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

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

Государственный Комитет Российской Федерации по

высшему образованию

Московский Государственный Институт Радиотехники, Электроники и Автоматики

(Технический Университет)

Факультет ВМС

Кафедра Кибернетики

Шифр АВ-4-92156

Дипломный Проект

Тема: Система управления базой данных объектов Гражданской Обороны для

принятия решений в чрезвычайных ситуациях.

Исполнитель: Сафронов С. О.

Руководитель проекта: Мошкин В. В.

Консультант по спец. части: Юсупов Э. И.

Консультант по организационно-

экономической части: Забродина М. В.

Консультант по технике

безопасности: Ахобадзе Г.И.

Консультант по гражданской

обороне: к.т.н. Манукалов В.В.

Консультант по эргономике: Пименов А.И.

Рецензент:

«Допущен к защите»

Зав. Кафедрой:

МОСКВА - 1998 г.

ЗАДАНИЕ

РЕФЕРАТ

Темой разработанного дипломного проекта является "Система управления

базой данных объектов Гражданской Обороны для принятия решений в

чрезвычайных ситуациях".

Результатом дипломного проектирования является разработанная база

данных по объектам экономики, объектам гражданской обороны и учащихся в

учебно-методическом центре. А так же программа по управлению базой данных,

которая позволяет производить различные действия: ведение, корректировку

данных, построение отчетов и составление различной статистической

информации.

Дипломный проект содержит _____ страниц текста, ____ рисунков и

____ таблиц. Приложения занимают ____ страниц. Список литературы содержит

____ наименований.

В расчетно-пояснительной записке приведено экономическое

обоснование создание программного продукта; представлен расчет затрат и

определение цены ПП, экономическая эффективность разработки. Определены

мероприятия, обеспечивающие оптимальные условия труда пользователя на

рабочем месте. Произведена разработка программы по расчету основных

поражающих факторов ядерного взрыва. Приведен эргономический анализ стилей

программирования. Сделаны соответствующие выводы по выбору операционной

системы и базы данных.

Данная программа позволяет полностью автоматизировать существующую

систему сбора и хранения информации. Заменяет книги учёта объектов

Гражданской Обороны и облегчает корректировку и поиск любой необходимой

информации.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЗАДАНИЕ 2

РЕФЕРАТ 3

ОГЛАВЛЕНИЕ 4

СОКРАЩЕНИЯ 8

1. ВВЕДЕНИЕ 9

2. ВЫБОР ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ 11

2.1. Определение операционной системы 11

2.2. ОС как система управления ресурсами 11

2.3. Классификация ОС 12

2.3.1. Особенности алгоритмов управления ресурсами 12

2.3.1.1. Поддержка многозадачности. 12

2.3.1.2. Поддержка многопользовательского режима. 13

2.3.1.3. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность 13

2.3.1.4. Поддержка многонитевости 14

2.3.1.5. Многопроцессорная обработка 14

2.3.1.6. Поддержка сети 14

2.3.2. Особенности аппаратных платформ 15

2.3.3. Особенности областей использования 16

2.3.3.1. Системы пакетной обработки 16

2.3.3.2. Системы разделения времени 17

2.3.3.3. Системы реального времени 18

2.4.Обзор сетевых операционных систем 18

2.5. Выбор операционной системы 20

3. ВЫБОР БАЗЫ ДАННЫХ 24

3.1. Определение СУБД 24

3.2. Основные функции СУБД 24

3.2.1. Непосредственное управление данными во внешней памяти

25

3.2.2. Управление буферами оперативной памяти 25

3.2.3. Управление транзакциями 25

3.2.4. Журнализация 26

3.2.5. Поддержка языков БД 28

3.3. Варианты построения информационных приложений с использованием

СУБД 30

3.3.1. Централизованные многотерминальные системы 31

3.3.2. Файл-серверные приложения 32

3.3.3.Приложения клиент-сервер 33

4. ВЫБОР ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ 35

4.1.Традиционные системы программирования 36

4.2. Инструменты для создания файл-серверных приложений 37

4.3. Средства разработки приложений клиент-сервер 38

4.3.1. Среды разработки приложений для серверов баз данных 39

4.3.2. Средства поддержки распределенных информационных приложений

40

5. ВЫВОДЫ ПО ВЫБОРУ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ, ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ И БАЗЫ

ДАННЫХ 43

6. СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ И

ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ 46

6.1. Определение ГО 46

6.2. Основные задачи ГО 47

6.3. Схема управления по делам ГО и ЧС 47

7. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗОЙ ДАННЫХ

ОБЪЕКТОВ ГО. 48

7.1. Назначение и цели создания программного продукта 48

7.2. Решаемые задачи 49

7.3. Определение необходимых таблиц базы данных 49

7.4. Нормализация базы данных 51

7.4.1. Первая нормальная форма 52

7.4.2. Вторая нормальная форма 52

7.4.3. Третья нормальная форма 53

7.4.4. Четвертая нормальная форма 53

7.4.5. Пятая нормальная форма 53

7.5. Определение столбцов в таблицах 54

7.6. Создание SQL сценария 68

7.6.1. Создание базы данных 68

7.6.2. Создание таблиц 69

7.6.3. Создание индексов 69

7.6.4. Определение первичных ключей 69

7.6.5. Определение вторичных ключей 70

7.6.6. Создание триггеров 70

7.6.7. Создание последовательностей 70

7.7.Выбор типа создаваемого приложения 71

7.8. Соглашение о название компонентов в программе GOBASE 71

7.9. Структура главного меню 73

7.9.1. Меню «Файлы» 74

7.9.2. Меню «Таблицы» 74

7.9.3. Меню «Отчеты» 75

7.9.4. Меню «Помощь» 75

7.10. Проектирование иерархий форм и отчетов 75

7.11. Иерархия форм программы 76

7.12. Основные органы управления форм программы GOBase 77

7.13. Основные формы программы 78

7.13.1. Форма ввода объектов экономики 78

7.13.2. Форма ввода учащихся в УМЦ 79

7.13.3. Форма отчетов (управления) 81

7.14. Экспорт в Excel 82

7.15. Требования к аппаратуре и программным средствам 84

7.16. Установка программы 84

8. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 85

8.1. Введение 85

8.2. Описание программы 86

8.3. Последовательность выполнения работ 86

8.4. Оценка издержек на разработку программы. 92

8.4.1. Статья I. Оплата труда 93

8.4.2. Статья II. Материальные ресурсы 94

8.4.3. Статья III. Отчисления на социальные нужды 95

8.4.4. Статья IV. Накладные расходы 95

8.5. Цена программного продукта 96

8.6. Анализ эффективности внедрения программы 96

9. МЕРОПРИЯТИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ТРУДА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ НА

РАБОЧЕМ МЕСТЕ 99

9.1. Специфика дипломного проекта 99

9.2. Обзор вредных особенностей работы, встречающихся при изготовлении,

наладке и эксплуатации программ 99

9.3.1. Работа с монитором 99

9.3.2. Кресло 99

9.3.3. Клавиатура 100

9.3.4. Эффекты отражения и рабочий стол. 100

9.3.5. Оригиналодержатель 100

9.3.6. Шумы 100

9.3.7. Выделение избытков теплоты 101

9.4. Анализ категории тяжести труда инженера-программиста. 101

9.5. Анализ освещения на рабочем месте программиста. 106

10. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ШТАБА ГО 110

10.1. Задачи гражданской обороны. 110

10.2. Основной расчет поражающих факторов ядерного взрыва 111

10.2.1. Исходные данные: 111

10.2.2. Выходные данные: 111

10.3. Текст программы 111

10.4. Проврка работоспособности 113

10.5. Выводы: 113

11. ЭРГОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭВМ 114

11.1. Введение 114

11.2. Проектирование форм 114

11.3. Формы выдачи решений 117

11.4. Интерактивные формы. 118

11.5.Формы ввода данных. 119

11.6. Проектирование отчетов. 120

12. ВЫВОДЫ 122

13. ЛИТЕРАТУРА 124

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 125

П.1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 125

П.1.1 Общие сведения 125

П.1.2. Постановка задачи 125

П.1.3. Основания для разработки 125

П.1.4. Назначение и цели создания программного продукта 125

П.1.5. Требования к программе 126

П.1.6. Состав и содержание работ по созданию программы 127

П.1.7. Входная информация 127

П.1.8. Выходная информация 128

П.1.9. Порядок контроля и приемки программы 129

П.1.10. Требования к составу и содержанию работ по установке

программы на рабочем месте оператора 129

П.1.11. Требования к документированию 129

П.1.12. Источники разработки 129

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 129

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 132

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 132

СОКРАЩЕНИЯ

|BL (Business or |Прикладная логика |

|Application Logic) | |

|DL (Data Logic |Логика управления данными |

|DS (Data Services) |Операции с БД |

|FK |Foreign Key (вторичный ключ) |

|FS (File Services) |Файловые операции |

|ID |идентификатор |

|ODBC |Open DataBase Connectivity |

|PK |Primary Key (первичный ключ) |

|PL (Presentation Logic) |Логика представлений |

|PS (Presentation | средства представления. |

|Services) | |

|RAD (Rapid Application |Средства быстрой разработки приложений |

|Development) | |

|АС |Автоматизированная система |

|АСУ |Автоматизированная система управления |

|БД |База данных |

|ВТ |Вычислительная техника |

|ГО |Гражданская Оборона |

|ДП |Дипломный проект |

|КЧС |Комиссия по ЧС |

|МТС |Материально-технические средства |

|ОП |Оперативная память |

|ОП |Особый период |

|ОС |Операционная система |

|ОТ |Охрана труда |

|ПК |Персональный компьютер |

|ПО |Программное обеспечение |

|ПП |Прикладная программа |

|ППП |Пакет ПП |

|ПУФ |Повышение устойчивости функционирования |

|ПЭВМ |Персональная ЭВМ |

|РФ |Российская Федерация |

|РФ |Российская Федерация |

|СУБД |Система управления базами данных |

|ТЗ |Техническое задание |

|ТП |Техническое предложение |

|УМЦ |Учебно-методический центр |

|ЦП |Центральный процессор |

|ЧС |Чрезвычайные ситуации |

|ЭВМ |Электронно-вычислительная машина |

|ЭЛТ |Электронно-лучевая трубка |

1. ВВЕДЕНИЕ

Прогресс, достигнутый за последние несколько лет во всех аспектах

вычислительной техники, включая теорию, технологию и приложения, привели

к значительному расширению области применения компьютеров и росту

числа их пользователей. Существенной частью современного общества

являются разнообразные системы доступа и хранения информации, которые

являются неотъемлемой составляющей современного научно-технического

прогресса. Существует много веских причин перевода существующей

информации на компьютерную основу, т.к. более быстрая обработка данных и

централизация их хранения с использованием клиент/серверных технологий

позволяют сберечь значительные средства, а главное и время для получения

необходимой информации, а также упрощает доступ и ведение.

В любой организации, как большой, так и маленькой, возникает проблема

такой организации управления данными, которая обеспечила бы наиболее

эффективную работу. Некоторые организации используют для этого шкафы с

папками, но большинство предпочитают компьютеризированные СУБД, позволяющие

эффективно хранить, извлекать информацию и управлять большими объемами

данных. Современные СУБД - многопользовательские системы управления базой

данных, которые специализируется на управлении массивом информации одним

или множеством одновременно работающих пользователей.

В настоящее время, вследствие нестабильной экономической и

политической ситуации в России возрастает опасность возникновения ЧС на

хозяйственных объектах (заводах, фабриках, электростанциях и т.п.),

возникновения аварий, стихийных бедствий и прочих катаклизмов. С каждым

годом чрезвычайные ситуации, порождаемые производственными и транспортными

авариями, катастрофами и стихийными бедствиями, становятся все более

частыми, масштабными и опасными, сопровождаются все большими человеческими

жертвами, материальным ущербом и деградацией природной сферы.

Как свидетельствует анализ статистических данных большая часть ЧС

возникает в РФ в регионах с высокой концентрацией предприятий угольной,

химической, нефтяной и газовой промышленности, с разветвленной сетью

автомобильных и железных дорог, а также в крупных городах. В основном это

ЧС техногенного характера (свыше 70% от общего числа) [1]. (См. ПРИЛОЖЕНИЕ

2)

Для решения задач предотвращения и ликвидации ЧС, снижения возможных

потерь населения и ущерба экономике в случае их возникновения в РФ создана

и действует единая государственная система предупреждения и ликвидации ЧС.

В соответствии с законом “О защите населения и территорий от ЧС природного

и технического характера” в стране функционирует единая государственная

система предупреждения и ликвидации ЧС, которая располагает органами

управления, силами, техническими средствами и другими материальными

ресурсами для того чтобы защитить население и национальное достояние от

воздействий аварий, катастроф, экологических и стихийных бедствий или

уменьшить их воздействия.

Основной целью создания этой системы является объединение усилий

центральных органов исполнительной власти, органов представительной и

исполнительной власти республик в составе РФ, краев, областей, городов и

районов, а также организаций, учреждений и предприятий, их сил средств в

деле предупреждения и ликвидации ЧС.

В связи с этим необходимо уделить пристальное внимание вопросам

гражданской обороны, а также оснащенность частей гражданской обороны

современной техникой, в том числе компьютерной, для своевременного и

оперативного реагирования на возникшую критическую ситуацию и на устранение

ее последствий. Для этого компьютерная техника должна быть оснащена

соответствующим программным обеспечением.

К сожалению, на сегодняшний момент не существует единой базы данных

объектов ГО, даже для такого крупного города как Москва. Существующее

хранение информации только с использованием картотек становится не

приемлемым в складывающейся ситуации.

В данной дипломной работе разработана программа по управлению базой

данных объектов экономики, с помощью которой можно оперативно собрать все

необходимые данные (о находящейся в распоряжении техники, защитных

сооружений, близ находящиеся объектах и другой информации) об объектах

экономики округа или города в чрезвычайной ситуации при планировании и

организации спасательных и других неотложных работ и тем самым сократить

время на сбор информации, которая так необходима в первые минуты ЧС, когда

каждая минута промедления может стоить жизни людей. Результатом

дипломного проектирования является разработанная база данных по объектам

экономики, объектам гражданской обороны и учащихся в учебно-методическом

центре. А так же программа по управлению базой данных, которая позволяет

производить различные действия: введение, корректировку данных, построение

отчетов и составление различной статистической информации.

2. ВЫБОР ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

2.1. Определение операционной системы

Операционная система в наибольшей степени определяет облик всей

вычислительной системы в целом. Довольно затруднительно дать определение

операционной системе. Частично это связано с тем, что ОС выполняет две по

существу мало связанные функции: обеспечение пользователю-программисту

удобств посредством предоставления для него расширенной машины и повышение

эффективности использования компьютера путем рационального управления его

ресурсами.

2.2. ОС как система управления ресурсами

Идея о том, что ОС прежде всего система, обеспечивающая удобный

интерфейс пользователям, соответствует рассмотрению сверху вниз. Другой

взгляд, снизу вверх, дает представление об ОС как о некотором механизме,

управляющем всеми частями сложной системы. Современные вычислительные

системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, дисков, накопителей на

магнитных лентах, сетевой коммуникационной аппаратуры, принтеров и других

устройств. В соответствии со вторым подходом функцией ОС является

распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами,

конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами

вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную

эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть,

например, пропускная способность или реактивность системы. Управление

ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:

. планирование ресурса - то есть определение, кому, когда, а для делимых

ресурсов и в каком количестве, необходимо выделить данный ресурс;

. отслеживание состояния ресурса - то есть поддержание оперативной

информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов -

какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно.

Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют

различные алгоритмы, что в конечном счете и определяет их облик в целом,

включая характеристики производительности, область применения и даже

пользовательский интерфейс.

Так, например, алгоритм управления процессором в значительной степени

определяет, является ли ОС системой разделения времени, системой пакетной

обработки или системой реального времени.

2.3. Классификация ОС

Операционные системы могут различаться особенностями реализации

внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера

(процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов

проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и

многими другими свойствами.

Ниже приведена классификация ОС по нескольким наиболее основным

признакам.

2.3.1. Особенности алгоритмов управления ресурсами

От эффективности алгоритмов управления локальными ресурсами компьютера

во многом зависит эффективность всей сетевой ОС в целом. Поэтому,

характеризуя сетевую ОС, часто приводят важнейшие особенности реализации

функций ОС по управлению процессорами, памятью, внешними устройствами

автономного компьютера. Так, например, в зависимости от особенностей

использованного алгоритма управления процессором, операционные системы

делят на многозадачные и однозадачные, многопользовательские и

однопользовательские, на системы, поддерживающие многонитевую обработку и

не поддерживающие ее, на многопроцессорные и однопроцессорные системы.

2.3.1.1. Поддержка многозадачности.

По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут

быть разделены на два класса:

. однозадачные (например, MS-DOS, MSX)

. многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95/NT).

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления

пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс

взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают

средства управления периферийными устройствами, средства управления

файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют

разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор,

оперативная память, файлы и внешние устройства.

2.3.1.2. Поддержка многопользовательского режима.

По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

. однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);

. многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских

является наличие средств защиты информации каждого пользователя от

несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не

всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая

однопользовательская ОС является однозадачной.

2.3.1.3. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность

Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ

распределения процессорного времени между несколькими одновременно

существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет

специфику ОС. Среди множества существующих вариантов реализации

многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:

. невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);

. вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX).

Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами

многозадачности является степень централизации механизма планирования

процессов. В первом случае механизм планирования процессов целиком

сосредоточен в операционной системе, а во втором - распределен между

системой и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности

активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной

инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та

выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей

многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на

другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

2.3.1.4. Поддержка многонитевости

Важным свойством операционных систем является возможность

распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС

разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными

ветвями (нитями).

2.3.1.5. Многопроцессорная обработка

Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней

средств поддержки многопроцессорной обработки - мультипроцессирование.

Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления

ресурсами.

В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки

многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных

системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus

Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы

Novell.

Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организации

вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой:

асимметричные ОС и симметричные ОС. Асимметричная ОС целиком выполняется

только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по

остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и

использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными

задачами.

2.3.1.6. Поддержка сети

Выше были рассмотрены характеристики ОС, связанные с управлением

только одним типом ресурсов - процессором. Важное влияние на облик

операционной системы в целом, на возможности ее использования в той или

иной области оказывают особенности и других подсистем управления локальными

ресурсами - подсистем управления памятью, файлами, устройствами ввода-

вывода.

Специфика ОС проявляется и в том, каким образом она реализует сетевые

функции: распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным

ресурсам, передача сообщений по сети, выполнение удаленных запросов. При

реализации сетевых функций возникает комплекс задач, связанных с

распределенным характером хранения и обработки данных в сети: ведение

справочной информации о всех доступных в сети ресурсах и серверах,

адресация взаимодействующих процессов, обеспечение прозрачности доступа,

тиражирование данных, согласование копий, поддержка безопасности данных.

2.3.2. Особенности аппаратных платформ

На свойства операционной системы непосредственное влияние оказывают

аппаратные средства, на которые она ориентирована. По типу аппаратуры

различают операционные системы персональных компьютеров, мини-компьютеров,

мейнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ. Среди перечисленных типов компьютеров

могут встречаться как однопроцессорные варианты, так и многопроцессорные. В

любом случае специфика аппаратных средств, как правило, отражается на

специфике операционных систем.

Очевидно, что ОС большой машины является более сложной и

функциональной, чем ОС персонального компьютера. Так в ОС больших машин

функции по планированию потока выполняемых задач, очевидно, реализуются

путем использования сложных приоритетных дисциплин и требуют большей

вычислительной мощности, чем в ОС персональных компьютеров. Аналогично

обстоит дело и с другими функциями.

Сетевая ОС имеет в своем составе средства передачи сообщений между

компьютерами по линиям связи, которые совершенно не нужны в автономной ОС.

На основе этих сообщений сетевая ОС поддерживает разделение ресурсов

компьютера между удаленными пользователями, подключенными к сети. Для

поддержания функций передачи сообщений сетевые ОС содержат специальные

программные компоненты, реализующие популярные коммуникационные протоколы,

такие как IP, IPX, Ethernet и другие.

Многопроцессорные системы требуют от операционной системы особой

организации, с помощью которой сама операционная система, а также

поддерживаемые ею приложения могли бы выполняться параллельно отдельными

процессорами системы. Параллельная работа отдельных частей ОС создает

дополнительные проблемы для разработчиков ОС, так как в этом случае гораздо

сложнее обеспечить согласованный доступ отдельных процессов к общим

системным таблицам, исключить эффект гонок и прочие нежелательные

последствия асинхронного выполнения работ.

Другие требования предъявляются к операционным системам кластеров.

Кластер - слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем,

работающих совместно для выполнения общих приложений, и представляющихся

пользователю единой системой. Наряду со специальной аппаратурой для

функционирования кластерных систем необходима и программная поддержка со

стороны операционной системы, которая сводится в основном к синхронизации

доступа к разделяемым ресурсам, обнаружению отказов и динамической

реконфигурации системы. Одной из первых разработок в области кластерных

технологий были решения компании Digital Equipment на базе компьютеров VAX.

Недавно этой компанией заключено соглашение с корпорацией Microsoft о

разработке кластерной технологии, использующей Windows NT. Несколько

компаний предлагают кластеры на основе UNIX-машин.

Наряду с ОС, ориентированными на совершенно определенный тип

аппаратной платформы, существуют операционные системы, специально

разработанные таким образом, чтобы они могли быть легко перенесены с

компьютера одного типа на компьютер другого типа, так называемые мобильные

ОС. Наиболее ярким примером такой ОС является популярная система UNIX. В

этих системах аппаратно-зависимые места тщательно локализованы, так что при

переносе системы на новую платформу переписываются только они. Средством,

облегчающем перенос остальной части ОС, является написание ее на машинно-

независимом языке, например, на С, который и был разработан для

программирования операционных систем.

2.3.3. Особенности областей использования

Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с

использованными при их разработке критериями эффективности:

. системы пакетной обработки (например, OC EC),

. системы разделения времени (UNIX, VMS),

. системы реального времени (QNX, RT/11).

2.3.3.1. Системы пакетной обработки

Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в

основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения

результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной

обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение

максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в

системах пакетной обработки используются следующая схема функционирования:

в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит

требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется

мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач.

Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие отличающиеся

требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка

всех устройств вычислительной машины; так, например, в мультипрограммной

смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с

интенсивным вводом-выводом. Таким образом, выбор нового задания из пакета

заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть

выбирается "выгодное" задание. Следовательно, в таких ОС невозможно

гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного

периода времени. В системах пакетной обработки переключение процессора с

выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае,

если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за

необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Поэтому одна задача может

надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение интерактивных

задач. Таким образом, взаимодействие пользователя с вычислительной машиной,

на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он

приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после

выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой

порядок снижает эффективность работы пользователя.

2.3.3.2. Системы разделения времени

Системы разделения времени призваны исправить основной недостаток

систем пакетной обработки - изоляцию пользователя-программиста от процесса

выполнения его задач. Каждому пользователю системы разделения времени

предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей

программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется

только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор

надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран

достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на

одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них

единолично использует машину. Ясно, что системы разделения времени обладают

меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на

выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та,

которая "выгодна" системе, и, кроме того, имеются накладные расходы

вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на

задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не

максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы

пользователя.

2.3.3.3. Системы реального времени

Системы реального времени применяются для управления различными

техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная

экспериментальная установка или технологическими процессами, такими, как

гальваническая линия, доменный процесс и т.п. Во всех этих случаях

существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть

выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае

может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные

данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического

покрытия не будет соответствовать норме. Таким образом, критерием

эффективности для систем реального времени является их способность

выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и

получением результата (управляющего воздействия). Это время называется

временем реакции системы, а соответствующее свойство системы -

реактивностью. Для этих систем мультипрограммная смесь представляет собой

фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на

выполнение осуществляется исходя из текущего состояния объекта или в

соответствии с расписанием плановых работ.

Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем

разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной

обработки, а часть - в режиме реального времени или в режиме разделения

времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым

режимом.

2.4.Обзор сетевых операционных систем

Большое разнообразие типов компьютеров, используемых в вычислительных

сетях, влечет за собой разнообразие операционных систем: для рабочих

станций, для серверов сетей уровня отдела и серверов уровня предприятия в

целом. К ним могут предъявляться различные требования по производительности

и функциональным возможностям, желательно, чтобы они обладали свойством

совместимости, которое позволило бы обеспечить совместную работу различных

ОС.

Сетевые ОС могут быть разделены на две группы: масштаба отдела и

масштаба предприятия. ОС для отделов или рабочих групп обеспечивают набор

сетевых сервисов, включая разделение файлов, приложений и принтеров. Они

также должны обеспечивать свойства отказоустойчивости, например, работать с

RAID-массивами, поддерживать кластерные архитектуры. Сетевые ОС отделов

обычно более просты в установке и управлении по сравнению с сетевыми ОС

предприятия, у них меньше функциональных свойств, они меньше защищают

данные и имеют более слабые возможности по взаимодействию с другими типами

сетей, а также худшую производительность.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6