ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Требования, предъявляемые к современным операционным системам

Главным требованием, предъявляемым к операционной системе, является выполнение ею основных функций эффективного управления ресурсами и обеспечение удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ. Современная ОС, как правило, должна поддерживать мультипрограммную обработку, вир­туальную память, свопинг, многооконный графический интерфейс пользова­теля, а также выполнять многие другие необходимые функции и услуги. Кроме этих требований функциональной полноты к операционным системам предъ­являются не менее важные эксплуатационные требования.

К эксплуатационным относят следующие требования:

• совместимости — ОС должна включать средства для выполнения при­ложений, подготовленных для других ОС;
• переносимости — обеспечение возможности переноса ОС с одной аппа­ратурной платформы на другую;
• надежности и отказоустойчивости — предполагает защиту ОС от вну­тренних и внешних ошибок, сбоев и отказов;
• безопасности — ОС должна содержать средства защиты ресурсов одних пользователей от других;
• расширяемости — ОС должна обеспечивать удобства внесения последу­ющих изменений и дополнений;
• производительности — система должна обладать достаточным быстродей­ствием.

Назначение систем управления файлами — организация более удобного до­ступа к данным, организованным как файлы. Благодаря таким системам, на­зываемым также файловыми системами (ФС), вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов нужной записи исполь­зуется логический доступ с указанием имени файла и записи в нем. Выделение этого вида системного программного обеспечения в отдельную категорию свя­зано с тем, что в последние годы многие ОС позволяют работать с нескольки­ми различными файловыми системами. Процедура добавления дополнительной файловой системы получила название монтирование файловой системы.

История развития файловых систем позволяет выделить три основных раз­новидности таких систем:

• простейшие ФС, определяющие хранение файлов в единственном корне­вом каталоге носителя. Подобным образом хранились данные в файловой си­стеме TR-DOS на компьютере Sinclair ZX-Spectrum. В настоящее время про­стейшие файловые системы практически не используются;
• иерархические ФС, обеспечивающие хранение файлов в древовид ной струк­туре каталогов. Данная разновидность ФС является самым распространенным видом ФС. В персональных компьютерах, начиная с 90-х гг. прошлого века, применяются практически только они;
• реляционные, ассоциативные ФС, обеспечивающие другие методы иденти­фикации данных. Применяются крайне редко.

Современные ФС имеют ряд характеристик, позволяющих провести дета­лизированную оценку той или иной системы. К этим характеристикам можно отнести: максимальный объем носителя, поддерживаемый ФС, максимальный размер файла, устойчивость к сбоям, наличие механизма управления правами доступа, шифрование, сжатие, поддерживающие работы с ФС операционные системы. В табл. 8.1 приведены значения указанных выше характеристик для ряда наиболее распространенных файловых систем.

Таблица 8.1

Файловые системы различаются по устойчивости к сбоям:

Неустойчивые к сбоям, как правило, представляют собой простейшие ФС, полная согласованность которых обеспечивается во время работы не всегда. При сбое системы в моменты несогласованности возможна потеря данных или даже разрушение всей ФС целиком. Восстановление часто требует длительных и нетривиальных действий.

Устойчивые к сбоям системы представляют полностью согласованные струк­туры в любой момент времени существования файловой системы, таким об­разом, отсутствуют моменты, когда сбой может привести к потерям данных или разрушению ФС. Как правило, это журналируемые ФС, дублирующие все изменения структуры в специальной области — журнале и имеющие, таким образом, в случае сбоя возможность завершить незавершенную операцию или откатить ФС в состояние до сбоя.

Разделение прав доступа. Разделение прав доступа существует практически во всех файловых системах, использующихся на многопользовательских ОС. Как правило, это возможность установить отдельные права доступа для вла­дельца, группы владельца и остальных пользователей на чтение, запись и ис­полнение. Такая схема обычна для Posix-совместимых ОС.

В файловой системе NTFS возможна более гибкая настройка прав доступа (для каждого пользователя). Права автора/влад ельца объекта в Windows позво­ляют пользователю, создавшему файл, управлять доступом к нему. Например, если руководитель отдела ИТ работает над конфиденциальными документами, касающимися деловой и информационной политики компании, и хочет от­крыть доступ к этим документам сотрудникам из других отделов, он может просто дать соответствующие права любым пользователям и группам и запре­тить доступ тем, кому видеть эти файлы не положено. Все разрешения хранят­ся в списках управления доступом (Access Control List — ACL). В Windows Server 2008 предусмотрена новая встроенная функция «Права владельца» (Owner Rights), позволяющая администратору отменять ограничения, установленные автором/владельцем документа.

Шифрование. Шифрование — защита информации от считывания непо­средственно с носителя, в обход ограничений прав доступа, используется в не­которых файловых системах. У NTFS шифрование — это одна из возможностей, пользователь можетвыбрать файлы и каталоги, которые он хочет зашифровать. Некоторые файловые системы специально приспособлены для шифрования данных, это, например, CryptoFS, или PGPDisk.

Сжатие. Сжатие файлов может обеспечиваться как специальной файловой системой, так и дополнительной возможностью обычных ФС. Из некогда по­пулярных средств можно упомянуть DriveSpace, систему, создававшую вирту­альный сжатый диск под MS-DOS. Также сжатие — одна из возможностей, предлагаемых NTFS. При этом с позиций пользователя и приложений сжатые файлы ничем не отличаются от несжатых.

Различие проявляется в занимаемом пространстве и в скорости доступам к данным. Однозначно сказать о приросте или падении скорости доступа нель­зя — с одной стороны, требуется дополнительное процессорное время на сжа- тие/распаковку файлов, с другой стороны, есть выигрыш во времени считыва­ния с носителя.

Восстановление удаленных файлов. Во многих файловых системах при уда­лении файла он не исчезает бесследно, а только получает отметку «удален», что означает, что пространство, которое было занято файлом, может быть повтор­но использовано для хранения другой информации. Как правило, такие файлы, если поверх них ничего не записано, можно восстановить специальными сред­ствами.

Для удобства взаимодействия с ОС могут использоваться дополнительные интерфейсные оболочки, назначение которых — расширить возможности по управлению ОС. В качестве примера можно назвать различные варианты гра­фического интерфейсах Window в UNIX-подобных ОС. Первоначально такие программы назывались файловыми менеджерами. Такое название часто исполь­зуют и сегодня. Популярность данного вида системного ПО определяется тем, что эти программы существенно упростили работу пользователя в период ис­пользования командной строки, прежде всего за счет использования функци­ональных клавиш. Точкой отсчета можно назвать легендарную программу Norton Commander. Затем появились ее клоны \blkov Commander и FAR Manager. Уход со сцены DOS-подобных ОС не привел к исчезновению интерфейсных оболочек. Напротив, графический интерфейс стал неотъемлемой частью со­временных ОС.

Выделяют два типа файловых менеджеров: навигационные и двупанельные.

Навигационные файловые менеджеры позволяют работать с набором окон, каждое из которых может содержать перечень файлов и/или каталогов, а также ряд системных объектов, специфических для той или иной ОС. Например, Рабочий Стол или Мой Компьютер иногда поддерживается переключением между этими режимами.

Двупанельные файловые менеджеры в общем случае имеют две равноценных панели для отображения списка файлов, дерева каталогов и т.п.

В табл. 8.2 представлены наиболее известные файловые менеджеры для раз­личных ОС.

В целом, интерфейсные оболочки значительно повышают уровень пользо­вательского интерфейса, позволяют наиболее полно удовлетворить потребно­сти пользователя по управлению компьютером посредством простых операций.

Ряд операционных систем могут организовывать выполнение программ, созданных для других ОС, путем создания соответствующих операционных сред, организуемых в рамках отдельных виртуальных машин. Для решения этой же задачи используются эмуляторы, позволяющие смоделировать в одной опера­ционной системе какую-либо другую ОС. Таким образом, термин «операци­онная среда» означает соответствующий интерфейс, необходимый программам для обращения к ОС с целью получения определенного сервиса.

Утилиты представляют собой специальные системные программы, с по­мощью которых можно обслуживать либо операционную, либо вычислительную

систему. Важно понимать, что утилиты могут правильно работать только в со­ответствующей операционной системе.

Таблица 8.2

С точки зрения связи с операционной системой можно различать:

• независимые утилиты, не требующие для своей работы операционной системы;
• системные утилиты, входящие в поставку ОС и требующие ее наличия.

По выполняемым функциям можно выделить следующие утилиты:

• диспетчеры файлов;
• архиваторы (с возможным сжатием данных);
• средства предотвращения несанкционированного доступа;
• диагностики аппаратного или программного обеспечения;
• восстановления после сбоев;
• обслуживания внешних магнитных носителей, в частности, средства деф­рагментации диска;
• средства установки и деинсталляции программ;
• управления процессами.

Инструментальное программное обеспечение, или системы программирова­ния — это системы для автоматизации разработки новых программ на языке программирования.

Основными элементами системы программирования являются транслятор (компилятор) с соответствующего языка программирования, библиотеки под-

программ, компоновщики, отладчики, загрузчики. Любая система программи­рования может работать только под управлением операционной системы, под которую она создана.

В самом общем случае для создания программы на выбранном языке про­граммирования нужно иметь следующие компоненты:

• Текстовый редактор для создания файла с исходным текстом программы.
• Транслятор ши интерпретатор. Исходный текст с помощью программы- компилятора переводится в промежуточный объектный код. Исходный текст большой программы состоит из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным ко­дом, который затем надо объединить в одно целое.
• Редактор связей ши компоновщик, который выполняет связывание объ­ектных модулей и формирует на выходе работоспособное приложение — ис­полнимый код.

Исполнимый код — это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение .ехе или .сот.

• Загрузчик — часть системы программирования, загружающая созданный исполнимый код в память ЭВМ для выполнения.

В последнее время получили распространение визушьные методы програм­мирования, ориентированные на создание Windows-приложений. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования. При этом используются готовые визуальные компоненты, которые настраиваются с помощью специ­альных редакторов.

К наиболее популярным системам программирования с использованием визуальных средств можно отнести:

• Borland Delphi — предназначен для решения практически любых задач прикладного программирования;
• Borland C++ Builder — отличное средство для разработки DOS- и Windows- приложений;
• Microsoft Visual Basic — популярный инструмент для создания Windows- программ;
• Microsoft Visual C++ — средство, позволяющее разрабатывать любые при­ложения, выполняемые в среде ОС типа Microsoft Windows.