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1、8.1 网络操作系统的结构 8.2 网络操作系统中的通信 8.3 网络操作系统中的资源共享 8.4 网络操作系统中的服务软件 8.5 网络操作系统中的应用程序接口 8.6 Windows NT网络 8.7 小结 习题,8.1.1 网络操作系统的功能和特点 计算机操作系统是控制和管理计算机系统的全部硬件资源和软件资源，合理地组织计算机的工作流程以及方便用户使用的程序集合。这里所说的计算机系统是指单机系统，它相对比较简单，可把操作系统视为系统资源管理程序。设置操作系统的目的，在于提高系统的处理能力，提高系统资源的利用率和方便用户使用计算机。,8.1 网络操作系统的结构,对于单机系统来说，操作系统为
2、实现上述目标已经尽了最大的努力，几乎将其全部的潜力挖掘出来了。例如，在多道程序设计原理的基础上引进了并发程序的概念，实现了虚拟处理机；为解决内存容量不足，引进了虚拟存储器的概念等。总之，单机操作系统为用户提供了以下主要功能： 处理机管理； 存储器管理； 文件系统； 设备管理。,网络操作系统是具有网络功能的操作系统，它除了具有通常单机操作系统所具备的功能外，还应具有网络支持的功能。其主要功能有： 提供高效而可靠的网络通信能力； 提供多种网络服务。,与单机操作系统相比，网络操作系统的主要特点归纳如下： 1. 复杂性 网络操作系统的复杂性表现在各个方面，网络文件管理就是一例。单机操作系统只能管理本机
3、的文件系统，单机用户只能访问本机上的文件系统，而在网络系统中，还允许本地用户访问远程节点上的文件系统。 2. 并行性 单机操作系统实现了程序的并发执行，但因处理机只有一台，并未实现真正的并行。,3. 通信与同步 在计算机网络系统中，必须提供信息传输的基本功能，通常以通信原语的形式出现。这些通信原语可供应用程序调用，从而构成了用户与网络的接口。在两个进程的一次通信中，通常可用发送（Send)原语和接收（Receive)原语来完成。但这两条原语的执行也还存在两个问题，一是可靠性问题，二是同步问题。,4. 安全性 在单机条件下，操作系统的主要特点是其封闭性。也就是说，它有自己的用户，自己的资源，以及
4、自己的一套规定和命令。一台计算机一旦加入了网络，就同网络系统中更多的计算机和用户交往，从而这台计算机就成为开放式的面向网络的计算机。网络上各节点的主机运行自身的操作系统，它不仅要保证本机的系统进程和用户进程能简便、有效地使用网络中的资源，同时也为网络中其它用户使用本机资源提供服务。但这种服务是有限制的。操作系统应保护一个合法用户的资源不受侵犯，规定一个用户或进程的可分配资源的限额，防止一个用户存取它不该存取的资源。,网络操作系统的安全性体现在以下几个方面： （1） 网络操作的安全性。系统应规定不同用户的不同权限。网络用户通常可分为系统管理员、高级用户和一般用户。系统管理员有更大的责任，他必须熟
5、悉规定的操作过程，并且事先想到执行特权操作可能引起的后果与补救措施。 （2） 用户身份验证。网络操作系统中的安全子系统应记录作用于本机的安全性策略，维护有关用户的账号信息（包括用户名、密码），为安全性目的用户组以及用户所拥有的特权，它还接纳用户的登录信息并进行登录授权。,对进入系统的用户要进行审查，执行某一特权操作也要进行审查，审查是通过身份验证进行的。个人身份可采用以下三种形式验证： 个人特征：手印、声音、照片和签名等。 个人证件：身份证、钥匙等。 个人信息：口令、密码等。,（3） 资源的存取控制。为防止系统死锁，应采取一些安全性策略和措施；对系统中的文件子系统，应采取相应的保护措施；规定不
6、同程序有不同的运行方式，例如系统程序在核心态下运行，用户程序在用户态下运行。 （4） 网络传输的安全性。网络上数据传输的安全性与保密性由网络本身来保证。,8.1.2 信息处理的基本模式 计算机网络是计算机及其应用技术与通信技术相结合的产物，它是由计算机本身的系统结构逐渐演变过来的。它是由若干台计算机以信息传输为主要目的而连接起来组成的系统，以实现计算机或计算机系统之间的资源共享、数据通信、信息服务与网络并行计算等为主要功能。 计算机网络作为一个信息处理系统，其构成的基本模式有两种：对等模式和客户/服务器模式。,1. 对等（Peer to Peer）模式 在对等模式中，网络上任一节点机所拥有的资
7、源都作为网络公用资源，可被其它节点机上的网络用户共享。在这种情况下，一个节点机可以支持前、后台操作，当在前台执行应用程序时，后台支持其它网络用户使用该机资源。也就是说，网络上的一个节点机既可以作为客户机与其它节点机交往并访问其资源，又可起到服务器的作用，它能管理本节点机的共享资源并为其它节点机服务。此时可把对等模式中的节点机看成是客户和服务器的组合体，因而有时也称其为组合站。,采用对等模式的网络，各节点机都处于平等地位，没有主次之分。对等模式具有灵活的共享方式和均衡的通信方式，但由于受站点机本身的处理能力和存储空间的限制，本地操作和为它机服务很难兼顾，这将导致系统处理速度下降。再者，资源服务分
8、散在各个节点上，协调和管理也使系统付出较大的开销，从而限制了网络的规模。对等模式是小型网络的较好选择，但对于中等以上的网络，则应采用客户/服务器模式。,2. 客户/服务器（Client/Server）模式 在一个信息处理系统中，通常由若干台计算机组成。其中，用于提供数据和服务的计算机称为服务器，向服务器提出请求数据和服务的计算机称为客户，这样的系统工作模式称为客户/服务器计算模式。在计算机网络中，一些节点作为客户机，而另一些节点称为服务器机，因而可有单客户单服务器、单客户多服务器、多客户单服务器以及多客户多服务器等多种组织形式。 在客户/服务器模式中，客户简单地提出服务请求，由服务器提供服务并
9、将结果或错误返回给客户，因此，客户/服务器模式是一种主从结构。,客户/服务器模式是信息处理系统中的一种基本、实用的工作模式，也是网络操作系统结构设计的一种模式。采用客户/服务器模式构造一个操作系统的基本思想是，把操作系统划分成若干进程，其中每个进程实现单独的一套服务，每一种服务对应一个服务器。客户可以是一个应用程序，也可以是另一个操作系统成分。它通过发送一条消息给服务器请求一项服务，运行在核心状态下的操作系统内核把消息传递给服务器，由服务器执行具体操作，其结果经由内核用另一消息返回给客户。,8.1.3 客户/服务器模式的工作过程 在客户/服务器结构模式的信息处理系统中，存在客户与服务器两方。通
10、常，客户方处于主动，向服务器方提出服务请求，而服务器则处于被动地位。服务器进程被启动后就处于等待接收客户的请求，当请求到达时方被唤醒。客户向服务器提出的请求是采用原语或系统调用的方式进行的，在原语或系统调用命令中包含相应的参数。图8.1给出了客户与服务器之间的对话过程。,图8.1 客户方与服务器方之间的对话,由图8.1可以看出，客户与服务器之间的交互过程如下： 客户方以通常的方式发出服务请求，由客户机上的网络软件把它装配成请求包（请求包中应包含相应的服务参数），再经过传输协议软件把请求包发送给服务器方。 服务器上的传输软件接收到请求包后，对该包进行检查。若无错，便将它提交给服务器方的网络软件进
11、行处理。 服务器网络软件根据请求包中的请求，完成相应的处理或服务，并将服务结构装配成一个响应包，由传输协议软件将其发给客户。 由客户的传输协议软件把收到的响应包转交给客户的网络软件，由网络软件做适当处理后提交给客户。,8.1.4 网络操作系统的结构 现在我们讨论在客户/服务器模式下网络操作系统的组成。 由于当前在局域网（LAN）上配置的网络操作系统基本上都是采用客户/服务器模式，因此，在客户/服务器模式下的网络操作系统就由两部分组成：客户机（也称工作站）操作系统和服务器操作系统。,1. 工作站操作系统 工作站上配置操作系统的目的是： （1） 工作站上的用户，可使用本地资源并执行在本地可以处理的
12、应用程序和用户命令。 （2） 实现工作站上的用户与服务器的交互。,根据以上两点，工作站操作系统可由单机操作系统直接扩充而成。要扩充的软件主要有： (1) 重定向程序(Redirector)。对于客户/服务器模式，工作站上的用户请求可分为本地请求和服务器请求。为使用户能以相同方式访问本地操作系统和远程服务器，在工作站应配置本地/远程请求解释程序。该程序在接收到工作站上用户发来的请求后，先判别该请求是本地请求还是服务器请求，如是本地请求，则直接交给工作站操作系统进行处理；如是服务器请求，则按请求内容形成请求包，并通过传输软件将其传送给服务器。上面的本地/远程请求解释程序称为重定向程序。,(2) 传
13、输协议软件。为了能实现工作站和服务器之间的通信，除了需要有网络硬件的支持外，还需要有网络协议的支持。目前在局域网上所采用的传输协议软件主要有TCP/IP协议软件和SPX/IPX协议软件。,2. 服务器操作系统 在客户/服务器模式下的网络操作系统主要指的就是服务器操作系统。位于网络服务器上的操作系统的主要功能是： (1) 管理服务器上的各种资源，如处理机、存储器、I/O设备以及数据库等； (2) 实现服务器与客户的通信； (3) 提供各种网络服务； (4) 提供网络安全管理。,为了实现上述功能，服务器操作系统应由以下软件组成： (1) 服务器操作系统的内核程序。为支持服务器中多进程的并发执行，要
14、求服务器操作系统具有支持多进程(多任务)的功能；在此基础上，应具有多用户文件管理、I/O设备管理以及存储管理等功能，形成一个完整的操作系统。 (2) 传输协议软件。为支持服务器的客户之间传输信息，服务器操作系统也应提供传输协议软件。,(3) 网络服务软件。为支持服务器上资源共享，网络服务器操作系统应提供一些核外实用程序供客户应用程序使用。这些网络服务软件可以是文件服务、打印服务以及电子邮件服务等。 (4) 网络安全管理软件。网络操作系统应对不同用户赋予不同的访问权限，通过规定对文件和目录的存取权限等措施，实现网络的安全管理。另外为了监测网络性能，及时了解网络运行情况和发生故障，网络操作系统应配
15、置网络管理软件。,8.2.1 通信机制 在计算机网络系统中，各节点机上的进程之间普遍采用消息传递(Message Passing)通信方式。 在基于消息传递的通信方式中，一个进程发送一条消息，而另一进程接收这一消息。一个消息只有在它已经发送出来的条件下才能被接收，因而两者需要取得同步。当一个进程在接收到消息时，它将从发送进程那里取得某些信息，于是实现了两进程之间的通信，这种通信方式不需要使用共享变量。 在基于消息传递的通信机制中，其核心成分是发送原语和接收原语，统称为通信原语。,8.2 网络操作系统中的通信,在发送原语中，要指明发送的目的进程标识(destination-designator)
16、和发送的消息(expression-list)，所以发送进程要执行原语： send expression-list to destinator 在接收原语中，要指出消息源标识(source-designator)和接收的变量表(variable-list)，所以在接收进程中要执行原语： receive variable-list from source-designator 在接收时，消息的值要赋予变量表中的变量。 上面的两个通信原语在基于消息传递的通信方式中，是一种概念性的表达形式。,8.2.2 一个客户/ 服务器的例子 在第一章讲过，微内核技术与客户/服务器模式的结合是网络操作系统结构的一种新形式。客户/服务器模式的基本思想是把操作系统构造为一组相互合作的进程。在网络中，每个节点既可作为一个服务器机，也可作为一个客户机。在一个客户机上，它可以运行一个或多个客户进程，在一个服务器机上可以运行多个服务器进程或者客户
