网络操作系统的新技术论文

后， 网络操作系统的发展更是如日中天。微软由于 其早期的成果， 牢牢把握了低端个人电脑上的操作 系统的优势， 并为高档工作站以及服务器设计了普 遍用 户 已 经 接 受 的 ?@;A43B 界 面 的 ?@;A43B &*。 一时间， );@C 和 ?@;A43B &* 孰优孰劣的争论铺天 盖地， 难分伯仲。 -DDE 年底刮起的 F@;9C 旋风， 让 许 多 束 缚 于 ?@;A43B 操 作 系 统 的 用 户 看 到 了 希 望。F@;9C 已经和 ?@;A43B &* 形成了明显的对抗。 虽然， 操作系统自形成以来得到很大的发展 G 特别 是近些年来随着 HF=: 和计算机体系结构的发展 G 操作系统在性能 、 品种等众多方面都有明显提高。 那么， 今后网络操作系统的新技术又如何发展呢？
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操作系统资源互访机制技术
应用现有技术 :; —<; 和代理技术， 实算 机
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=1>51 是 )?3@ 操作系统上实现服务器消息块 简 称 =!EI 协 议 的 软 件 包 。 0=AB2AB !ACC1DA E4FGH ， =!E 协议是 !3GBFCFJ6 网络中实现文件和打印机共 享的协议，有时也被称为公共网际文件系统 0’F>K 简称 ’LM=I 。 在 =1>51 的帮 >F? L?6AB?A6 M34A =7C6A>， 助下， )?3@ 系 统 中 的 用 户 可 以 访 问 !3GBFCFJ6 操 作
系统上的共享目录或共享打印机， 也可以建立自己 的共享目录或共享打印机为其他操作系统访问， 从 而完成融合到基于 =!E 的网络中。
现 代 计 算 机
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越来越支持分布操作。并要求机器能适应各种类 型和性质的工作 （如科学计算、 数据处理、 数据库管 理和网络资源使用等） 的通用性。对于一些通过网 络来实施控制的系统， 则要求网络操作系统能够提 供一种实时的操作， 保证控制的时效性。另外， 目
总 前或将来都将继续存在各生产厂家的计算机之间 这也要求网络操作系统要越来 第 结构和硬件的差异， 一 越独立于硬件。网络操作系统的发展和计算机硬 二 件的发展密切相关，进入当今的网络计算时代之 一 期 ! ! " # $ % & ’ "! ( ) * $ % +,,-./ ）
研究与开发
网络操作系统的新技术
张 剑 ， 彭金祥
（广东纺织技术学院， 佛山 I+/,J- ） 摘 要：本文从网络的角度介绍了当前和将来网络操作系统的新技术， 包括 ! @K54B4L2 的 =M7NM 技术、 & O= 技术、 资源互访机制技术、 应用程序代理技术以及群件技术。使读者能够体会不同 * ’ ( < :( 技术、 以及它们的 操作系统新技术之间资源共享的原理和方法 G进一步了解网络操作系统的作用和地位， 体系结构、 性能特点和工作模式， 并对这几种网络操作系统的新技术从使用者角度作了比较分析， 提出了各种新技术的适用性。 关键词：群件技术；网络操作系统；分布式；进程
现 代 计 算 机
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总 第 正常工作。 一 可靠性可以从几个方面来考虑。一是可用性 二 一 期 !" # $ % & ’ ( #" ) * + % & ,--./0 ! ）
研究与开发
（121341534367 ） ，它是指系统可以正常工作的时间比 例。它可以通过系统本身部件的可靠性设计来提 高， 也可以采用冗余的方法来提高。二是安全性。 文件及其他资源都应受到保护， 防止非法的使用， 尽管这在单机系统中也有类似问题， 但在分布式操 作系统中问题更突出。因为在分布式系统中， 当一 条消息到达某个服务器， 请求做某件事时， 服务器 没有简单的方法来判定消息到底是谁的。消息中 的名字和身份是不可信的， 因为发送者可能欺骗服 务器。三是容错性。设想一个服务器崩溃了， 然后 重新启动， 是否意味着所有的用户都不能正常工作 呢？一般要求分布式操作系统能够屏蔽故障， 当然 这也会带来一些系统开销。 （8 ） 高性能 分布式系统要有很高的性能。它不仅执行速 度快、 响应及时、 资源利用率高， 而且网络通信能力 强。响应时间、 吞吐率 （每小时完成的作业数） 、 系 统利用率以及网络资源利用率等也都是评价指标。 性能问题还会因为通信性能这一指标而变得复杂。 通信是分布式系统中必不可少的， 在单机系统 中则不会面临这种问题。通过局域网发送一条消 息和得到一个响应通常要花毫秒级的时间。这当 中的绝大部分时间花在必需的协议处理上， 而不是 通常认为的电缆上的比特传输。因此要想改善性 能，通常采用减少信息数目的办法。为了提高性 能，一方面应该让任务并行地运行在多个计算机 上， 但另一方面， 这样做又会要求发送很多信息。 这就形成了矛盾。 目前解决途径是注意计算的粒度。在远程做 一个小颗粒的运算， 是得不偿失的， 因为通信的开 销远远超过所节省的运算时间。但是， 在远程启动 一个较长的 ’() 型作业也许是值得的。 一般而言， 包含大量小规模计算的作业是不适合在低速通信 的分布式系统中并行处理的， 尤其是当这些计算之 间是紧耦合的时候。这样的作业被称为是具有细 粒度并行性。而另一方面， 具有大计算量且低耦合 的作业则适合于分布式系统， 它们具有粗粒度并行 性。另外， 由多个服务器一起为一个请求服务来实 息； 求服务。如果它正常完成任务， 它需要通知合作者 工作已完成了， 这又需要发送一条消息。因此至少 要多出两条消息， 即使正常情况下它也将耗费时间 和网络资源， 降低性能。 （9） 可扩充性 分布式系统应根据使用环境和应用需要， 方便 地扩充或缩减其规模。其操作系统算法应考虑以 下特征：
引 言
现 阶 段 ， 越 来 越 多 厂 商 提 出 &’ （&123456 的概念， 计算机用户就像开关电视一样， ’4789215） 只需将插头插入有电源的插座， 就可以进行网络服 务、 网络请求。 那么， 这种 &’ 中的网络操作系统要 求会更高， 至少应该是智能化的。 当前计算机已广泛深入人类生活的各个领域， 从办公室自动化到为您看家、 做饭、 娱乐、 学习， 从 工业控制到科学计算， 真是无孔不入。 随着 :;215;12 的迅速发展，网络计算则会成为一种趋势。一方 面， 客户端的一次请求会越来越复杂， 这也意味着， 用户的请求往往在一个服务器上是得不到满足的； 另一方面， ’ < = 或 > < = 结构的服务器端可能会越 来越分布， 服务器会越来越瘦。这样就会要求客户 请求与服务器的响应变得复杂， 要求网络操作系统
研究与开发
也是研究者最为关注的。 首先，我们从分布式操作系统的一些基本思 想、 概念来探讨一下。我们知道， 多处理机系统可 以根据其耦合的松散度分为紧耦合和松耦合系统， 计算机网络属于松耦合系统一类， 因为网络中的各 个主机具有独立性。对于支持硬件网络环境的操 作系统， 虽然没有硬件分类那么清晰， 我们也可以 将它们分为两类： 松耦合网络操作系统， 即 ’12， 主 机和用户基本上是相互独立的， 但在必要时仍能进 行有限程度的协作； 紧耦合网络操作系统， 即分布 式操作系统， 它是给用户建立一个将整个计算机网 络内所有主机看成透明的单一系统的接口界面。 我们把这个特性称为单一系统映像， 或称之为一组 网络互连机器建立的一个虚拟单处理机。其基本 思想是用户不必知道系统中存在多台机器， 而任一 台机器单体死机都不会影响系统的运行。 那么3 分布式操作系统应该用怎样的机制才能 保证在网络环境下用户具有这种特殊的接口呢？ 首先， 必须有一个单一的全局进程通信机制， 让每 一个进程都能与别的进程对话。不应该为不同的 机器配置不同的机制， 或要求本地通信和远程通信 使用不同的机制。其次， 必须有一个全局的保护机 制。把访问控制表、 *456 保护位及其他保护功能简 单地组合在一起， 并不能得出单一的系统映像。最 后， 进程管理在任何地方都应该是一样的。进程的 创建、 启动、 停止、 销毁不应该因机器的不同而有所 变化，各台机器不仅要有完全相同的系统调用接 口， 而且调用的设计及语义也必须在网络环境下有 意义。 因此 3 今后分布式操作系统的新技术发展必须 考虑以下几点： （.） 透明性 就是让每个用户觉得这种分布式系统就是老 式的单 ()* 分时系统。最容易的办法是对用户隐 藏系统内部的实现细节， 如资源的物理位置、 活动 的迁移、 并发控制、 系统容错处理等。用户只需输 人相应的命令， 就可以完成指定任务， 而不必了解 对该命令的并行处理过程。 系统的并行透明性是指如果一个程序员知道 某个分布式系统有 .-- 个 ()* ，并且想利用其中 的一部分 ()* 并行运行他的程序， 操作系统、 编译 器和运行系统应该具有对程序的潜在并行性的感 知， 而对程序员来说他可以不关心。并行性透明是 难度最大的， 也是设计分布式系统时的圣地。如果 能实现并行性透明， 那么有关分布式系统的研究将 跨上新的台阶。 （,） 灵活性 根据用户需求和使用情况， 方便地对系统进行 修改或者扩充。 关于分布式系统的构架现在有两种流派。一 种认为每台机器上应运行一个传统的内核， 自身提 供大部分的服务。另一种则认为每台机器上的内 核应该提供尽可能少的服务， 大部分操作系统的服 务应该通过用户级的服务器来实现。这两种模型 分别称为单内核和微内核。 单内核基本上是现在的集中式操作系统加上 一些网络设施， 再集成一些远程服务。大部分系统 调用是通过陷阶指令， 转入到内核状态， 由内核完 成实际的工作，再将结果返回给用户，如 *456 系 统。 微内核它不像单内核那样提供文件系统、 目录 系统、 全部的进程管理和大多数的系统调用处理。 微内核所提供的服务仅仅是那些在别处很难提供 或者开销很大的服务， 让内核保持尽可能的小， 如
!没有计算机知道整个系统的状态； " 每台计算机作出的决定是基于本地可用信 #单机的崩溃不会损坏整个操作系统； $没有关于存在全局时钟的隐含假定。
网络是一个不可预料的世界， 今天可能几十台 机器构建成一个局域网， 明天可能是成千上万台计 算机互连。因此， 作为网络操作系统也应该能够适 应这种突变， 具有非常好的可扩展性。否则， 今天 能够胜任的操作系统明天就会没有办法满足用户 的需求， 而不得不重新设计。 从目前作者探索研究分析情况看， 分布式操作 系统还存在以下不足之处有待解决： 现有的供分布 式系统使用的软件相对说来很少 （包括操作系统、 编程语言和应用程序等） ， 通信网络会出现饱和或 者产生其他问题 （如 信 息 丢 失 ） ， 以及安全性问题 （这是数据易于共享的反面） 。