Тема 1 Введение в сервисы ИКС Структура

Тема 1 – Введение в сервисы ИКС Структура дисциплины Определение и разнообразие ИКС Компоненты ИКС 1

Структура дисциплины – 34 часа, 17 часов – практические занятия (лабораторные), будут проходить в компьютерном классе в 440 на Биржевой. Все материалы будут размещаться на сайте http: //aad. tpu. ru/1955 – презентации, инструкции во выполнению практических и домашних заданий. Лекции 2

Структура дисциплины(cont) Лабораторные работы (cont) ◦ Ряд лабораторных работ выполняется по освоению разработки приложений с использованием объектно-ориентированного языка Java в IDE Eclipse. а) основная литература: 1. Брукшир Дж. Информатика и вычислительная техника. 7 -е изд. - СПб. : Питер: Питер, 2004. - 620 с. 2. . В. Г. Олифер, Н. А. Олифер Сетевые операционные системы. Учебник. Издат. дом “Питер”, 2001 (http: //education. aspu. ru/view. php? olif=index) 3. Н. А. Вязовик, Программирование на Java, http: //www. intuit. ru/department/pl/javapl/ 4. Кен Арнольдс, Джеймс Гослинг Язык программирования JAVA 3 -е издание, Питер 1977, 250 с. (Есть в интернет и будет ссылка) 5. Мартин Фаулер, UML. Основы. Краткое руководство по стандартному языку объектного моделирования - Символ-Плюс – 2011 – 192 с. 6. А. А. Дубаков Проектирование информационных систем» : учебное пособие для бакалавров, Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. 258 с. б) дополнительная литература: 3. Орлов С. А. Технологии разработки программного обеспечения: Учебник для вузов, 3 -е изд. - СПб. : Питер, 2004. - 528 с. 3

Эволюция ИКТ Развитие инфокоммуникационных технологий является трендом общего процесса развития общества и тесно взаимосвязано практически со всеми процессами, происходящими в обществе, науке и технике, экономике и других областях деятельности человека. Рост потребности в информационном обмене и его значимость в жизни создает благоприятные условия для развития и внедрения новейших инфокоммуникационных технологий, что в свою очередь, воздействует на процессы, происходящие в жизни и деятельности человека. Технологии преобразуют общество. В процессе развития ИКТ увеличиваются объемы обрабатываемой и передаваемой информации, виды ее представления (от текстов к мультимедиа), способы передачи и хранения (по проводам, радиоканалам, оптике), количество вовлеченных в обмен данными, распределение между пользователями, требования к своевременности и достоверности (качеству). Важность информации в жизни общества, а также совершенствование средств передачи, обработки и хранения данных приводят к возрастанию роли инфокоммуникационных систем (ИКС) - области деятельности, включающей все информационные объекты (пользователи и другие источники и потребители информации), а также средства и способы хранения и доставки информации (телекоммуникационные системы). 4

Рост объема информации Более чем пятикратное увеличение за 4 года 1 exabyte 1. 0 × 1018 байта 5

Разрастание информации START 1. 1 MB Отправлено четырем коллегам E-mail с документом E-mail с doc 1. 1 MB Документ 1 MB E-mail с док-том 1. 1 MB 2. 2 MB E-mail с doc 1. 1 MB 1. 0 MB 2. 1 MB 2. 2 MB E-mail с doc 1. 1 MB 2. 2 MB 2. 1 MB Дополнительный E-mail Backup 4. 2 MB Back-up на ленту Backup 8. 8 MB Оригинал Документ Текст E-mail Лок. копия E-mail Сервер Backup компьютера Доп. Back-up Архив на ленте Копии (4) Лок. Копии E-mail Копии на сервере Backup сервера Архив на ленте MB 1. 0 0. 1 1. 0 2. 1 4. 2 9. 5 4. 4 8. 8 22. 0 Временные файлы 20. 0 Всего Back-up на ленту 51. 5 FINISH 51. 5 MB! Source: IDC White Paper, "The Diverse and Exploding Digital Universe, " Sponsored by EMC, March 2008 6

Понятие «инфокоммуникационные системы» (1) Инфокоммуникационная система (ИКС) представляет собой объединение людей, вычислительных процессов, данных, интерфейсов, систем хранения и сетей, которые взаимодействуют на основе инфокоммуникационных технологий для предоставления сервисов с целью улучшения коммуникаций и рутинных операций, а также для обеспечения информационных потребностей пользователей различных категорий. Приложение - основанное на применении компьютера решения одной или более бизнес-задач или удовлетворения инфокоммуникационных потребностей. ИКС может состоять из одного или более приложений. Инфокоммунникационная технология – обозначает современный термин, описывающий комбинацию компьютерных технологий (hardware и software) с телекоммуникационной технологией (сетей передачи данных, в том числе мультимедиа) и коммуникационной 7 инфраструктуры.

СТРКТУРА ИКС 8

Понятие «инфокоммуникационные системы» (2) Объединяет две составляющие: информационные технологии и телекоммуникационные технологии. Не просто компьютер, но в сети. К информационным технологиям относится прежде всего то, что связано с прикладным программным обеспечением - различные приложения, насыщающие ИКС прикладными задачами (например, СУБД и базы данных, системы коммуникаций (CHAT, ICQ, Facebook, Whats. App, Skype и пр. ), различные иные прикладные программы). Они создают надстройку над «технологическим фундаментом» , роль которого выполняет телекоммуникационная инфраструктуракомплекс распределенный взаимодействующих компонентов в сети. К телекоммуникационным технологиям - средства, обеспечивающие инфраструктуру - системно-технический базис для ИКС различной направленности. ◦ глобальная телекоммуникационная сеть (транспортная инфраструктура, средства абонентского доступа в сеть) ; ◦ это и сетевое оборудование (локальные сети, маршрутизаторы, сервера, центры обработки данных - ЦОД). Практически эти две составляющие пронизывают друга таким образом, что их подчас трудно различить. Смещение акцента в ту или иную составляющую ИКС определяет профиль направления 210700 Инфокоммуникационные технологии и системы связи Сервисы и услуги в инфокоммуникационных системах связи 9

Разнообразие ИКС Предметная область (ПО) — часть реального мира (объекты и отношения между ними), рассматриваемая в пределах некоторого познавательного интереса: область исследований или область, которая является объектом некоторой деятельности, в частности, разработкой ИКС. Производственное предприятие, Университет, Документооборот в организации, Обмен сообщениями, «В контакте» т. п. Предметная область характеризуется составом объектов и отношений между ними и обладает некоторой спецификой организации бизнес-процессов и, в этой связи, предполагает специальный подход в функционировании ИКС. Наличие специфики ПО является причиной большого разнообразия ИКС. Бизнес-процесс — это совокупность взаимосвязанных видов деятельности или задач, направленных на производство определенного продукта или услуги для потребителей, в том 10

Требования к ИКС Удовлетворение потребностей пользователей и предоставление необходимых услуг; Способность к развитию и настройке на новые функциональные возможности в рамках действующей ИКС, в том числе, на новых пользователей; Удобство представления услуг (Usability) и сопровождения системы; Надежность функционирования; Эффективность использования вычислительных ресурсов. 11

Многоуровневый характер услуг Основной функцией ИКС является предоставление информационно-вычислительных услуг (сервисов - service) пользователям на основе применения соответствующих приложений (исполняемых программ) по хранению, передаче, обработки и представлению данных, выполняющихся на компьютере под управлением операционных систем и сетевого взаимодействия. Услуги предоставляются на основе многоуровневого подхода, при котором услуги одного уровня ИКС реализуются с помощью услуг другого более низкого уровня на основе соответствующего интерфейса. 12

Многоуровневый подход Задача конечного пользователя Услуги управления заданием ОС Конечный пользователь Приложение Интерфейс пользователя Интерфейс ОС Запуск приложения Вычислительные услуги ОС Вычислительные услуги ресурсов компьютера Операционная система Аппаратное обеспечение Интерфейс API ОС Программный интерфейс компьютер 13

Что такое данные? Данные - Data Представляют собой набор сырых (необработанных) фактов, на основе которых в результате обработки может быть получена информация и знания (умозаключения) Данные конвертируются в более удобный формат − цифровые данные Факторы для роста: Digital Movie Digital Photo ◦ Увеличение возможностей обработки данных Book ◦ Снижение стоимости цифрового Letter хранения ◦ Доступные и быстрые коммуникационные технологии ◦ Распространение приложений и интеллектуальных устройств e-Book email 10101011010 00010101011 01010101010 1010101 Цифровые данные 14

Типы данных Данные классифицируются на: ◦ Структурируемые хранятся в базах данных в виде строго форматированных записей под управлением СУБД ◦ Неструктурируемые не позволяют организовать поиск на основе содержания PDFs email Attachments Unstructured (90%) X-rays Большинство создаваемых данных не структурированы Manuals Images IT-индустрия озабочена созданием новых архитектур, Forms технологий, методов и навыков Contracts хранения, управления, анализа и извлечения выгоды от неструктурированных данных Structured (10%) из многочисленных источников Database Instant Messages Documents Web Pages Rich Media Invoices Audio, Video 15

Big Data Большие данные - VVV Имеют отношение к наборам данных, размеры которых выходит за пределы возможностей часто используемых инструментальных программных средств для обеспечения сбора, хранения, управления и обработки в приемлемые сроки Включает как структурированные так и неструктурированные данные, производимые различными источниками Анализ больших данных в реальном масштабе времени требует новых методов и инструментариев, которые обеспечивают: ◦ Высокую производительность ◦ Платформы для обработки данных с массовым параллелизмом - Massively parallel processing (MPP) ◦ Углубленную аналитику Аналитика больших данных дает возможность переводить 16 16 большие объемы данных в правильные решения

Системы хранения (Storage) Сохраняет данные, созданные людьми и организациями ◦ Обеспечивает доступ к данным для дальнейшей обработки Примеры устройств хранения : ◦ Медиа-карты в мобильном телефоне или цифровой камере ◦ CD-ROM (650— 879 Мб), DVD (1, 4 ГБ- 9, 4 ГБ до 17, 08), Blu-ray Disc, (BD до 128 ГБ) ◦ Дисководы HDD, SSD – терабайты-ТБ ◦ Дисковые массивы - внешнее устройство хранения, состоящее из нескольких жестких дисков (Петабайты) ◦ Магнитные ленты 17

Data Center - Центр обработки данных Data Center Это объект, который содержит системы хранения, вычислительные, сетевые и другие ИТ-ресурсы для обеспечения возможностей централизованного обработки данных. Основные элементы центра обработки данных ◦ Приложения (Application) ◦ Хосты или вычислители ◦ Системы хранения ◦ Сеть ◦ Система управления базами данных (СУБД) Database management system (DBMS) Эти основные элементы работают совместно для обеспечения требований обработки данных 18

Фрагмент ЦОД 19

Хост (Compute) Пользователи сохраняют и извлекают данные, используя приложения Ресурс, который запускает приложения с помощью вычислительных компонент ◦ Пример: Серверы, мейнфреймы, лэптопы, десктопы, планшеты, кластеры серверов, и т. п. . Состоит из аппаратных и программных компонент Аппаратные компоненты LAN ◦ Процессор (CPU), память (RAM) и устройства ввода/вывода (I/O) Программные компоненты ◦ ОС, драйверы устройств, файловая система, менеджер томов и т. д. 20

Основные характеристики хоста Процессор (CPU): машинный язык как систему команд процессора, архитектура (CISC, RISC), программноадресуемые регистры (разрядность) Al, Ah, Ax, EAx разрядность (8 -16 -32 -64 бит), Частота от 1 Mhz до 3 Mhz, объем Кэш памяти, количество ядер Системная шина фиксирует порядок взаимодействия всех компонентов архитектуры, пропускная способность до 16 GT/s(Гигатранзакций/с в PCIe 4. 0 или более до 2015 г. ) Память (RAM): схема организации (реальная/ виртуальная, линейная/страничная/сегментная); объем адресуемого АП ( 1 Mb, 4 Gb, 16 Tb) Внешняя память: Объем в Gb, интерфейс (IDE/ATA, SCSI), IOPS 21

Модель процессора Регистры – быстродействующие запоминающие устройства используются для временного хранения данных, располагаются в центральном процессоре и доступные из машинных программ. Размер регистров определяет разрядность процессора. Доступ к регистрам выполняется значительно быстрее, чем к RAM, поэтому использование регистров заметно сокращает время выполнения программ. • регистры общего назначения (I 8080); AX accumulator, аккумулятор; BX base, база; CX counter, счетчик; В регистре IP всегда находится DX data, данные адрес команды, которая должна SI source index, индекс источника; быть выполнена следующей. DI destination index, индекс приемника; BP base pointer, указатель базы; Program Status Word (PSW) или SP stack pointer, указатель стека; Регистр признаков (флагов) – это add DI, SP регистр процессора, который хранит sub BP, CX флаги условий и состояний 22

Регистр флагов 8086, Pentium FLAGS — это регистр состояния. Из его 16 разрядов используются только девять: CF (Carry Flag) — флаг переноса при арифметических операциях, PF (Parity Flag) — флаг четности результата, AF (Auxiliary Flag) — флаг дополнительного переноса, ZF (Zero Flag) — флаг нулевого результата, SF (Sign Flag) — флаг знака (совпадает со старшим битом результата), TF (Trap Flag) — флаг пошагового режима (используется при отладке), IF (Interruptenable Flag) — флаг разрешения аппаратных прерываний, DF (Direction Flag) — флаг направления при строковых операциях, OF (Overflow Flag) — флаг переполнения 86 386 23

CISC-RISC (Complex Instruction Set Computing): ◦ Большое число различных по формату и длине команд (от 1 до 6 байт); ◦ Большое число различных систем адресации; ◦ Сложная кодировка инструкции. RISC (Reduced Instruction Set Computing). Система команд имеет упрощенный вид. ◦ Все команды одинакового формата с простой кодировкой и выполняются за один такт. ◦ Обращение к памяти происходит путем команд загрузки и записи, остальные команды типа регистр. Регистров больше чем в CISC. ◦ Команда CPU не требует дешифрации. 24 ◦

Системная шина 25

Чтение данных памяти qпроцессор устанавливает на шине адреса адрес ячейки памяти, которую хочет прочитать qна шине управления процессор выставляет сигнал чтения и сигнал готовности qзаметив сигнал готовности, все устройства проверяют, не стоит ли на шине адреса их адрес qпамять «замечает» , что выставлен ее адрес qпамять читает адрес qпамять выставляет на шине данных требуемую информацию qпамять выставляет на шине управления сигнал готовности qпроцессор читает данные с шины данных 26 q. Процесс завершен

Принципы вычислений Фон-Неймана Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. 27

Модель вычислений PC – счетчик программы AC- аккумулятор IR – регистр команды Задача: Сложить два числа, размещенные по адресу 940 и 941 и поместить результат по адресу 941 28

Выполнение команд 29

Память хоста Память разделяется на два вида: оперативную и внешнюю построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. Оперативная память содержит: ПЗУ и ОЗУ ◦ ПЗУ ( ROM - Read-Only Memory) - место хранения постоянной информации. ПЗУ размещает данные об аппаратных особенностях хоста и базовой системы ввода/вывода операционной системы - BIOS ◦ ОЗУ (RAM - Random Access Memory -) – размещает выполняемые в данный момент программы (Bit, byte, Kb, Mb, Gb, Tb, Pb, Eb, Zb, Yb 30

Страничная организации памяти Страничная организация памяти реализует концепцию несвязного распределения памяти ЭВМ и означает: ◦ Разделение ОП хоста на блоки фиксированной длины размером степени 2, обычно 4096 байт(frame). ◦ Разделение адресного пространства программы загрузчиком на блоки фиксированного размера, равного длине блока, называемых страницами (page); ◦ Динамически поблочно выдается память программам в любом месте памяти; ◦ Аппаратная поддержка соответствия номеров блоков ОП хоста и страниц процесса по соответствующей таблице отображения страниц (ТОС). 31

Логический адрес Адрес, генерируемый процессором состоит из: ◦ Page number (p) – используется как индекс в таблицу страниц, которая содержит базовый адрес каждой страницы в физической памяти. Page offset (d) – совместно с базовым адресом определяют адрес физической памяти, который посылается контроллер памяти Page Number Offset

Преобразование адресов Page Table Entry P M Other Control Bits Frame Number • Каждый процесс имеет свою таблицу страниц (page table) • Каждая строка таблицы содержит номер блока, соответствующий странице в памяти • P-бит требуется для индикации присутствия страницы в памяти • M-бит требуется для индикации модификации содержания страницы

Концепция виртуальной памяти (1) Виртуальным называется ресурс, который пользователю или пользовательской программе представляется обладающим свойствами, которыми он в действительности не обладает. Пользователю может быть предоставлена виртуальная оперативная память, размер которой превосходит всю имеющуюся в системе реальную оперативную память. Пользователь пишет программы так, как будто в его распоряжении имеется однородная оперативная память большого объема, но в действительности все данные, используемые программой, хранятся обычно на дисках, и при необходимости частями отображаются в реальную память со страничной организацией

Концепция виртуальной памяти (2) Виртуальной памятью называется основная память процесса, адресное пространство которого соответствует диапазону непосредственной адресации системы команд хоста и которая обычно не совпадает с объемом реальной памяти ЭВМ Начиная с Intel 386 (32 разрядные МП) – для каждого процесса выделяется адресное пространство размером 4 Gb. Для Intel Itanium, Xeon, AMD Opteron (64 разрядные МП)- для процесса выделяется адресное пространство размером 16 Тb) Одновременно работает N процессов, каждому из которых выделяется виртуальная память, равная адресуемому МП-ом пространству ОП (4 Gb/16 Tb).

Концепция виртуальной памяти (3) Virtual memory – отделение пользовательской логической памяти от физической. ◦ Только часть программы, которая требуется для выполнения находится в памяти (85/15). ◦ При этом логическое адресное пространство может быть значительно больше чем физическое адресное пространство (нет необходимости держать всю программу в ОП). ◦ Доступное адресное пространство должно разделяться несколькими процессами. ◦ Механизм отображения виртуальных в реальные адреса устанавливает между ними соответствие и называется динамическим преобразованием адресов (ДПА). ◦ Происходит более эффективное создание процессов.

Концепция виртуальной памяти (4) ◦ Только части программы, которые необходимы в текущий момент, размещаются в памяти, другие части размещаются во вторичной памяти ◦ Процессы загружается (swapped in) и выгружается (swapped out ) из оперативной памяти на диск (в файл подкачки). В случае расположения данных виртуальной памяти на внешних запоминающих устройствах (например, жестких дисках), как чаще всего и происходит — доступ к памяти замедляется (по сравнению с оперативными запоминающими устройствами).

Концепция виртуальной памяти (5)

Cache память (1) Кэш-память - это способ организации совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который позволяет уменьшить среднее время доступа к данным за счет динамического копирования в "быстрое" ЗУ наиболее часто используемой информации из "медленного" ЗУ. Уменьшеие времени доступа происходит из-за того, что большинство данных, требуемых процессором, оказываются в кэше, и количество обращений к оперативной памяти снижается. Механизм кэширования является прозрачным для пользователя, который не должен сообщать никакой информации об интенсивности использования данных и не должен никак участвовать в перемещении данных из ЗУ одного типа в ЗУ другого типа, все это делается автоматически системными средствами.

Cache память (2) Прозрачна для операционной системы Используется аналогично виртуальной памяти Содержит фрагмент основной памяти Увеличивает скорость работы памяти Работает на частоте процессора, значит обращение может быть каждый такт Скорость процессора быстрее чем скорость памяти Процессор сначала проверяет cache - поиск нужных данных осуществляется по содержимому - значению поля "адрес в оперативной памяти", взятому из запроса Если ссылка не обнаружена в cache, то блок памяти, содержащий данные перемещается в cache Если вытесняемые данные были модифицированы за время нахождения в кэш-памяти, то они переписываются в оперативную память. Если же эти данные не были модифицированы, то их место в кэш-памяти объявляется свободным.

Структура Cache/Main-Memory Address 0 1 2 3 Block (k words) Slot Number Tag 0 1 2 Block C -1 Block Length (k words) (b) Cache Block 2 n - 1 Word Length (a) Main Memory Cache устроена на основе ассоциативной памяти в отличие от RAM (Фон-Нейман) таким образом, что поиск осуществляется ко всей памяти по содержанию и реализуется запрос во всей памяти одной операцией, что существенно сокращает время, но и стоимость.

Модель Cache (1) Размер сache ◦ Небольшой по сравнению с ОП cache имеет существенное влияние на производительность-256 -512 -1024 -2048 Кб Размер блока ◦ Единица обмена данных между cache и ОП ◦ Попадание означает, что информация найдена в cache ◦ Чем больше размер блока, тем больше попаданий, до тех пор пока вероятность использования недавно доставленных данных становится меньше, чем вероятность повторно используемых данных,

Модель Cache (2) Функция отображения ◦ Определяет какой поступающий блок будет занят в cache, в случае отсутствия свободных использует алгоритм замещения ◦ Алгоритм Least-Recently-Used (LRU) – наиболее давнее использование. (предполагается что каждый блок содержит кроме P и M временные метки.

Локальность данных В реальных системах вероятность попадания в кэш составляет примерно 0, 9. Высокое значение вероятности нахождения данных в кэш-памяти связано с наличием у данных объективных свойств: пространственной и временной локальности Пространственная локальность. Если произошло обращение по некоторому адресу, то с высокой степенью вероятности в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам. Временная локальность. Если произошло обращение по некоторому адресу, то следующее обращение по этому же адресу с большой вероятностью произойдет в ближайшее время.

Универсальный принцип кэширования (1) Предыдущие рассуждения справедливы и для всех пар запоминающих устройств, например, для оперативной памяти и внешней памяти. В этом случае уменьшается среднее время доступа к данным, расположенным на диске, и роль кэш-памяти выполняет буфер, расположенный в оперативной памяти. (экономия состоит в сокращении дисковых операций, которые, как увидим позже, содержат механические операции)

Универсальный принцип кэширования (2) В общем случае информация постоянно находится на более низком уровне иерархической структуры памяти, а механизм управления иерархией обеспечивает передачу на верхний уровень наиболее вероятную для обработки информацию. В этом случае верхний уровень работает как КЭШ по отношению к нижнему уровню. Вначале идея рассматривалась только к памяти между ЦП и ОП, затем распространилась в общем смысле на всю иерархию памяти.

Иерархия памяти Объем возрастает Время обращения увеличивается Возрастает стоимость Возрастает скорость доступа Registers Cache Main Memory Disk Cache Magnetic Disk Magnetic Tape Optical Disk

Внешняя память Термин внешняя память (storage) относится к носителям, применяемым в самых разнообразных устройствах, в том числе к магнитным лентам, оптическим дискам, гибким дискам, локальным жестким дискам и сети устройств хранения данных (storage area networks, SAN). SAN – высокоскоростная сеть серверов и доступных устройств хранения, которая формирует систему хранения и обеспечивает централизацию и объединение данных, традиционно по сетям Fibre Channel (FC) (англ. fibre channel — волоконный канал) — семейство протоколов для высокоскоростной передачи данных.

Архитектура ИКС IP Network Клиенты FC SAN Серверы приложений Массивы хранилищ

Варианты внешней памяти Магнитная лента - Tape ◦ Дешевое решение для длительного хранения данных Предпочтительный вариант для резервного копирования в прошлом ◦ Ограничения Последовательный доступ к данным Доступно для работы c одним приложением Физический износ Накладных расходы на сохранение / извлечение ◦ Из-за этих ограничений и присутствия на рынке дешевых дисководов (HDD), ленты больше не являются предпочтительным выбором в качестве резервного копирования для центров обработки данных корпоративного класса. 50

Варианты внешней памяти (прод. ) Оптические диски ◦ Широко используется как средство распространения в небольших, однопользовательских вычислительных средах ◦ Ограничены в емкости и скорости ◦ Записывается однажды читается многократно (WORM): CD-ROM 700 mb DVD-ROM (, до 17 Gb) ◦ Другие варианты: диски CD-RW, Blu-ray (25/50/100/128 Gb (BD-R XL), до 500 Hb – 20 слойные) 51

Варианты внешней памяти (прод. ) Дисковод ◦ Самый популярный носитель ◦ Большая емкость памяти ◦ Произвольный доступ чтения/записи Флэш-диски (solid stated drives – SSD) ◦ Использует полупроводниковые носители ◦ Обеспечивают высокую производительность и низкое энергопотребление 52

Компоненты диска Плата контроллера HDA Магнитный диск и и головки Read/Write Интерфейс Разъем питания Данные кодируются поляризуя магнитную область 53

Структура физического диска Шпиндель Сектор Дорожка Цилиндр Дорожка Диск Как правило, сектор содержит 512 байт 54

8 секторов на дорожку, шесть головок, и 4 цилиндра. Это означает 8 × 6 × 4 = 192 блока Логическая адресация блока Сектор 8 Block 0 Верхний сдой) Головка 0 Block 32 (Нижний слой Цилиндр1 Блок 64 Блок 128 Физический = CHS cylinder, head, & sector общей сложности 8 × 6 × 4 = 192 блоков Адрес логического бока = Block# При секторе 512 байт, 500 -GB диск с форматированной емкостью 465. 7 GB содержит 976, 000 блоков Module 2: Data Center Environment 55

Производительность дискового устройства Электромеханическое устройство ◦ Воздействует на общую производительность системы хранения Время обслуживания дисков ◦ Время , необходимое диску для завершения запроса ввода / вывода, зависит от : Время поиска Время ожидания Скорость передачи данных Время обслуживания= время поиска+время ожидания+скорость передачи 56

Время поиска Время позиционирования головки чтения/записи Чем меньше время поиска, тем быстрее операция I/O Характеристики времени поиска в миллисекундах ◦ Полный ход ◦ Среднее время ◦ Переход на соседнюю дорожку Радиальное перемещение Время поиска диска определяется производителем Module 2: Data Center Environment 57

Время ожидания Время, затраченное на диске для вращения и перемещения данных под головкой R/W Зависит от скорости вращения шпинделя Среднее время ожидания ◦ Половина времени до завершения полного оборота ◦ Для ‘X’ rpm, время ожидания вычисляется в миллисекундах: Среднее время ожидания примерно 5. 5 ms для диска 5, 400 -rpm, и около 2. 0 ms для диска 15, 000 rpm (или 250 -rps) как показано ниже. Среднее вр. ожидания 15 K rpm или 250 rps Module 2: Data Center (15000/60) = (1/2)/250=2 milliseconds Environnent 58

Скорость передачи данных Средний объем данных в единицу времени, который диск может доставить в HBA ◦ Внутренняя скорость передачи : Скорость, с которой данные перемещается от поверхности диска во внутренний буфер диска ◦ Внешняя скорость передачи : Скорость, с которой данные перемещается через интерфейс на адаптер шины Внешняя скорость передачи измеряется здесь Адаптер шины Внутренняя скорость передачи измеряется здесь Буфер Интерфейс Диск Module 2: Data Center Environment 59 Блок дисков С головками

Операционная система ОС действует как посредник между пользователем и программой компьютера, с одной стороны, и АО с другой. Цели операционной системы: ◦ Выполнять программы пользователя и содействовать решению его задач. ◦ Повышать удобство в использовании и производительность труда пользователя. ◦ Максимально эффективно применять АО компьютера. Не допускать узкие мест, которые влияют на производительность. Обеспечивать максимальную загрузку компонентов системы. ◦ Обеспечивать доступность и надежность 60

ОС обеспечивает Интерфейс пользователя (команды в MS DOS, UNIX; графический интерфейс в ОС Windows, x. Window); Разделение аппаратных ресурсов между пользователями - виртуализацию (в многопользовательской и многозадачной ОС); Работу в локальных и глобальных сетях; Возможность работы с общими данными в режиме коллективного пользования; Планирование доступа пользователей к общим ресурсам; блокировка доступа Эффективное выполнение операций ввода-вывода; Восстановление данных и вычислительного процесса в случае ошибок. 61

Определение ОС Это комплекс системных программ, которые обеспечивают возможность использования аппаратуры компьютера путем создания виртуальной машины. Функционально: ◦ Распределитель ресурсов – управляет и распределяет ресурсы (CPU, RAM, I/O и т. п. ). ◦ Управляющая программа – планирует и управляет выполнением программ пользователя и работой устройств I/O. ◦ Провайдер услуг - предоставляет API (Application program Interface) для выполнения рутинных операций Содержит ядро (Kernel) – программа, выполняющаяся все время (все другие являются программами приложениями). 62

Понятие процесса ОС Вычислительный процесс представляет собой программу или задачу в стадии выполнения. Любая запущенная программа-процесс (browserпроцесс). Состояние процесса определяет поток инструкций и обычно включает: ◦ Содержание регистров ◦ Stack – память магазинного типа, где хранится временная информация ◦ Указатели памяти (глобальные переменные и динамически распределенная память) ◦ Таблицы открытых файлов (FCB) ◦ Таблица используемых устройств (UCB) ◦ Информация об управляющих сигналах (+/-, разр. Прерывания, …) ◦ Осн. концепция: процессы отдельны - ни один процесс не может влиять на состояние другого процесса. Вычислительный ресурс - любой объект хоста-компьютера, необходимый для выполнения процесса ◦ монопольные (Принтер, МЛ) ◦ разделяемые (ОП, ДИСКИ) ОС виртуализирует все ресурсы, т. е. придает им свойства не присущие физическим эквивалентам (Каждому процессу выделяется не существующее количество памяти (виртуальной) 63

Виртуализация процессора Несколько программ (процессов) находятся в памяти одновременно, и CPU мультиплексируется (разделяется) между ними. У пользователей программ, выполняющихся под управлением ОС, возникает иллюзия, что процессор принадлежит им на постоянной основе. 64

Алгоритмы управления ресурсами (1) Алгоритмы управления ресурсами определяют эффективность вычислительной системы (хоста) Управление процессорами - Поддержка многозадачности ◦ Однозадачные –предназначены для выполнения в каждый момент времени только одной программы или задачи. (CP/M, MS-DOS, Palm OS для карманных компьютеров Palm). Предоставляют виртуальную машину, включающую средства управления внешними устройствами, средства управления файлами, интерфейсс пользователем. ◦ Многозадачные позволяющие одному пользователю одновременно выполнять несколько программ (MP/M, Windows-98). Дополнительно управляют разделением ресурсов (Процессор, ОП, Внешние устройства, Файлы) 65

Алгоритмы управления ресурсами (2) ◦ Поддержка многопользовательского режима ◦ Однопользовательские OS (CP/M, MS-DOS) ◦ Многопользовательские OS (UNIX, Windows XP, …. Windows 2012 R 2 (наличие средств защиты информации пользователя от несанкционированного доступа) ◦ Preemptive multitasking (Вытесняющая) и Non-Preemptive multitasking (Невытесняющая – корпоративная) многозадачность – степень централизации механизма планирования (В первом случае ОС принимает решение о переключениии вычислений, во втором при участии самого активного процесса (Windows 3. 1) ◦ Multithreading – многопоточность - распараллеливание вычислений в рамках одной задачи, когда процессорное время делится не между задачами, а между их отдельными ветвями задачи (потоками или нитями), выполняемыми в одном виртуальном АП. 66

Алгоритмы управления ресурсами (3) Поддержка многопроцессорной обработки Многопроцессорная обработка – мультипроцессирование усложняет все алгоритмы управления ресурсами. Современные ОС поддерживают многопроцессорную обработку (Windows XP/… 2012 R 2/ Linux, Free. BSD, …) ◦ Ассиметричная - ОС выполняется только на одном процессоре и управляет загрузкой остальных процессоров ◦ Симметричные – ОС полностью децентрализована и использует все процессоры для выполнения как системных так и прикладных задач. 67

Концепция прерываний (1) Все смены состояний процессов (выполнение, ожидание, …) происходят по прерываниям. Прерывание – это событие/сигнал, привлекающий внимание ЦП и заставляющий его изменить текущий порядок исполнения команд процесса. Существуют аппаратные и программные прерывания. 68

Концепция прерываний (2) Аппаратные прерывания инициируются аппаратурой (например, сигнал микросхемы таймера в IBM PC вырабатывается 18. 2 раза в секунду), сигналом принтера, нажатием клавиш клавиатуры и многими другими причинами. Механизм программных прерываний дает возможность обратиться к системным программам из программ пользователей. Управляет прерываниями обработчик прерываний (Interrupt Handler), который в соответствии с типом прерывания меняет контекст текущего процесса. 69

70

1. 2. 3. 4. 5. 6. Типы прерываний Программные прерывания по системной директиве. Инициатор – активный процесс, выполнивший команду SVC (обращение к супервизору), то есть запрос на предоставление ОС какой-либо системной вычислительной услуги. Прерывания ввода-вывода. Инициируются устройством ввода/вывода (УВВ) и сигнализируют ЦП о том, что произошло изменение состояния канала ввода-вывода (КВВ) или УВВ (например: завершение операции, ошибка, переход устройства в состояние готовности). Внешние прерывания. Причинами их является нажатие клавиш на клавиатуре или прием сигнала прерывания от другого ЦП в мультипроцессорной системе, сигнала от модема. Прерывание по рестарту. Нажатие оператором на панели управления кнопки рестарта или Reset. Логические прерывания по контролю программы вызываются программными ошибками, обнаруженными при выполнении программы (деление на ноль, попытка выполнить привилегированную команду в пользовательском режиме, неверный код операции, защита памяти и т. д. ). Операционные системы, Прерывания по контролю машины при аппаратных ошибках. среды и оболочки

Переключение контекста в PC С нулевого адреса ОП располагается таблица векторов прерываний Область векторных прерываний охватывает адреса от 0 до 3 FFh в шестнадцатеричном исчислении. Каждый 4 -х байтный участок этой области содержит адрес первой команды подпрограммы обработки прерываний (вектор прерываний), которая должна вызываться при возникновении прерывания конкретного типа Объем памяти векторов прерываний 256*4=1024 байт

Изменение состояния процесса Сохраняется контекст процессора, включая счетчик программ и другие регистры Заменяется блок управления процессом новым состоянием и некоторой управляющей информацией Перемещается блок управления процессом в соответствующую очередь - ready, blocked Выбирается другой процесс для выполнения

Подсистемы ОС Управление процессами Управление основной памятью Управление внешней памятью Управление устройствами ввода/вывода - драйверы Управления файлами (создание, чтение, …) Защита системы (Аутентификация - пароль, авторизация – права) Сетевое обеспечение –локальные и глобальные сети Командный интерфейс системы 75

Управление процессами (1) Процесс - это программа в стадии выполнения. Процессу необходимы определенные ресурсы, включая процессорное время, память, файлы и устройства ввода/вывода для выполнения своих задач. . • Представление процессов (посредством PCB) • Создание и удаление процессов; • Приостановка и возобновление процессов; • Обеспечение механизмов для синхронизации процессов; • Обеспечение механизмов для взаимодействия процессов. Реально в однопроцессорной компьютерной системе в каждый момент времени может исполняться только один процесс. Обработка нескольких процессов достигается переключением процессора с одного процесса на другой. Пока один процесс выполняется, остальные ждут в очереди. 76

Управление процессами (2) Во время выполнения процесс изменяет свое состояние Основные состояния процесса: ◦ Состояние активности (running). ◦ Состояние готовности (ready). ◦ Состояние ожидания некоторого события (waiting). 77

Управление процессами (3) Ready Queue Dispatch Admit Release Processor Time-out Event 1 Wait Event 1 Occurs Event 1 Queue Event 2 Wait Event 2 Occurs Event 2 Queue Несколько очередей блокировки 78

Управление основной памятью (1) Память представляет собой большой массив слов или байт, каждый из которых имеет собственный адрес, к которым обеспечивается быстрый доступ процессора и устройств ввода/вывода. Основная память - энергозависимое устройство (при отключении содержимое. Цель - обеспечить максимальный уровень мультипрограммирования и тем самым максимальную загрузку ЦП

Управление основной памятью (2) Функции управления ОП ◦ Отслеживание свободной и занятой памяти, ◦ Распределение и освобождение памяти процессам в соответствии со стратегиями, ◦ Вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, ◦ Возвращение процессов в оперативную память, когда в ней освобождается место, ◦ Настройка адресов программы на конкретную область физической памяти (перемещаемые модули).

Управление основной памятью (3) ОС постоянно приходится решать задачу: когда, куда и за счет кого ввести в ОП процесс и данные. Существует три стратегии управления ОП ◦ Стратегия выборки - определяет, когда разместить в ОП очередной блок программы или данных ◦ Стратегия размещения - определяет, куда помещать поступающую программу ◦ Стратегия замещения, определяющая за счет какого блока/сегмента программы или данных следует ввести в ОП поступающий фрагмент программы или данных (в системах со свопингом).

Управление основной памятью (3) Стратегия выборки - когда размещать очередной блок программы или данных ◦ Выборка по запросу (требованию), когда очередной блок загружается по требованию процесса. ◦ Упреждающая выборка, основанная на свойствах последовательного выполнения программы и локальности циклов. В настоящее время наиболее употребляемая стратегия.

Управление основной памятью (4) Стратегия размещения - куда помещать поступающую программу или данные «первый подходящий» участок (First-fit strategy) (эффективность по времени размещения); «наиболее подходящий» участок (Best-fit strategy) (эффективность по объему); «наименее подходящий» участок (Worst-fit strategy) - странная стратегия со следующей аргументацией: после размещения процесса в больший свободный участок, оставшееся место также велико и может быть достаточно для размещения еще одной программы. (псевдоэффективность по мультипрограммированию.

Управление основной памятью (5)

Page Fault-Ошибка страницы Прерывание Page fault перехватывается OS page fault Сохраняются регистры и состояние процесса Определяется тип прерывания page fault Проверяется, что ссылка на страницу правильная и определяется местоположение страницы на диске Проблема чтения с диска в свободный блок ◦ Ждать очереди к устройству ◦ Ждать время поиска и/или время ожидания ◦ Начать передачу страницы в свободный блок Во время ожидания CPU распределяется другому процессу Происходит прерывание по завершению I/O (I/O complete) Сохраняются регистры и состояние процесса для другого пользователя Определяется, что прерывание было от диска Корректируется таблица страниц и другие таблицы, что желаемая таблица уже в памяти Ожидается выделение CPU для процесса вновь Восстанавливаем регистры, состояние процесса и новую таблицу страниц, затем продолжаем прерванную команду

Управление основной памятью (6) Стратегия замещения, определяющая за счет какого блока/сегмента программы a) Выталкивание первой пришедшей страницы (FIFO - очередь). Для ее реализации необходимо устанавливать временные метки страниц в ТОС. ◦ Аргумент: у страницы уже были возможности использовать свой шанс. ◦ Фактически: большая вероятность заместить активно используемые страницы, поскольку нахождение страниц длительное время может означать, что она постоянно в работе. Например, используемый редактор текстов.

Алгоритм First-In-First-Out (FIFO) Строка ссылок: 1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5 3 блока (3 страницы могут быть в памяти одновременно) 1 5 2 1 3 3 3 2 4 1 1 5 4 2 2 1 5 3 3 2 4 4 блока 4 2 1 4 3 9 page faults 10 page faults FIFO замещение – Belady’s Anomaly ◦ Для некоторых ссылок больше блоков больше page faults

Алгоритм Least Frequently Used - LFU Наименее частое использование Для каждой страницы устанавливается счетчик ссылок - замещается страница с наименьшим количеством ссылок на нее Аргументы «ЗА» - Активно используемые страницы имеют большое количество обращений ◦ А что если вначале страница использовалась активно, но больше не использовалась вообще ◦ Решение – Изменение счетчиков в постоянном интервале, формирующий затухающее среднее значение

Алгоритм Least Recently Used (LRU) Наименее недавнее использование Строка ссылок: 1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3, 4, 5 1 5 2 3 5 4 3 4 Реализация счетчика ◦ Каждая страница имеет счетчик; при обращении к странице время копируется в счетчик. ◦ Когда страница должна быть замещена, просматривается счетчик, чтобы определить, какую заменить. ◦ Недостаток - существенные издержки: постоянное обновление временных меток

LRU - реализация Реализуется двумя аппаратными битами на страницу: ◦ 1. признак обращения 0 – не было, 1 - было. ◦ 2. признак модификации 0 – не изменен, 1 - изменен. Четыре ситуации ◦ (0, 0) Не использована и не модифицирована ◦ (0, 1) Не использована, но модифицирована ◦ (1, 0) использована, не модифицирована ◦ (1, 1) использована и модифицирована Если изменений на странице не было, то страницу можно просто переписать, а не сохранять на диске

Управление внешней памятью (1) (Storage) Поскольку основная память (первичная память, RAM) энергозависима и слишком мала для размещения всех данных и программ постоянно, необходимо обеспечить вторичную память для оперативного и долгосрочного хранения программ и данных. Диск в процессе форматирования делится на блоки фиксированной длины – сектора, которые располагаются на дорожках. Функции: ◦ Выделение внешней памяти; ◦ Управление свободным и занятым пространством; ◦ Управление диском.

Управление внешней памятью (2) Способы выделения памяти ◦ Выделение непрерывной последовательностью блоков файлу. Стратегии как при распределении ОП. При непрерывном расположении файл характеризуется адресом и длиной (в блоках). Файл, стартующий с блока b, занимает затем блоки b+1, b+2, . . . b+n-1. Достоинства: 1. Легко реализуется, поскольку местонахождение файла сводится к знанию адреса первого блок. 2. Обеспечивает хорошую производительность, поскольку весь файл может быть считан за одну дисковую операцию. ◦ Недостатки 1. Проблемы поиска места для нового файла 2. Внешняя фрагментация – отсутствие непрерывного участка необходимого размера. 3. Неприменим если не известен размер файла

Управление внешней памятью (3) Способы выделения памяти ◦ Выделение связным списком ◦ Запись в директории содержит указатель на первый и последний блоки файла (иногда в качестве варианта используется специальный знак конца файла – EOF ). Каждый блок содержит указатель

Управление внешней памятью (4) Достоинства 1. Отсутствует внешняя фрагментация. Любой свободный блок может быть использован для удовлетворения запроса. 2. Нет необходимости декларировать размер файла в момент создания. Файл может расти неограниченно. Недостатки 1. Для поиска i-го блока нужно выполнить несколько обращений к диску, последовательно блоки от 1 до i-1 2. Наличие дефектного блока в списке приводит к потере информации в оставшейся части файла 3. Для указателя на следующий блок внутри блока нужно выделить место

Управление внешней памятью (5) Способы выделения памяти ◦ Индексное распределение ◦ Все указатели собираются в индексный блок (index block).

Управление внешней памятью (6) Способы выделения памяти ◦ MS-DOS Связной список с использованием индекса хранит указатели не в дисковых блоках, а в индексной таблице в памяти, которая называется таблицей отображения файлов ( FAT - file allocation table ) ◦ Запись в директории содержит указатель на первый элемент FAT который ссылается на следующий элемент, и т. д. и последний элемент используется специальный знак конца файла – EOF – 3 F). Т. о. каждый элемент в связанном списке содержит указатель на следующий элемент

Управление внешней памятью (7) Структура диска FAT Достоинство: для доступа к произвольному месту файла достаточно прочитать только блок индексов, отсчитать нужное количество блоков файла по цепочке и определить номер нужного блока. Недостаток : необходимость хранения в памяти этой довольно большой таблицы.

Управление внешней памятью (8) Индексные узлы (UNIX, HPFS, NTFS и др. ) ◦ C каждым файлом связывается небольшая таблица, называемая индексным узлом ( i-node ), которая содержит атрибуты и адреса блоков файла на диске Имя файла и адрес i-node хранятся в файле каталоге (оглавлении) Файл может иметь несколько указателей на него и поэтому имеет несколько имен i-node содержит тип файла, имя и группу собственника, информацию о защите и физическом размещении, даты модификации и обращения, размер файла в байтах, + для маленьких файлов используется только прямая адресация, обеспечивающая максимальную производительность + поддерживает работу с файлами от нескольких байтов до нескольких

Управление устройствами ввода/вывода ОС должна поддерживать работу большого количества разнообразных устройств. Автоматическое обнаружение и регистрация новых устройств Устройства ввода-вывода делятся на два типа: блокориентированные устройства и байториентированные устройства. Блок-ориентированные устройства - диск. Байт-ориентированные - сетевые адаптеры. Система обеспечивает: ◦ системы кэширования – буферирования; ◦ общий интерфейс взаимодействия с драйверов устройств; Весь зависимый от устройства код помещается в драйвер устройства. Каждый драйвер управляет устройствами одного типа или, может быть, одного класса. ◦ драйверы специализированных устройств

Управления файлами Файл представляет собой набор взаимосвязанной информации, определенной при создании. Кроме собственно данных, файлы представляют программы, как в исходном, так и в объектном виде. ◦ создание файлов; ◦ создание и удаление подкаталогов; ◦ поддержка операций для манипулирования с файлами и подкаталогами; ◦ представление файлов во внешней памяти; ◦ выгрузка файлов на другие внешние устройства.

Защита и безопасность системы Защита системы предполагает наличие механизма для управления доступом программ, процессов и пользователей к системным и пользовательским ресурсам. ◦ интегрируется с другими компонентами ◦ различает авторизованное и не авторизованное использование; ◦ определяет элементы управления (структуры данных), которые будут задействованы; ◦ обеспечивает средства реализации. ◦ Аутентификация - процедура проверки подлинности, например: проверка подлинности пользователя путём сравнения введённого им пароля с паролем в базе данных пользователей ◦ Авторизация - предоставление определённому лицу или группе лиц прав на выполнение определённых действий (открывать, читать писать, запускать, выводить список, …)

Сетевое обеспечение Распределенная система - набор процессоров, которые не разделяют память и каждый процессор имеет свою локальную память. Процессоры в системе соединены посредством компьютерной сети и обеспечивают пользователям доступ к различным системным ресурсам, позволяя: ◦ увеличение скорости вычислений (распараллеливание, при котором общая задача разбивается на части, каждая из которых выполняется отдельным процессором или ядром. В процессе вычислений процессы могут обмениваться сообщениями либо по сети общего пользования либо по специальной высокопроизводительной типа Myrinet, Gigabit Ethernet, Infini. Band ◦ увеличение объема доступной информации; ◦ повышение надежности за счет использования высокой доступности - High Availability Год Мес День 99 % ( «две девятки» ) 3, 65 дн. 7. 20 час. 1. 68 час. 99, 9999 % ( «шесть девяток» ) 31. 5 сек 2. 59 сек 0. 605 сек

Сервисы операционных систем Пользовательские сервисы ◦ выполнение программ; ◦ операции ввода/вывода, ; ◦ манипуляции с файловой системой и обеспечение совместного использования файлов; ◦ взаимодействие и обмен информацией между выполняющимися процессами на одном компьютере или в различных системах, связанных посредством сети применяется через разделяемую память (RAM) или передачу сообщений; ◦ обнаружение ошибок ◦ поддержка средств архивирования и резервного копирования данных Распределение и управление доступом к ресурсам Учет потребления ресурсов Защита от несанкционированного доступа к данным

Виртуализация серверов Перед виртуализацией: Application После виртуализации: App App App Operating system Уровень виртуализации Один образ операционной системы на одну машину Программное и аппаратное обеспечение тесно связаны Запуск нескольких приложений на одной машине часто создает конфликт Недоиспользование ресурсов Virtual Machines (VMs) разрывает зависимости между операционной системой и оборудованием Управляет операционной системой и приложением как единым блоком, инкапсулируя их в виртуальные машины Строгая изоляция сбоев и безопасности Аппаратная независимость 104 Module 3: Backup Client

Понятие на практике: VMware v. Sphere является платформой виртуализации VMware v. Sphere предоставляет сервисы (v. Compute, v. Storage, v. Network) и сервисы приложений (доступность, безопасность, масштабируемость) v. Center Server обеспечивает централизованное управление для всей виртуальной инфраструктуры VMware v. Center Server Manage Application OS OS OS Virtual machines VMware ESX/ESXi Hardware CPU Memory NIC Disk Physical Server 105 Module 3: Backup Client

Службы серверной ОС Это приложения, запускаемые в фоновом режиме во время загрузки ОС: ◦ Служба для совместного использования ресурсов файловой системы. ◦ Служба для совместного использования принтеров. ◦ Служба справочника. ◦ Служба безопасности. ◦ Служба аудита и журналирования. ◦ Служба архивирования и резервного копирования. ◦ Службы для обеспечения работы в Internet.

Служба для совместного использования ресурсов файловой системы. Хост с запущенной службой для совместного использования ресурсов файловой системы (FS) называется файловым сервером. Может поддерживать доступ по различным протоколам (NFS для Unix и CIFS для Windows). Примером специализированной ОС является Open. Filer. Также поддержку доступа по этим протоколам обеспечивают многие ОС, в том числе, Windows и Unix.

Служба для совместного использования принтеров Хост с установленной и запушенной службой для совместного использования принтеров называется сервером печати. Для поддержки различных клиентских ОС обеспечивается возможность прозрачного доступа к услугам сервера печати в соответствии с теми стандартами, которые приняты в соответствующих ОС.

Служба справочника (AD, LDAP). Служба справочника обеспечивает идентификацию информационновычислительных ресурсов, регистрацию и аутентификацию пользователей в системе, поддерживает базу данных учетных записей. Служба тесно взаимодействует со службой безопасности. Пройдя аутентификацию пользователь получает доступ ко всем ресурсам сети, на которые он имеет права. (ro, wr) Справочник хранит информацию как о физических, так и о логических ресурсах сети и организационной структуре подразделений.

Служба безопасности Основной задачей является защита информации от несанкционированного доступа, что предполагает, прежде всего, возможность присваивания пользователям определяемых администратором прав доступа к ресурсам. Выполнение функций обеспечивается: ◦ списками управления доступом (ACL) к ресурсам, определяющие права пользователя или группы на специальные системные объекты; ◦ проверкой прав доступа (авторизацией); ◦ шифрованием информации; ◦ системными политиками: групповые и аудита.

Служба аудита и журналирования. Функции службы аудита и журналирования: ◦ взаимодействие с основными службами серверной ОС для получения в реальном масштабе времени информации о событиях, происходящих в системе для последующего анализа по следующим уровням. ◦ Аппаратный - изменения в конфигурации серверов ◦ Уровень основных служб ОС –настройки ОС, контроль запуска драйверов и основных служб, контроль использования информационно-вычислительных ресурсов ◦ Уровень службы безопасности – события безопасности ◦ Уровень приложений о функционировании приложений (запуск, изменение параметров, завершение работы).

Служба архивирования и резервного копирования. Архивирование -сжатие данных, хранящихся на сервере, с целью уменьшения объема пространства, занимаемого данными. В состав современных серверных ОС входят средства автоматического, либо ручного архивирования редко использующихся ресурсов файловой системы. Резервное копирование заключается в создании на носителях частичных или полных копий данных, хранящихся на сервере. ОС имеют встроенные средства резервного копирования, поддерживающие различные устройства и носители.

Варианты резервного копирования Полное копирование — на носителе создается полная копия данных. Инкрементное копирование — сначала выполняется полное копирование, затем выполняется запись изменений, произошедших со времени последнего резервного копирования. Дифференциальное копирование — сначала выполняется полное копирование, затем запись изменений, произошедших со времени полного резервного копирования, накопление изменений в данных.

Службы для обеспечения работы в Internet. Многие современные сетевые ОС имеют встроенные средства поддержки служб Internet. Системы UNIX изначально основывались на протоколах Internet, поэтому поддержка Internet интегрирована в них наиболее полно. Все современные сетевые ОС поставляются со встроенными средствами для работы в Internet.

Функции администратора 1. Установка и конфигурирование серверной ОС: ◦ Установка программных файлов ОС на серверный хост. ◦ Создание и поддержка томов файловой системы, в том числе для целей совместного использования ресурсов файловой системы. ◦ Установка и конфигурирование основных и дополнительных служб ОС.

Функции администратора (2) 2. Сопровождение серверной ОС: ◦ Управление объектами службы справочника, в том числе учетными записями пользователей. ◦ Обеспечение безопасного доступа пользователей к совместно использующимся ресурсам. ◦ Обеспечение надежности ресурсов файловой системы и выполнение их резервного копирования. ◦ Контроль работы серверной ОС и ее служб, включая контроль доступа к ресурсам. ◦ Подключение пользователей и настройка рабочей среды пользователей.

СУБД Система управления базами данных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных обычно реляционного типа.

Понятие RDBMS Emp_No или Relation Key Стоолбец или поле( Field) Emp_No Строка или Запись F_Name L_Name City State JJ 521 Jason Johnson Gardner MA Поле Emp_No является ключом (Key) для этой таблицы. Ключ позволяет этой таблице связываться с другой таблицей, которая имеет такой же реляционный ключ (Relational Key).

Реляционная модель RDBMS (Relational Model) Tables и Views (которые включают в себя столбцы и строки) представляют логическое представление данных в реляционной базе данных. . A Table 1 Связь. Table 1 с Table 2 осуществляется посредством ключевого поля Rec_Num. В результате образуется объединенное отношение, Объединенный View известное как “View”. B Table 2 C “Вычисляемое поле

Что такое Index? Индекс является особым объектом в базе данных, который позволяет более быстрый доступ к данным в таблице. Индекс является подмножеством таблицы; запрос считывает индекс вместо самой таблицы. 120 Module 3: Backup Client

Поддержка языков БД. Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В ранних СУБД поддерживалось несколько специализированных по своим функциям языков, но в настоящее время выделяется два языка: ◦ язык определения схемы БД (SDL - Schema Definition Language) ◦ язык манипулирования данными (DML - Data Manipulation Language). Оба реализуются SQL… 121

SQL - Standard SQL стандарт ANSI компьютерных языков для доступа и обработки систем БД. SQL утверждения используются как для получения так и измерения данных в БД. SQL работает с СУБД MS Access, DB 2, Informix, MS SQL Server, Oracle, Sybase, и др. К сожалению, существует большое количество версий языка SQL, но для того, чтобы быть совместимыми со стандартами ANSI, они должны поддерживать одинаковый набор ключевых слов аналогичным образом (такие как SELECT, UPDATE, DELETE, INSERT, WHERE, и другие). Замечание: Большинство SQL программ СУБД также имеют свои собственные расширения за пределами стандарта SQL!

Data Definition Language (DDL) Компонент DDL языка SQL позволяет создавать, изменять и удалять таблицы и индексы реализовывать ограничения целостности данных и доменов Доступно восемь команд DDL Create Table - создать ; Drop Table - удалить; Alter Table - изменить ; Create Index - создать ; Drop Index - удалить ; Create View - создать ; Drop View - удалить ; Create Schema - создать; Введение в SQL 123

Data Manipulation Language (DML) Компонент DML языка SQL позволяет пользователям и приложениям запрашивать, изменять, удалять существующие записи в таблице и вставлять новые записи ◦ Insert – ставить строку, Update – заменить данные, Delete – удалить строки, Select – выбрать записи Введение в SQL 124

Create Table Создает таблицу в базе данных CREATE TABLE EMPLOYEE_T (EMP_ID VARCHAR(4) NOT NULL, NAME VARCHAR(40) NOT NULL, DATE_OF_BIRTH DATE, DEPARTMENT VARCHAR(25), CONSTRAINT EMPLOYEE_PK PRIMARY KEY (EMP_ID)); Введение в SQL 125

Вставка новой строки Last. Name First. Name Address City Петров Петр Линия 20 Петербург And this SQL statement: INSERT INTO Persons VALUES (‘Сидоров', ‘Иван', ‘Линия 24', ‘Москва') Last. Nam e Петрв Сидоров First. Nam e Петр Иван Address Линия 20 Линия 24 City Петербург Москва

Замена одного столбца в строке Last. Name Nilsen Rasmussen First. Name Fred Address Kirkegt 56 Storgt 67 City Stavanger Необходимо добавить имя для личности с фамилией "Rasmussen": UPDATE Person SET First. Name = 'Nina' WHERE Last. Name = 'Rasmussen' Last. Name Nilsen Rasmussen First. Name Fred Nina Address Kirkegt 56 Storgt 67 City Stavanger

Пример SELECT с AND/OR/NOT SELECT * FROM CUSTOMER WHERE STATE = ‘OH’ OR (CREDIT_LIMIT=1000 Скобки используются для AND BALANCE<500); читабельности сложных выражений И какой результат? Введение в SQL 128

1. Установка и настройка серверной и клиентской частей СУБД. Установку программных файлов на ВУ ИВС. Создание БД. Планирование и настройка рабочей среды пользователей. Настройка рабочих параметров СУБД.

2. Сопровождение. Оптимизацию рабочих параметров для увеличения вычислительной мощности СУБД. Контроль активных подключений и общей загруженности сервера, заполненности элементов БД и размеров файлов БД. Обеспечение надежности хранимой информации путем ведения журнала транзакций, выполнения резервного копирования. Обеспечение безопасного хранения информации за счет разграничения и контроля доступа пользователей к элементам БД.

Компьютерная сеть представляет собой комплекс распределенной компьютерной техники (компьютеров, программируемых контроллеров, устройств ввода-вывода данных и т. д. ), соединенной между собой системой передачи данных, содержащей коммуникационное оборудование и каналы связи. В зависимости от территориального расположения, компьютерные сети подразделяются на локальные, региональные и глобальные. 131

Локальная сеть Локальная компьютерная сеть (LAN) - это комплекс распределенной компьютерной техники в пределах отдельных зданий и сооружений, соединенной высокоскоростными цифровыми каналами связи. Малая протяженность LAN, (несколько тысяч метров) обеспечивают высокую скорость передачи данных (более одного миллиарда бит в секунду). Характерной особенностью LAN является их топология, т. е. пространственное расположение компьютерной техники и каналов связи. Типовыми топологиями являются ◦ Шина, ◦ Звезда ◦ Кольцо 132

Топология «Шина» Представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала. Примерами использования топологии общая шина является сеть 10 BASE 5 и 10 BASE 2, использующие соединение коаксиальным кабелем. 133

Топология «Звезда» Звезда — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно серверу или коммутатору), образуя физический сегмент сети. Такой сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево» ). Центральный компьютер должен быть самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. 134

Топология «Кольцо» Кольцо — это топология, в которой каждый компьютер соединён линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передаёт. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приёмник. 135

Сравнительные характеристики рассмотренных топологий 136

Технологии передачи данных При использовании любой топологии, когда два компьютера начнут одновременно передавать данные, в сети происходит столкновение коллизия (collision). Для решения этих проблем служат методы доступа - набор правил, по которым РС узнают, когда шина свободна, и можно передавать данные. Применяется два метода: ◦ Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - CSMA/CD) ◦ Маркерный метод доступа 137

Алгоритм работы CSMA/CD 1. 2. 3. 4. 5. Рабочая станция прослушивает канал слушает канал связи и определяет наличие несущей , пытаясь обнаружить чью-либо передачу данных. Если слышит чью-либо передачу, ожидает ее окончания. Если канал свободен, начинает передачу пакета. При обнаружении коллизии во время передачи прекращает передачу. Через случайный промежуток времени все повторяется (осуществляется переход к п. 1). 138

Алгоритм маркерного метода доступа Пакет особого типа (маркер) перемещается по кругу, проходя по очереди все РС, пока его не получит тот, который хочет передать данные. 1. Передающая рабочая станция изменяет состояние маркера на занятое и добавляет к нему пакет данных. 2. Занятый маркер с пакетом данных проходят через все РС сети, пока не достигнет адресата. 3. После этого, принимающая РС посылает передающей сообщение, подтверждающее факт приема. 4. После получения подтверждения, передающая РС создает новый маркер и возвращает его в сеть При этом сеть содержит средства восстановления маркера в случае его пропажи 139

Региональные компьютерные сети Wide Area Network - WAN представляют собой объединение LAN предприятий и организаций, расположенных в пределах региона или области и связанных между собой разнообразными каналами передачи данных: кабельными, ВОЛС, радиоканалами, спутниковыми системами связи (ССС). WAN могут иметь произвольную топологию, применяющую для объединения LAN специальные устройства: мосты, маршрутизаторы и шлюзы. 140

Глобальные компьютерные сети GAN объединяют WAN, компьютерные сети стран, материков. Построение этих сетей выполняется строго в соответствии с международными стандартами. Примером глобальной сети является сеть Internet, которая соединила в себе национальные сети стран мира, содержит сотни миллионов компьютеров, обеспечивает удаленный доступ к мировым информационным ресурсам различного содержания (text, multimedia, …) , позволяет передавать и принимать сообщения в "электронной почты" (E‑mail) абонентам, находящимся на разных материках и участвовать в работе социальных сетей. 141

Активное сетевое оборудование Активное (конфигурируемое) сетевое оборудование обладает гибкой функциональностью, зачастую, модульностью. Примеры активного оборудования: • коммутатор (Switch) • маршрутизатор (Router) • конвертер среды передачи данных (Gateway) Gateway Router Switch