM386, 386MAX). Первый 1 Mb состоит из conventional (640K) и резервных 384K, которые содержат в себе буфера видеопамяти, код BIOSа для видео и дополнительных устройств. Неиспользованные блоки могут использоваться для загрузки DOS-пpогpамм. Для этого ваш менеджер памяти создает upper memory blocks (UMB). UMB (или upper memory) позволяет расширить область памяти, в которую возможна загрузка резидентных программ/драйверов (на всякий случай, не надо забывать, что мизерная часть TSR-пpогpамм не работает при загрузке в адресное пространство выше 640 Kb), что освобождает первые 640K для работы других DOS-пpогpамм.

Существует только один путь создания UMB -- через использование менеджеров памяти. Мы рассмотрим стандартную и входящий в поставку EMM386.EXE. Итак, минимальный набор для организации UMB:

config.sys

            dos = high,umb

            device = himem.sys

device = emm386.exe noems

Если нужна EMS-память, то придется заменить "noems" на "auto" или  "frame=<64K_buffer_addr>" и надо задать блоки UMB с помощью команды  "ram=<start_addr>-<end_addr>". Пример:

[...]

device = emm386.exe ram=b000-b7ff frame=c800

Загpузку пpогpамм в UMB нужно производить через использование команд DeviceHigh=<driver> (в config.sys) и LH <program>.

Вывод: Мы разобрали структуру распределения памяти в среде DOS.

Цель работы: описать особенности работы операционных систем Windows 95, Windows NT с сетями различных типов.

Windows 95

Сети Microsoft.

Client for Microsoft Networks (клиент для сетей Microsoft) – 32-битный сетевой клиент защищенного режима для Windows 95, содержащий редиректор и другие программные компоненты для доступа к сетям Microsoft. Клиент для сетей Microsoft способен также взаимодействовать (с рядом ограничений) с другими Microsoft-совместимыми серверами на базе протокола SMB (Server Message Block), например, IBM LAN Server, DEC PATHWORKS, AT&T StarLAN и LAN Manager for UNIX Systems.

Вы можете установить клиента Microsoft как единственный вид сетевой поддержки в Windows 95 либо использовать его совместно с клиентом Client for NetWare Networks (Клиент для сетей NetWare) или сетевыми клиентами для других типов сетей.

Сетевая поддержка для компьютеров, работающих с клиентом для сетей Microsoft, включает в себя все сетевые возможности, встроенные в Windows 95:

¨    Автоматическая установка, конфигурирование компьютеров через профили пользователей и системную политику;

¨    Доступ к сетям по телефонным линиям, защита на уровне доступа к разделяемым ресурсам и сквозная защита на уровне пользователей, а также наличие средств удаленного администрирования;

¨    Унифицированный вход в систему и автоматическое восстановление соединения с сетевыми ресурсами.

А вот каковы важнейшие дополнительные преимущества, обеспечиваемые клиентом для сетей Microsoft.

Высокая производительность без использования стандартной памяти. Клиент для сетей Microsoft построен исключительно на 32-разрядных компонентах сетевой поддержки защищенного режима; как и драйвер файловой системы, использует кеш Windows 95 (VCACHE). Он работает с 32-битными версиями NetBEUI, Microsoft TCP/IP, а также Microsoft IPX/SPX-совместимым протоколом и удовлетворяющими спецификации NDIS 3.1 драйверами сетевых адаптеров. Этот клиент защищенного режима рассчитан на работу в многозадачной среде, обеспечивает устойчивые рабочие характеристики и не занимает  стандартную память MS-DOS.

Сервис однорангового разделения ресурсов защищенного режима. С помощью сервиса File and Printer Sharing for Microsoft Networks (Служба доступа к файлам и принтерам сетей Microsoft) компьютер с установленным клиентом для сетей Microsoft можно использовать как сервер в одноранговой сети.

Защита ресурсов и другие виды поддержки в сетях Windows NT. Серверы Windows NT можно применять для проверки правильности регистрации пользователей и обеспечения сквозной защиты разделяемых ресурсов на компьютерах под управлением Windows 95. Такие компьютеры могут распознавать и использовать длинные имена файлов на серверах Windows NT, поскольку в обеих операционных системах применяется одинаковый алгоритм для длинных имен файлов и псевдонимов (aliases).

Кроме того, компьютеры под управлением Windows 95 можно загружать как с локального гибкого или жесткого диска, так и с сетевого диска – общую копию Windows 95 размещенную на сервере Windows NT.

Сети NetWare.

Windows 95 можно запускать на рабочих станциях NetWare, использующих серверы Novell NetWare версий 2.15, 2.2, 3.х и 4.х. Для этого подходят несколько сетевых клиентов:

¨    Новый 32-битный клиент защищенного режима – клиент для сетей NetWare (разработанный Microsoft);

¨    Сетевой клиент реального режима – Novell NetWare 3.x (NETX);

¨    Сетевой клиент реального режима – Novell NetWare 4.x (VLM).

Какого бы клиента вы не выбрали, встроенные средства и команды Windows 95 позволяют выполнять практически все базовые сетевые операции и административные задачи. Клиент для сетей NetWare способен обрабатывать сценарии регистрации и поддерживает все 16-битные утилиты командной строки NetWare 3.х и большую часть утилит NetWare 4.x, поэтому их можно использовать так же, как и при работе с клиентами NETX и VLM под управлением MS-DOS или ранних версий Windows.

Windows 95 предоставляет полностью 32-битное программное обеспечение защищенного режима для сетей NetWare, включая сетевой клиент (называемый также редиректором), IPX/SPX-совместимый протокол, драйверы сетевых адаптеров и средства администрирования. С помощью клиента для сетей NetWare  пользователи Windows 95 получают доступ к сервису серверов NetWare, просматривают серверы NetWare и подключаются к ним, отправляют задания на печать, применяя при этом как сетевой пользовательский интерфейс Windows 95, так и утилиты NetWare.

Независимо от типа клиента Windows 95 обеспечивает следующие возможности для поддержки компьютеров работающих в сетях NetWare:

¨    Автоматическую установку и настройку Windows 95 на рабочих станциях NetWare;

¨    Запуск общей копии Windows 95 для удаленной загрузки рабочих станций и другие разделяемые конфигурации;

¨    Принудительную установку параметров рабочего стола и системы с помощью системной политики;

¨    Архивацию данных для Cheyenne ARCserve и Arcada Backup Exec, а также Simple Network Management Protocols (SNMP);

¨    Полную интеграцию сетевых ресурсов в Network Neighborhood (Сетевое окружение) и такие стандартные элементы управления, как диалоговые окна Open или Save As;

¨    Кэширование пароля для сетевых соединений и защиту на уровне пользователя со сквозным контролем на серверах NetWare;

¨    Размещение заданий на печать в очередях NetWare с использованием метода Point and Print («Указал - печатай»). Кроме того, с помощью сервиса Microsoft Print Services for NetWare Networks (на базе Win32), доступного на компакт-диске с дистрибутивом Windows 95, можно перенаправлять задания из очередей печати NetWare на принтеры, подключенные к компьютерам с клиентом для сетей NetWare.

Сети других поставщиков.

Интегрированная сетевая поддержка – ключевая особенность Windows 95. Новая архитектура с поддержкой широкого спектра различных сетей значительно упростила установку средств для работы как с одной, так и с несколькими сетями. На одном компьютере можно установить любое количество 32-битных сетевых клиентов защищенного режима и один 16-битный клиент реального режима.

В Windows 95  включено два сетевых клиента защищенного режима, а также встроена поддержка нескольких 16-битных сетевых клиентов реального режима. В большинстве случаев – кроме клиентов, встроенных в Windows 95,- понадобится и программное обеспечение от поставщиков соответствующих сетей:

¨    Artisoft LANtastic версии 5.0 и выше;

¨    Banyan VINES версии 5.52 и выше;

¨    DEC PATHWORKS версии 5.0 и выше;

¨    IBM OS/2 LAN Server;

¨    Novell NetWare версии 3.11 и выше;

¨    SunSoft PC-NFS версии 5.0 и выше.

Хотя и допускается одновременная работа с любым числом 32-битных сетевых клиентов, 16-битный сетевой клиент может быть только один.

Сетевое программное обеспечение должно функционировать еще до установки Windows 95, чтобы Setup могла распознать сеть и автоматически установить для нее поддержку.

Если у поставщика Вашей сети пока нет 32-битного сетевого клиента защищенного режима, совместимого с Windows 95, и если Вы не запускаете (или не можете запустить) клиента для сетей Microsoft в дополнение к другим сетевым клиентам, тогда Вам недоступны преимущества сетевой поддержки защищенного режима Windows 95:

¨    Эффективность 32-битных сетевых компонентов защищенного режима, в том числе поддержка Plug&Play, длинных имен файлов, кэширования со стороны клиента, автоматического восстановления подсоединений и другие усовершенствования;

¨    Унифицированный вход в систему и навигация в сети через пользовательский интерфейс Windows 95, а также средства управления сетью;

¨    Профили пользователей для управления конфигурациями рабочих столов.

Windows NT.

В Windows NT входят следующие средства, обеспечивающие работу с различными видами сетей:

¨    Клиентские сервисы для сетей Netware

¨    Удаленный доступ в сеть

¨    TCP/IP, в том числе PPP, SLIP, DHCP и WINS

¨    NetBEUI

¨    NWLink IPX/SPX

¨    Стандарт сокетов Windows, используемый популярными приложениями Internet

¨    RPC для современных приложений архитектуры клиент-сервер

¨    Одноранговые сервисы

¨    Средства связи с Internet

В целях повышения производительности  все вышеперечисленные используемые сетевые протоколы и сервисы в Windows NT  сделаны 32-рарядными. Данный набор встроенных средств сетевой поддержки обеспечивает следующие преимущества:

¨    Простота инсталляции и интеграции с существующими сетями

¨    Ускоренный обмен данными через сеть, что идеально подходит для полномасштабного использования технологий клиент-сервер

¨    Существенное повышение стабильности по сравнению с редиректорами  реального режима

¨    Возможность одновременной работы нескольких редиректоров

¨    Сетевой интерфейс Windows NT прозрачен для пользователя; пользователи могут просматривать в поисках нужного сервера множество разнородных сетей

Сетевые протоколы Windows NT.

TCP/IP

Включение протокола TCP/IP – идеальное решение, если требуется обеспечить межсетевое взаимодействие через глобальные сети и сетевые маршрутизаторы. 32 – разрядный стек TCP/IP, встроенный в состав Windows NT, включает как SLIP, так и PPP. Microsoft TCP/IP в комбинации с Windows NT представляет собой отличное решение для корпоративных гетерогенных сетей, включающих разнотипные системы, которые обладают возможностью наращивания.

Если в качестве протокола корпоративной сети используется TCP/IP, для организации необходимо выработать схему адресации IP. Если в составе  сети имеются серверы Windows NT, то для упрощения централизованного управления IP – адресацией, можно использовать сервисы DHCP и WINS.

ОС Windows NT дает возможность пользователям работать с сервисом удаленного доступа RAS, используя одновременно несколько IP – адресов.

Если ОС Windows NT использует TCP/IP в качестве транспортного протокола, то  компьютеры могут поддерживать коммуникации с иными системами типа рабочих станций и серверов UNIX, а также с принтерами, сконфигурированными на использование IP, без необходимости  в дополнительном сетевом программном обеспечении.

NetBEUI

NetBEUI  представляет собой эффективный и быстрый протокол небольшого объема, оптимизированный для небольших локальных сетей, насчитывающих от 20 до 200 рабочих станций. NetBEUI не обеспечивает трафика через маршрутизаторы, однако эффективно обеспечивает двунаправленный трафик, как ориентированный, так и не ориентированный на соединения, в пределах одного сетевого сегмента. NetBEUI представляет собой самоконфигурирующийся и самонастраиваемый протокол. Его инсталляция и привязка к плате сетевого адаптера осуществляются автоматически в процессе установки Windows NT.

NWLink IPX/SPX.

В состав Windows NT входит протокол NWLink, представляющий собой реализацию транспортных протоколов межсетевого обмена пакетами (IPX) / последовательного обмена пакетами (SPX), используемый в среде NetWare. NWLink  NetBIOS представляет собой расширенную Microsoft реализацию протокола Novell NetBIOS. Он используется  дл передачи пакетов а Novell NetBIOS, и компьютерами Windows NT или только компьютерами Windows NT.

Реализация Microsoft протоколов IPX, SPX и NetBIOS может бесконфликтно и в прозрачном для пользователя режиме сосуществовать с любыми другими сетевыми протоколами, привязанными к плате сетевого адаптера.

DLC (Data Link Control).

Протокол управления каналом данных DLC (Data Link Control), поставляемый в составе  Windows NT, используется не столько для обеспечения сетевых возможностей Windows NT, сколько для доступа к мэйнфреймам IBM. Например, такой протокол, как Microsoft SNA Server  for Windows NT, использует драйвер устройства протокола DLC при поддержке коммуникаций с мэйнфреймами через интерфейс Token Ring. Кроме того, DLC используется  для поддержки связи с принтерами, подключенными не к серверам, а непосредственно в сеть.

Протокол Windows NT DLC позволяет компьютерам, работающим под управлением ОС Windows NT, подключаться к мэйнфреймам IBM, используя эмуляторы 3270. Кроме того, можно подключаться и к компьютерам IBM AS/400 с помощью эмулятора 5250. Протокол DLC работает в сетях Ethernet или в кольцевых сетях с маркерным доступом через драйверы подуровня управления  доступом к среде (MAC - драйверы).

Протокол DLC может работать как с программами, написанными для Windows NT, так и с программами MS-DOS и 16 – разрядными приложениями Windows.

Apple Talk.

Протокол AppleTalk применяется для доставки данных через сети, в которых имеется компьютер, работающий под управлением Windows NT, сконфигурированный для использования сервисов Windows NT для Macintosh. Работающие станции Apple Macintosh, поддерживающие этот протокол, могут совместно использовать файлы и принтеры.

 Протокол AppleTalk используется разработчиками прикладного программного обеспечения, создающими кросс-платформные приложения для Windows NT и Macintosh. При передаче файлов через сети Ethernet или для удаленной  отладки присутствие в сети сервисов Windows NT для Macintosh не требуется.

Другие 32-разрядные сетевые протоколы.

Если вы используете сети сторонних поставщиков, то следует поискать 32-разрядные компоненты. Существуют готовые решения для сетей Banyan Vines, и многие поставщики предлагают распределенные решения NFS (Network File System), обеспечивающие более удобную интеграцию с UNIX – системами.

Вывод:  мы описали особенности работы операционных систем Windows 95, Windows NT с сетями различных типов.