Выбор оптимальных сетевых решений на базе многозадачных операционных систем для построения компьютерной сети вуза

Выбор оптимальных сетевых решений на базе многозадачных операционных систем для построения компьютерной сети вуза

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Уральский Государственный Университет им А.М.Горького

Математико-механический факультет

Кафедра математического анализа и теории функций

Выбор оптимальных сетевых решений на базе многозадачных операционных систем

для построения компьютерной сети вуза.

|Допускается к защите, |Дипломная работа |

|заведующий кафедрой |студента V курса |

|_______________________ |группы Мт-502 |

| |Краева |

| |Семена Владимировича |

| | |

| |Научный руководитель: |

| |кандидат физ.-мат. наук, |

| |доцент кафедры |

| |математической физики УрГУ, |

| |Устинов |

| |Владимир Алексеевич. |

Екатеринбург,

1997 г.

РЕФЕРАТ

Краев С.В. «Выбор оптимальных сетевых решений на базе многозадачных

операционных систем для построения компьютерной сети вуза», дипломная

работа, стр. 60, библ.

Ключевые слова: КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ, ЛВС, СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ.

Объект исследования: сетевые операционные системы Novell NetWare, UNIX,

OS/2 LAN Server, OS/2 LAN Manager и Windows NT Advanced Server.

Цель работы: На основе вышеперечисленных операционных систем построить

сетевое решение применимое для построения компьютерной сети вуза с учетом

необходимых требований к сети, на основе имеющейся аппаратной базы, а также

с учетом экономических возможностей вуза.

В данной работе произведен подробный анализ возможностей операционных

систем NetWare, UNIX, OS/2 и Windows NT. Для каждой из них подробно

рассмотрены архитектура ОС, файловые системы, подсистемы защиты информации,

а также возможности предоставляемые ОС пользователю и администратору. Также

было произведено сравнение различных версий сетевых операционных систем.

Накопленные данные были подвергнуты анализу по критериям, необходимым для

полноценной и устойчивой работы локальной вычислительной сети вуза.

Рассматривались аппаратные требования каждой системы, как то тип процессора

сервера, необходимое количество операционной памяти сервера и рабочей

станции, занимаемый объем жесткого диска; удобство работы клиента и

удобство администрирования; устойчивость и надежность; стоимость

операционной системы.

На основе полученных данных было построено оптимальное сетевое решение для

локальной сети вуза, которое было реализовано на базе Уральской

Государственной Архитектурно-Художественной Академии.

Содержание

Введение 4

Глава 1. Анализ возможностей ОС NetWare фирмы Novell 9

1.1 Обзор архитектуры 11

1.2 Файловая система NetWare 12

1.3 Защита данных в ОС NetWare 18

1.4 Работа в сетях Novell NetWare 19

1.5 Обзор различных версий ОС NetWare 25

Глава 2. Анализ возможностей ОС OS/2 33

2.1 Обзор архитектуры 35

2.2 Файловая система OS/2 37

2.3 Защита данных в ОС OS/2 39

2.4 Работа с LAN Manager и LAN Server 41

2.5 Сравнительный анализ LAN Manager и LAN Server 46

Глава 3. Анализ возможностей ОС Windows NT AS 51

3.1 Обзор архитектуры 52

3.2 Файловая система NTFS 61

3.3 Защита данных в ОС Windows NT AS 65

3.4 Работа в сетях Windows NT AS 67

Глава 4. Анализ возможностей ОС UNIX 74

4.1 Обзор архитектуры 76

4.2 Файловая система 81

4.3 Защита данных в ОС UNIX 83

4.4 Работа в сетях UNIX 85

Заключение 87

Библиография 92

Введение

В нашей стране за последние 5 лет произошел качественный скачок в

информационных технологиях. Первоначально персональный компьютер

предусматривался именно, как персональная машина с собственным автономным

хранилищем информации. Поэтому при работе над каким-либо коллективным

проектом программы и данные передавались между отдельными компьютерами с

помощью внешних носителей (дискеты, магнитные ленты и т.д.).

Однако с развитием компьютерной техники объемы разрабатываемых и

используемых в процессе работы программных продуктов возросли.

Соответственно увеличилось и количество программистов, задействованных в

каждом отдельном проекте. Также эти коллективы могли быть распределены

географически на достаточно большом расстоянии друг от друга. Все это в

целом привело необходимости создания эффективного способа взаимодействия

между отдельными компьютерами.

Конструкция персонального компьютера предусматривает наличие

последовательного коммуникационного порта, который возможно использовать

для связи двух ЭВМ. Как развитие этой технологии возникла идея локально

вычислительной сети (ЛВС). В простейшем варианте ЛВС – это провод, к

которому параллельно посредством специальных разъемов подключаются

отдельные компьютеры, называемые в этом случае рабочими станциями. Первые

сети сроились на основе стандартных коммуникационных портов, однако

скорости обмена данных через это устройство были слишком малы. Для

устранения этой проблемы были созданы специальные сетевые платы со своим

разъемом, которые позволяли довести скорость передачи данных до скоростей

внутренней шины компьютера.

Одна или несколько машин могут быть выделены для некоторых специальных

функций:

1. Разделение общих файлов. Доступ к файлам для совместного

одновременного использования.

2. Передача файлов. Передача информации без использования внешних

носителей.

3. Доступ к информации и файлам. Запуск прикладных программ с любой

рабочей станции.

4. Разделение прикладных программ. Запуск одновременно на нескольких

рабочих станциях копии одной и той же программы.

5. Одновременный ввод данных в прикладные программы.

Все эти функции выполняет специально выделенная машина, называемая файл-

сервером.

6. Разделение принтера. ЛВС позволяет нескольким пользователям совместно

использовать один или несколько принтеров. Этим занимается принт-

сервер.

7. Электронная почта. Эта служба используется для рассылки писем,

служебных записок, докладов и т.п. другим пользователям. Машина,

выделенная для этой службы называется мэйл-сервером.

Однако архитектура ЛВС может более много более сложной. Так, в частности,

довольно часто используется не шина, а такие структуры как звезда, кольцо и

др. При построении более сложных сетей возникает необходимость в

дополнительных устройствах. Так, если ЛВС разбита на несколько сегментов,

например для двух и более географически удаленных классов, то для связи

между этими сегментами используются хабы - кабельные центры. Хабы

используются для физического подключения нескольких сегментов, находящихся

на небольшом удалении. Для связи между различными сетями, находящихся на

значительном удалении, используют маршрутизаторы. Существует огромное

количество других видов сетевого оборудования, но перечислять его нет

необходимости. На рынке существует несколько десятков ведущих фирм-

производителей подобного оборудования. Каждая из них производит продукцию

собственными спецификациями и предназначением для выполнения конкретных

задач при определенных условиях. Поэтому возникает первая проблема

построения сетевых решений - аппаратная проблема. Необходимо подобрать

оборудование оптимальное для решения задачам этой сети, и при этом надо

помнить о совместимости устанавливаемой аппаратуры.

Второй основной проблемой построения сетевых решений является проблема

программного обеспечения. Аналогично с рынком аппаратуры, на рынке

программного обеспечения существует несколько лидирующих фирм-

производителей Сетевых Операционных Систем (Network Operating System - NOS)

и других приложений для работы в сети. Каждая из них имеет свои

преимущества и свои недостатки, но универсальной NOS, которая удовлетворила

бы всех пользователей, пока не существует. Поэтому в крупных, например

корпоративных, сетях используют интегрированные структуры, включающие в

себя несколько NOS. Спутниковая связь и связь через выделенные линии

позволяет создавать сети международного масштаба. Примером может являться

сеть Intranet - корпоративная сеть на основе всемирной сети Internet.

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и

более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети

от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet.

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом

важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений,

возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и

передача сообщений ( факсов, E-Mail писем и прочего ) не отходя от рабочего

места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки

земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм

производителей работающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности которые несет в себе

вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем который при этом

испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение

производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке

и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по

организации ИВС ( информационно-вычислительной сети ) на базе уже

существующего компьютерного парка и программного комплекса отвечающего

современным научно-техническим требованиям с учетом возрастающих

потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи

с появлением новых технических и программных решений.

В этих условиях проблема поиска оптимального сетевого решения становится

особенно острой: возникает необходимость изучить возможности каждой NOS и

создавать интегрированные решения, использующие преимущества каждой из

используемых NOS.

Основное направление развития современных NOS - перенос вычислительных

операций на рабочие станции, создание систем с распределенной обработкой

данных. Это в первую очередь связано с ростом вычислительных возможностей

персональных компьютеров и все более активным внедрением мощных

многозадачных операционных систем: OS/2, Windows NТ, Windows 95. Кроме

этого внедрение объектно-ориентированных технологий (ОLЕ, DСЕ, IDAPI)

позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой

ситуации основной задачей NOS становится объединение неравноценных

операционных систем рабочих станций и обеспечение транспортного уровня для

широкого круга задач: обработка баз данных, передача сообщений, управление

распределенными ресурсами сети (directoгу/namе service).

В современных NOS применяют три основных подхода к организации управления

ресурсами сети.

Первый - это Таблицы Объектов (Bindery). Используется в сетевых

операционных системах NetWare 28б и NetWare v3.1х. Такая таблица находится

на каждом файловом сервере сети. Она содержит информацию о пользователях,

группах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услугам и

т.п.). Такая организация работы удобна, если в сети только один сервер. В

этом случае требуется определить и контролировать только одну

информационную базу. При расширении сети, добавлении новых серверов объем

задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы

вынужден на каждом сервере сети определять и контролировать работу

пользователей. Абоненты сети, в свою очередь, должны точно знать, где

расположены те или иные ресурсы сети, а для получения доступа к этим

ресурсам - регистрироваться на выбранном сервере. Конечно, для

информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая

организация работы не подходит.

Второй подход используется в LAN Server и LAN Manager - Структура Доменов

(Domain). Все ресурсы сети и пользователи объединены в группы. Домен можно

рассматривать как аналог таблиц объектов (bindery), только здесь такая

таблица является общей для нескольких серверов, при этом ресурсы серверов

являются общими для всего домена. Поэтому пользователю для того чтобы

получить доступ к сети, достаточно подключиться к домену

(зарегистрироваться), после этого ему становятся доступны все ресурсы

домена, ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако

и с использованием этого подхода также возникают проблемы при построении

информационной системы с большим количеством пользователей, серверов и,

соответственно, доменов. Например, сети для предприятия или большой

разветвленной организации. Здесь эти проблемы уже связаны с организацией

взаимодействия и управления несколькими доменами, хотя по содержанию они

такие же, как и в первом случае.

Третий подход - Служба Наименований Директорий или Каталогов (Directory

Name Services - DNS) лишен этих недостатков. Все ресурсы сети: сетевая

печать, хранение данных, пользователи, серверы и т.п. рассматриваются как

отдельные ветви или директории информационной системы. Таблицы,

определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Это, во-первых, повышает

надежность и живучесть системы, а во-вторых, упрощает обращение

пользователя к ресурсам сети. Зарегистрировавшись на одном сервере,

пользователю становятся доступны все ресурсы сети. Управление такой

системой также проще, чем при использовании доменов, так как здесь

существует одна таблица, определяющая все ресурсы сети, в то время как при

доменной организации необходимо определять ресурсы, пользователей, их права

доступа для каждого домена отдельно.

В настоящее время по оценке компании IDC наиболее распространенными

являются следующие сетевые операционные системы:

- NetWare v2.х и vЗ.х, Novell Inc. 65 %

- LAN Server, IВМ Согр. 14 %

- LAN Manager, Microsoft Corp. 3 %

- UNIX 5 %

- Windows NT Advanced Server 10 %

Целью данной работы является рассмотрение возможностей вышеперечисленных

NOS и построение оптимального интегрированного сетевого решения на основе

этих систем для вуза.

На текущем этапе развития вуза сложилась ситуация когда :

1. В вузе имеется большое количество компьютеров работающих отдельно от

всех остальных компьютеров и не имеющих возможность гибко обмениваться с

другими компьютерами информацией.

2. Невозможно создание общедоступной базы данных, накопление информации при

существующих объемах и различных методах обработки и хранения информации.

3. Существующие ЛВС объединяют в себе небольшое количество компьютеров и

работают только над конкретными и узкими задачами.

4. Накопленное программное и информационное обеспечение не используется в

полном объеме и не имеет общего стандарта хранения.

5. При имеющейся возможности подключения к глобальным вычислительным сетям

типа Internet необходимо осуществить подключение к информационному каналу

не одной группы пользователей, а всех пользователей с помощью объединения

в группы.

Для решения данной проблемы предложено создать единую информационную сеть

(ЕИС) вуза. ЕИС вуза должна выполнять следующие функции:

1. Создание единого информационного пространства которое способно охватить

и применять для всех пользователей информацию созданную в разное время и

под разными типами хранения и обработки данных, распараллеливание и

контроль выполнения работ и обработки данных по ним.

2. Повышение достоверности информации и надежности ее хранения путем

создания устойчивой к сбоям и потери информации вычислительной системы, а

так же создание архивов данных которые можно использовать, но на текущий

момент необходимости в них нет.

3. Обеспечения эффективной системы накопления, хранения и поиска

технологической, технико-экономической и финансово-экономической

информации по текущей работе и проделанной некоторое время назад (

информация архива) с помощью создания глобальной базы данных.

4. Обработка документов и построения на базе этого действующей системы

анализа, прогнозирования и оценки обстановки с целью принятия

оптимального решения и выработки глобальных отчетов.

5. Обеспечивать прозрачный доступ к информации авторизованному

пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.

В данной работе на практике рассмотрено решение 1-го пункта - Создание

единого информационного пространства - путем рассмотрения и выбора лучшего

из существующих способов или их комбинации.

Глава 1.

Анализ возможностей ОС NetWare фирмы Novell

Сетевая ОС NetWare на сегодняшний день является наиболее популярной сетевой

ОС. Более половины всех ЛВС в мире используют различные версии ОС NetWare.

Пользователям она нравится благодаря своей хорошей производительности,

способности работать с разнообразными аппаратными средствами и

предоставлению исчерпывающего набора средств защиты данных.

Фирма Novell предлагает различные сетевые программные продукты. Главными

среди них являются три сетевые ОС на базе файловых серверов, описываемые в

данной главе - версия 4.0 для предприятий, версия 3.12 с улучшенными

характеристиками и версия 2.2 для новичков. Фирма Novell также продает

одноранговые сетевые ОС Personal NetWare и NetWare Lite, предназначенные

для организации ЛВС в небольших рабочих группах.

Кроме сетевых ОС, фирма Novell также предлагает другие программные

продукты, ориентированные на применение в компьютерных сетях. Так,

коммуникационная программа 3270 фирмы Novell позволяет организовать 3270

сеансов эмуляции терминалов большой ЭВМ рабочими станциями. Комплекс Access

Server является набором коммуникационных аппаратных и программных средств,

предоставляющих возможность нескольким уда ленным рабочим станциям получать

доступ к файловому серверу через телефонную сеть. Аппаратно-программный

комплекс, называемый LANa-lyzer, является инструментом для диагностики

некоторых сетевых проблем.

Фирма Novell стала первым производителем распределенных систем обработки

данных, допускающих совместное использование в ЛВС разнородных компьютеров,

Она также была первой фирмой, допускающей работу с компьютерными сетями,

имеющими различные топологии, и предоставляющей средства для маршрутизации

данных между такими сетями, Фирма Novell была первой, создавшей сетевые ОС

для OS/2 и всех версий DOS, и предоставляющей средства для соединения

компьютеров, совместимых с IBM, Apple, UNIX, DEC и многих других типов.

NetWare допускает использование более, чем 200 типов сетевых адаптеров,

более чем 100 типов дисковых подсистем для хранения данных, устройств

дублирования данных и файловых серверов. Она содержит сертификационную

лабораторию для испытаний своей продукции при работе с аппаратными и

программными компонентами от других производителей. В одной из своих

лабораторий фирма Novell имеет 1368 рабочих станций на базе ПК для

тестирования собственного программного обеспечения.

Фирма Novell имеет контракты о поддержке ОС NetWare с наиболее крупными и

мощными из независимых организаций, занимающихся обслуживанием ЛВС. В их

число входят Bell Atlantic, DEC, Hewlett-Packard, Intel, Prime, Unisys и

Xerox. Основными системными интеграторами и распространителями продукции

фирмы Novell являются: Electronic Data Systems (EDS), Boeing Computer

Services, NYNEX Business Centers и Sears Business Centers. Даже гигантская

фирма IBM с 1990 года стала перепродавать сетевые ОС NetWare.

Фирма Novell прошла трудный путь к вершинам сетевой технологии. Когда-то

она занималась производством файловых серверов и сетевых адаптеров. Однако

в настоящее время она прекратила производство аппаратных средств,

сосредоточив свои усилия на производстве программного обеспечения для

компьютерных сетей.

Изначально Novell разработала NetWare как операционную систему для

сетевой платы Novel S-Net. Novel S-Net - это сеть с топологией типа

"звезда" и выделенным сервером на MC68000. Ко времени создания этой сети

для процессоров MC68000 не было операционной системы, являющейся для них

стандартом "де-факто", поэтому Novell разработала полностью свою ОС,

ориентированную на сетевые приложения.

С началом бума компьютеров PC разработчики NetWare решили, что написанную

на С NetWare будет несложно перенести на микропроцессоры семейства Intel и

сделать так, чтобы сетевая ОС поддерживала практически любое сетевое

оборудование, представленное на рынке. Для непосредственного взаимодействия

с IBM-оборудованием были реализованы соответствующие драйверы. В связи с

тем, что ROM BIOS в семействе машин IBM PC был разработан для

однопользовательской DOS, общая производительность системы падала при

попытке использовать его в многопользовательских приложениях. NetWare -

многопользовательская система, поэтому программисты в Novel решили обойти

ROM BIOS и общаться непосредственно с оборудованием, то повышает

производительность (позволяет NetWare обрабатывать запросы от других

рабочих станций, ожидая завершения запроса ввода/вывода на диск).

Единственным недостатком примененного в NetWare подхода является

невозможность использовать DOS-драйверы для управления дисководами. Для

NetWare необходимы собственные драйверы дисковых устройств. Для многих

поставляемых дисковых накопителей, совместимых с IBM PC, производители

предоставляют и драйверы для NetWare. Фирма Novell также поставляет

драйверы для широкой гаммы устройств такого типа.

Преимущества данной сетевой ОС - высокая производительность и пропускная

способность сети - подтверждаются и местом на рынке аналогичных продуктов,

занимаемым NetWare. Интерфейсы предоставляемые пользователю NetWare не

имеют ничего общего с DOS или ROM BIOS, но они обеспечивают очень

эффективное использование ресурсов IBM PC. Этот подход позволил Novell

повысить степень защиты и исправления ошибок (fault tolerance), что было

невозможно реализовать в рамках файловой системы DOS.

В настоящее время свыше 300000 компьютеров работают под управлением

NetWare. NetWare была разработана специально для выполнения функций

файлового сервера, поэтому структура файлов и характер работы не базируются

на операционной системе рабочих станций, как это имеет место в MS-Net.

Программное обеспечение NetWare оптимизировано для управления,

совместного использования, преобразования и синхронизации данных в сетевой

среде. Открытая архитектура семейства программных продуктов Novell NetWare

обеспечивает прозрачное) управляемое совместное использование данных

компьютерами различных типов.

1.1 Обзор архитектуры

Фирма Novel исходила из того, что типичное современное предприятие

использует центральные ЭВМ, основанные на операционных системах VMS фирмы

DEC, VM и MVS фирмы IBM, UNIX-системы, а также серверы, подобные NetWare.

Рабочие станции могут использовать операционные системы DOS, Windows, OS/2,

Macintosh и UNIX. Сетевые вычисления обеспечивают интеграцию центральных и

персональных систем в единую логическую сеть. Интеграция систем рабочих

трупп пользователей с системами на основе архитектур мини и больших ЭВМ

позволяет сохранить капитальные вложения в эти системы и сделать их ресурсы

доенными всем пользователям сети.

Интегрированная вычислительная архитектура Novel - NICA (Novel Integrated

Computing Architecture) определяет построение всех продуктов Novell. NICA

отражает подход Novel к предоставлению сетевых функций для интеграции

прикладных программ в распределенной неоднородной среде. Архитектура,

используемая Novel для создания распределенных сетевых функций, позволяет

объединять продукты и прикладные программы различных поставщиков в сложную

сетевую вычислительную систему. NICA признает существование и учитывает

особенности других архитектур, определенных для распределения прикладных

программ по сетям, таких как SAA (System Application Architecture) фирмы

IBM, NAS (Network Application System фирмы) DEC, NewWave Office фирмы

Hewlett-Packard. NICA является полезным дополнением этих прикладных

программ, ревизуя сетевые функции, позволяющие прикладным программам таких

поставщиков как IBM, DEC и HP беспрепятственно выполняться в распределенной

среде.

NICA - это открытая архитектура, способная одновременно поддерживать

различные стандартные протоколы, Помимо поддержки различных протоколов,

NICA поддерживает также совиные файловые стандарты, что позволяет

прикладным программам клиентов одновременно использовать один общий файл, а

не разбивать диск на несколько нежимых разделов.

Специализированная сетевая ОС NetWare содержит сервисные функции (службы)

для выполнения прикладных программ у клиентов, а также функции (службы)

выполнения прикладных программ на серверах, Сетевые службы, определенные в

архитектуре NICA, могут выполняться как одним процессором сети NetWare,

так и быть распределенными по локальной (региональной) сети. Каждая из этих

служб может использоваться другими службами или прикладными программами.

NICA обеспечивает распределенные прикладные программы функциями поддержки

целостности данных, например, средствами зеркального отображения дисков

(мирроринг).

1.2 Файловая система NetWare

В сетевой среде структура файловой системы ОС сервера должна быть

оптимизирована, насколько это возможно, для повышения скорости дискового

ввода/вывода. Кроме того, сложность файловой системы определяет, какие

дополнительные функциональные возможности могут быть добавлены в сетевую

ОС.

Novell NetWare использует свою файловую систему, специально разработанную

фирмой Novell для сетевой ОС. В отличие от PC LAN Program, она не

базируется на однопользовательской ОС. В отличие от 3+, она не использует

структуру файлов DOS. И, наконец, в отличие от VINES, она не использует

громоздкую структуру файловой системы UNIX.

Это позволило Novell последовательно оптимизировать и улучшить структуру

файловой системы NetWare для повышения производительности и функциональных

возможностей. Средства отказоустойчивости NetWare стали возможными

только благодаря оптимизированной структуре файловой системы NetWare.

Перед созданием файловой структуры для файлового сервера NetWare, Novell

проанализировала существовавшие структуры файловых систем. Очень

внимательно были рассмотрены "плоские" структуры каталогов в операционных

системах СР/М- 80, СР/М-86 и MS-DOS 1.0, так как это были потенциальные ОС

для рабочих станций, используемых для связи с файл-сервером. Также была

проанализирована потоковая иерархическая структура каталогов и файлов ОС

UNIX и MS-DOS 2.1. Рассматривались и другие варианты.

Простые структуры систем с "плоскими" каталогами были созданы не для

работы с большими дисками, кроме того, при большой нагрузке

производительность заметно падает. Поиск нужного файла всегда сводится к

последовательному просмотру всего физического пространства каталога.

Несмотря на то, что плоские структуры обеспечивают невысокую скорость

поиска, они имеют преимущества в прямых методах управления дисками и

простых средствах восстановления информации при сбоях на диске.

Структуры каталогов UNIX и MS-DOS 2.0 лучше приспособлены для

иерархической организации и поиска, но они еще менее оптимальны, В этих

файловых системах подкаталоги реализуются как файлы (специального типа) в

каталоге. Файловой системе для иерархического поиска файла по каталогам

необходимо выполнить несколько операций открытия файлов (типа "подкаталог")

и несколько операций чтения с диска, что снижает производительность. На

каждом уровне в каталоге необходимо выполнить операцию поиска в нем

информации о файле-подкаталоге.

Эти иерархические структуры каталогов более чувствительны к сбоям на

диске, чем "плоские". Одна дисковая ошибка в файл-каталоге может сделать

недоступными все файлы и каталоги в соответствующем поддереве.

Восстановление каталогов также значительно усложняется по сравнению с

простой "плоской" структурой.

При разработке файловой системы NetWare Novell решила объединить

достоинства обоих подходов; "плоского" и иерархического. В NetWare

физическая структура оглавления тома - плоская. Использование плоской

структуры дает несколько важных преимуществ. В связи с тем, что оглашение

плоское и имеет определенный размер, то возможно загрузить все оглавление

сетевого тома в оперативную память файл-сервера, и все поиски по оглашению

могут быть осуществлены без обращений к диску. Это существенно повышает

производительность системы при поисках по оглавлению. Если один блок

оглавления теряется, то файл-сервер может использовать его дубликат для

продолжения работы. Этим повышается надежность. Возможность эффективного

преодоления сбоев на диске очень важна в распределенных системах.

Хотя физически оглавление тома в NetWare - плоское, логическая структура

каталогов -иерархическая. Логическая иерархия образуется за счет

использования специальных объектов типа "каталог" внутри плоской структуры

оглавления файлов.

Структура каталогов имеет несколько характерных черт. Создание нового

файла или подкаталога происходит очень просто, потому что для такого

объекта используется первая свободная область оглавления. Маршрутный поиск

по такой структуре каталогов также прост и не требует многих запросов на

открытие файлов, как это имеет место в файловой системе DOS.

В плоской структуре оглавления NetWare потеря части информации о

структуре каталогов не приведет к потере доступа к подкаталогам и файлам в

соответствующем поддереве. В NetWare используется простой алгоритм

зеркального копирования с проверкой по принципу повторного чтения

информации после записи для поддержки двух копий оглавления тома. В случае

потери информации о каталоге берется соответствующая информация из другой

копии.

При повреждении информации о каталоге в обеих копиях оглавления, для

каждого файла можно проверить наличие маршрутного пути от корневого

каталога до файла. Если такого пути нет, то отмечается та точка, где

обнаружена ошибка, и дерево файлов "ремонтируется" установлением вместо

разрушенной связи - связи с корневым каталогом.

Хэширование оглавления

Для высокопроизводительной файловой системы необходимо, чтобы механизм

поиска требуемого каталога был бы максимально эффективен. Существует два

основных способа поиска требуемого каталога. В первом случае поиск

осуществляется на основе полностью и однозначно заданного маршрутного

имени. Во втором случае поиск осуществляется для объекта в известном

подкаталоге с помощью указания только части искомого имени, точнее шаблона

искомого имени. Такой подход называют "wildcard" - поиск.

При любом типе поиска необходимо проверять только небольшое количество

элементов оглавления тома) чтобы либо найти требуемый элемент, либо

сообщить об отсутствии такого элемента. Для этой цели NetWare строит и

поддерживает в оперативной памяти 2 таблицы для каждого оглавления тома.

Первая таблица - это хэш-таблица, в которой математически сгруппированы

имена файлов и каталогов. Благодаря этой таблице поиск необходимого

элемента осуществляется значительно быстрее, чем при обычном

последовательном подходе.

Во второй таблице, поддерживаемой NetWare, все элементы оглавления,

имеющие один и тот же подкаталог, связаны между собой для обеспечения

возможности "wildcard" - поиска. Наличие этой таблицы дает существенный

выигрыш времени при поиске необходимого элемента каталога по заданному

шаблону.

Алгоритм лифта (Elevator Seeking)

Запросы на чтение или запись информации на диск - это наиболее частые

запросы от рабочих станций к фазовому серверу в ЛВС. Это естественно, так

как зачастую и файлы программ, и файлы данных размещаются на сетевом диске

и должны быть переданы на рабочую станцию по их требованию. Общая

производительность файл-сервера существенно зависит от того, насколько

хорошо сервер реагирует на запросы на чтение файлов.

В NetWare существует отдельный процесс чтения с диска) который отвечает

за чтение данных с жесткого диска сервера и помещение их а кэш-буфера. Этот

процесс сортирует поступающие запросы на чтение в порядке, основывающемся

на текущем положении головок диска. Этот подход, называемый алгоритмом

лифта ("elevator seeking"), оптимизирует движение головок диска и, как

результат, значительно увеличивает эффективность работы диска при

значительной загрузке.

Кэширование диска

Существующий в NetWare отдельный процесс чтения информации с диска

считывает ее большими порциями, вместо того) чтобы считывать столько

информации, сколько затребовано. Это кэширование диска, оно используется

для минимизации числа обращений к физическому диску.

В связи с тем) что время перемещения головок диска значительно больше

времени обмена информации диск-память, можно дополнительно поднять

производительность дискового ввода/вывода, считывая данные, расположенные

вслед за затребованными в предположении возможных будущих запросов на

чтение от рабочей станции.

Как кэширование диска, так и алгоритм лифта ("elevator seeking"),

значительно увеличивают производительность работы с диском в системе

NetWare.

Дисковый ввод/вывод

В дополнение к кэшированию диска и алгоритму лифта ("elevator seeking")

файловая система NetWare использует где только возможно перекрывающийся

подвод головок (overlapped seeks) в процессе чтения диска. Если компьютер

файл-сервера NetWare имеет несколько дисковых накопителей) то

перекрывающийся подвод головок позволяет одновременно обращаться к

нескольким дискам, а не по очереди (то к одному, то к другому). Благодаря

независимому управлению несколькими дисками, диск не простаивает, пока

сервер читает информацию с другого диска.

Отказоустойчивость (Fault Tolerance)

Благодаря оптимизированной для работы в сети файловой структуре, Novell

реализовала целый рад предупредительных мер для достижения надежности

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6