Презентация на тему Основы операционных систем

структурной и функциональной организации. – М.: КУДИЦ-ПРЕСС, 2007
Назаров С.В.,

Широков А.И. Современные операционные системы. . – М.: Интернет-Университетет Информационных технологий: Бином. Лаборатория знаний, 2010
Назаров С.В., Гудыно Л.П., Кириченко А.А. Операционные системы. Практикум. Учеб. пособие. – М.: КНОРУС, 2011
Назаров С.В., Гудыно Л.П., Кириченко А.А. Операционные системы. Практикум. Учеб. пособие. – М.: КУДИЦ-ПРЕСС, 2008.

Дополнительная
1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. СПб.: Питер, 2008
2. Столингс В. Операционные системы. М.: Вильямс, 2006
3. Таненбаум Э. Современные операционные системы. Изд-е 3. СПб., Питер, 2010
4. Чекмарев А.Н. Microsoft Windows 7. Руководство администратора. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010
5. Райтман М.А. Установка и настройка Windows 7 для максимальной производительности. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010
6. Руссинович М., Соломон Д. Внутреннее устройство Microsoft Windows: Windows Server 2003, Windows XP и Windows 2000. Мастер-класс. / Пер. с англ. – 4-е изд. – М.: Издательство «Русская редакция»; Спб.: Питер, 2006.

систем. Основные определения и понятия
1.1. Определение операционной системы

(ОС). Место ОС в программном обеспечении вычислительных систем
1.2. Эволюция операционных систем
1.3. Назначение, состав и функции ОС
1.4. Архитектуры операционных систем
1.5. Классификация операционных систем
1.6. Эффективность и требования, предъявляемые к ОС
1.7. Множественные прикладные среды. Совместимость
1.8. Способы работы с программами разных операционных систем на одном компьютере
1.9. Виртуализация от Microsoft
1.10. Технология Virtuozzo
1.11. Открытая платформа виртуализации VirtualBox
1.12. Инсталляция и конфигурирование операционных систем

программном обеспечении вычислительных систем
1946 г. – ENIAC (Electronic Numerical

Integrator and Computer) – полное отсутствие какого-либо ПО, программирование путем коммутации устройств.
Начало 50-х г. – появление алгоритмических языков и системного ПО.
Усложнение процесса выполнения программ:
1. Загрузка нужного транслятора.
2. Запуск транслятора и получение программы в машинных кодах.
3. Связывание программы с библиотечными подпрограммами.
4. Запуск программы на выполнение.
5. Вывод результатов работы на печатающее или другое устройство.
Для повышения эффективности использования ЭВМ вводятся операторы,
затем разрабатываются управляющие программы – мониторы - прообразы
операционных систем.
1952 г. – Первая ОС создана исследовательской лабораторией фирмы General Motors для IBM-701.
1955 г. – ОС для IBM-704. Конец 50-х годов: язык управления заданиями и пакетная обработка заданий.

для компьютеров B5000 фирмы Burroughs: мультипрограммирование, мультипроцессорная обработка,виртуальная память,

возможность отладки программ на языке исходного уровня, сама ОС написана на языке высокого уровня.
1963 г. – ОС CTSS (Compatible Time Sharing System – совместимая система разделения времени для компьютера IBM 7094 – Массачусетский технологический институт.
1963 г. – ОС MULTICS (Multiplexed Information and Computing Service) – Массачусетский технологический институт.
1974 г. – (UNICS) UNIX (Uniplexed Information and Computing Service) для компьютера PDP-7, публикация статьи Ритчи (С) и Томпсона.
1981 г. – PC (IBM), DOS (Seattle Computer Products) – MS DOS (Б. Гейтс).
1983г. – Apple, Lisa с Apple, Lisa с GUI (Даг Энгельбарт – Стэнфорд).
1985 г. – Windows, X Windows и Motif (для UNIX).
1987 г. – MINIX (Э. Таненбаум) – 11800 стр. С и 800 ассемблер (микроядро – 1600 С и 800 ассемблер)
1991 г. – Linux (Линус Торвальдс).

(регистры ЦП, АЛУ)


Утилиты

Компиляторы
Редакторы
Интерпретаторы команд

Прикладные программы

Конечный пользователь

Программист


Машинный язык

Операционная система
Разработчик ОС
Расположение

ОС в иерархической структуре программного и аппаратного обеспечения компьютера

прикладных программ и системных приложений и исполняющих роль интерфейса

между пользователями, программистами, приложениями и аппаратным обеспечением компьютера.

ОПЕРАЦИОННАЯ СРЕДА

- программная среда, образуемая операционной системой, определяющая интерфейс прикладного программирования (API) как множество системных функций и сервисов (системных вызовов), предоставляемых прикладным программам.

ОПЕРАЦИОННАЯ ОБОЛОЧКА

- часть операционной среды, определяющая интерфейс пользователя, его реализацию (текстовый, графический и т.п.), командные и сервисные возможности пользователя по управлению прикладными программами и компьютером

Многопрог- 1970 Динамическое распределение основной памяти
второе раммные Разделение времени, многотерминальные системы
UNIX (PDP-7), Ken Thompson
поколение ОС 1965 Управляемое мультипрограммирование
Классическое мультипрограммирование, OS/360
Однопрог- ОС CTSS (1963), MULTICS (начало работ)
раммные Оверлейные структуры
ОС Логическая система управления вводом-выводом
(первое 1960 Системы прерываний, контрольные точки
поколение) Управление файлами, таймеры
Спулинг (SPOOL)
Мониторы
1955 Методы доступа, полибуферизация
Загрузчики, редакторы связей
Отсутствие ОС 1950 Диагностические программы
(нулевое Ассемблеры, макрокоманды
поколение) Библиотеки подпрограмм
1946 Первый компьютер

2003 Windows 2003 .NET Framework, MAC OS X
ные 2000 Windows 2000
ОС Windows 4.0 – 1996
1995 Windows 95
много- четвертое Корпоративные информационные системы
процес- поколение NetWare 4.0 – 93, Windows NT 3.1 – 93
сорные ОС Linux 0.01 - 1993
ОС 1990 MINIX – 87 (11800 стр. С + 800 стр. Asm.)
сетевые много- OS/2 - 87
ОС машинные 1985 OS-Net (Novell) - 83, MS-Net - 84, Windows 1.0 – 85
ОС Интернет (1983), Персональные компьютеры (1981)
MS DOS 1.0 – (1981)
1980 Сети ЭВМ, UNIX, TCP/IP
третье Локальные сети
поколение 1975 SNA (System Network Architecture), MULTICS
ОС Протокол X.25, телеобработка, базы данных
1965 Виртуальная ЭВМ, виртуальная память

2005 Windows 2003, 64-разрядная

2007 Windows Vista, Windows 7

2008 Windows Server 2008

2012 Windows 8

(Базовая операционная система)
3. TOS/360 (Ленточная операционная система)
4. DOS/360 (Дисковая

операционная система)
5. OS/360 – PCP (Первичная управляющая программа)
6. OS/360 – MFT (Мультипрограммирование с фиксированным числом задач)
7. OS/360 – MVT (Мультипрограммирование с переменным числом задач)
8. OS/360 – VMS (Система с переменной памятью)
9. CP-67/CMS (Управляющая программа 67/ диалоговая мониторная система)
10. DOS/VS (Дисковая виртуальная система)
11. OS/VS1 (Виртуальная система 1)
12. OS/VS2 (Виртуальная система 2)
13. VM/370 (Виртуальная машина)

интерфейса [приложения, пользователь] - компьютер за счет предоставляемых сервисов:

1.1. Инструменты для разработки программ
1.2. Автоматизация исполнения программ
1.3. Единообразный интерфейс доступа к устройствам ввода-вывода
1.4. Контролируемый доступ к файлам
1.5. Управление доступом к совместно используемой ЭВМ и ее ресурсам
1.6. Обнаружение ошибок и их обработка
1.7. Учет использования ресурсов
2. Организация эффективного использования ресурсов ЭВМ
2.1. Планирование использования ресурса
2.2. Удовлетворение запросов на ресурсы
2.3. Отслеживание состояния и учет использования ресурса
2.4. Разрешение конфликтов между процессами, претендующими на одни и те же ресурсы

вычислительной системы
3.1. Широкий набор служебных программ (утилит), обеспечивающих резервное

копирование, архивацию данных, проверку, очистку, дефрагментацию дисковых устройств и др.
3.2. Средства диагностики и восстановления работоспособности вычислительной системы и операционной системы:
- диагностические программы для выявления ошибок в конфигурации ОС;
- средства восстановления последней работоспособной конфигурации;
- средства восстановления поврежденных и пропавших системных файлов и др.
4. Возможность развития
4.1. Обновление и возникновение новых видов аппаратного обеспечения
4.2. Новые сервисы
4.3. Исправления (обнаружение программных ошибок)
4.4. Новые версии и редакции ОС

Управление памятью
3. Управление файлами
4. Управление внешними устройствами
5. Защита данных
6.

Администрирование
7. Интерфейс прикладного программирования
8. Пользовательский интерфейс

СИСТЕМ:
1. Концепция многоуровневой иерархической вычислительной системы (виртуальной машины) с

ОС многослойной структуры.
2. Разделение модулей ОС по функциям на две группы: ядро – модули, выполняющие основные функции ОС, и модули, выполняющие остальные (вспомогательные) функции.
3. Разделение модулей ОС по размещению в памяти вычислительной системы: резидентные, постоянно находящиеся в оперативной памяти, и транзитные, загружаемые в оперативную память только на время выполнения своих функций.
4. Реализация двух режимов работы вычислительной системы: привилегированного режима (режима ядра – kernel mode) или режима супервизора (supervisor) и пользовательского режима (user mode) или режима задача (task mode).
5. Ограничение функций ядра (а, следовательно и числа его модулей)
до минимально необходимых функций.

ОС) и повторно используемые (привилегированные – не допускают прерываний,

реентерабельные – допускают прерывания и повторный запуск, повторновходимые – допускают прерывания после завершения секций).
7. Параметрическая универсальность. Возможность генерации ОС и создания нескольких рабочих конфигураций.
8. Функциональная избыточность.
9. Функциональная избирательность.
10. Открытость, модифицируемость, расширяемость (возможность получения текстов исходных модулей).
11. Мобильность – возможность переноса на различные аппаратные платформы.
12. Совместимость – возможность выполнения приложений, рассчитанных на другие ОС.
13. Безопасность – защита от несанкционированного доступа, защита легальных пользователей друг от друга, аудит, возможность восстановления ОС после сбоев и отказов.

на на модули по структурному или функциональному признаку.
2. Модули

и их взаимные связи образуют абстракцию системы высокого уровня.
3. Описывается каждый модуль и определяется его интерфейс.
4. Проводится декомпозиция каждого модуля и т. д.

Спецификации модулей и их интерфейсов дают структурную основу для проектирования каждого модуля и всей системы в целом.
Правильное определение и выделение модулей представляет собой сложную задачу. Тесно связанные между собой части системы должны входить в один и тот же модуль.

Разработчики программного обеспечения начинают работу с очень грубого и неполного наброска схемы системы и преждевременно обращают внимание на детали отдельных модулей. Поэтому решения, влияющие на систему глобальным образом, принимаются не из тех предпосылок, из которых нужно и без ясного понимания их последствий.
Преждевременная реализация приводит к неустойчивости программного обеспечения, которая часто требует огромных усилий по поддержанию системы.

«сверху вниз» и «снизу вверх»
Операционная система представляется в виде

иерархии слоев.
Верхний слой определяет виртуальную машину с желаемыми свойствами.
Каждый следующий слой детализирует вышележащий, выполняя для него некоторый набор функций.
Межслойные интерфейсы подчиняются строгим правилам. Связи внутри слоя могут быть произвольными.
Отдельный модуль слоя L(i) может выполнить работу самостоятельно или последующим вариантам: обратиться только к слою L(i –1); обратиться к некоторой команде определенного слоя L(q), который выполняет требуемую функцию (i – 2 <= q <= 0); обратиться к любому последующему слою L(s), (i – 2 <= s <= 0).

1. Между уровнями можно организовать четкий интерфейс. 2. Систему можно спроектировать методом «сверху вниз», а реализовать методом «снизу вверх». 3. Уровни реализуются в соответствии с их порядком, начиная с аппаратуры и далее вверх. 4. Каждую новую виртуальную машину можно детально проверить, после чего продолжать дальнейшую работу. 5. Любой слой достаточно просто модифицировать, не затрагивая другие слои и не меняя межслойные интерфейсы.

Достоинства:

п а р а т у р а

Модули
ОС
Пример:

ранние версии ядра UNIX, Novell NetWare. Каждая процедура имеет хорошо определенный интерфейс в терминах параметров и результатов и может любую другую для выполнения нужной работы.

механизмы
ядра

Менеджеры ресурсов
Файловая сис., вирт. память и др.
Интерфейс системных
вызовов API
Утилиты,

системные программы

Приложения пользователей

АРХИТЕКТУРА МНОГОУРОВНЕВОЙ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

вызов
Пользовательский режим
Привилегированный режим
Работаядра
Время переключения режимов
t
t

Недостатки иерархической организации ОС: 1. Значительные изменения одного из уровней могут иметь трудно предвидимое влияние на смежные уровни. 2. Многочисленные взаимодействия между соседними уровнями усложняют обеспечение безопасности.

ОС
Аппаратура




МИКРОЯДРО (режим ядра)
Машинно-зависимые модули
Базовые механизмы ядра








Утилиты.

Системные программы

Приложения пользователей

Средства аппаратной поддержки ОС

Аппаратура

API

Сервер безопасности

ыыы

Файловая система

Драйвер устройств

Менеджер процессов

Менеджер виртуальной памяти

Интерфейс системы ввода-вывода

Утилиты ОС, приложения

РЕЖИМ ЯДРА

Пользовательский режим

Т У Р А
МИКРОЯДРО
Сервер
памяти
Файл-
сервер
Принт-
сервер
РЕЖИМ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
РЕЖИМ ЯДРА
Запрос
Ответ
Запрос
Ответ
Сервер
процессов

Системный
вызов
МИКРОЯДРО
МИКРОЯДРО
СЕРВЕР ОС
Приложение
t
t
t
t
Р Е Ж И

М Я Д Р А

Р Е Ж И М ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

Достоинства: единообразные интерфейсы, расширяемость, гибкость, переносимость, надежность, поддержка распределенных систем, поддержка объектно-ориентированных ОС.

1. Наноядро (НЯ) – крайне упрощённое и минимальное ядро,

выполняет лишь одну задачу – обработку аппаратных прерываний, генерируемых устройствами компьютера. После обработки посылает информацию о результатах обработки вышележащему программному обеспечению. Концепция наноядра близка к кон-цепции HAL. НЯ используются для виртуализации аппаратного обеспечения реа-льных компьютеров или для реализации механизма гипервизора.

2. Микроядро (МЯ) предоставляет только элементарные функции управле-ния процессами и минимальный набор абстракций для работы с оборудованием. Бо́льшая часть работы осуществляется с помощью специальных пользователь-ских процессов, называемых сервисами. В микроядерной операционной системе можно, не прерывая ее работы, загружать и выгружать новые драйверы, файло-вые системы и т. д. Микроядерными являются ядра ОС Minix и GNU Hurd и ядро систем семейства BSD.

3. Экзоядро (ЭЯ) – предоставляет лишь набор сервисов для взаимодействия между приложениями, а также необходимый минимум функций, связанных с защитой: выделение и высвобождение ресурсов, контроль прав доступа, и т. д. ЭЯ не занимается предоставлением абстракций для физических ресурсов – эти функции выносятся в библиотеку пользовательского уровня (так называемую libOS). В отличие от микроядра ОС, базирующиеся на ЭЯ, обеспечивают боль-шую эффективность за счет отсутствия необходимости в переключении между процессами при каждом обращении к оборудованию.

ядро (МЯ) предоставляет широкий набор абстракций оборудования. Все части

ядра работают в одном адресном пространстве. МЯ требуют перекомпиляции при изменении состава оборудования. Компоненты операционной системы являются не самостоятельными модулями, а составны-ми частями одной программы. МЯ более производительно, чем микроядро, поскольку работает как один большой процесс. МЯ является большинство Unix-систем и Linux. Монолитность ядер усложняет отладку, понимание кода ядра, до-бавление новых функций и возможностей, удаление ненужного, унаследованно-го от предыдущих версий, кода. «Разбухание» кода монолитных ядер также по-вышает требования к объёму оперативной памяти.

5. Модульное ядро (Мод. Я) – современная, усовершенствованная модификация архитектуры МЯ. В отличие от «классических» МЯ, модульные ядра не требуют полной перекомпиляции ядра при изменении состава аппарат-ного обеспечения компьютера. Вместо этого они предоставляют тот или иной механизм подгрузки модулей, поддерживающих то или иное аппаратное обеспе-чение (например, драйверов). Подгрузка модулей может быть как динамической, так и статической (при перезагрузке ОС после переконфигурирования системы). Мод. Я удобнее для разработки, чем традиционные монолитные ядра. Они пре-доставляют программный интерфейс (API) для связывания модулей с ядром, для обеспечения динамической подгрузки и выгрузки модулей. Не все части ядра могут быть сделаны модулями. Некоторые части ядра всегда обязаны присут-ствовать в оперативной памяти и должны быть жёстко «вшиты» в ядро.

(ГЯ) – модифицированные микроядра, позволяющие для ускорения работы запускать

«несущественные» части в пространстве яд-ра. Имеют «гибридные» достоинства и недостатки. примером смешанного под-хода может служить возможность запуска операционной системы с монолит-ным ядром под управлением микроядра. Так устроены 4.4BSD и MkLinux, осно-ванные на микроядре Mach. Микроядро обеспечивает управление виртуальной памятью и работу низкоуровневых драйверов. Все остальные функции, в том числе взаимодействие с прикладными программами, осуществляется моно-литным ядром. Данный подход сформировался в результате попыток исполь-зовать преимущества микроядерной архитектуры, сохраняя по возможности хорошо отлаженный код монолитного ядра.
Наиболее тесно элементы микроядерной архитектуры и элементы монолитного ядра переплетены в ядре Windows NT. Хотя Windows NT часто называют микроядерной операционной системой, это не совсем так. Микроядро NT слишком велико (более 1 Мбайт), чтобы носить приставку «микро». Компоненты ядра Windows NT располагаются в вытесняемой памяти и взаимодействуют друг с другом путем переда-чи сообщений, как и положено в микроядерных операционных систе-мах. В то же время все компоненты ядра работают в одном адресном пространстве и активно используют общие структуры данных, что свойственно операционным системам с монолитным ядром

режима: системные регистры процессора, слово состояния процессора, привилегированные команды,

привилегированные режимы.
2. Средства трансляции адресов: буферы быстрой трансляции виртуальных адресов, регистры процессора, средства поддержки сегментно-страничных таблиц.
3. Средства переключения процессов: регистры общего назначения, системные регистры и указатели, флаги операций.
4. Система прерываний: регистры и флаги прерываний, регистры масок, контроллеры прерываний.
5. Системный таймер и системные часы.
6. Средства защиты памяти: граничные регистры, ключи.

управление производством, обучение)
2. Способ загрузки (загружаемые, постоянно находящиеся в

памяти)
3. Особенности алгоритмов управления ресурсами
3.1. Многозадачность: однозадачные (MS DOS), невытесняющая мно-гозадачность (Windows 3.x, NewWare), вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, Unix)
3.2. Многопользовательский режим: отсутствие (MS DOS, Windows 3.x), имеется (Windows NT, OS/2, Unix)
3.3. Многопроцессорная обработка: отсутствие, асимметричные ОС,
симметричные ОС
4. По базовой технологии (Юникс-подобные или подобные Windows)
5. По типу лицензии (проприетарная или открытая)
6. По состоянию развития (устаревшая DOS, NextStep или современные GNU/Linux и Windows)

пакетная обработка (OS/360)

разделение времени
реальное время (VxWorks,QNX)
8. Аппаратная платформа
8.1. ОС для смарт-карт (с интерпретатором виртуальной Java-машины)
8.2. Встроенные ОС (Palm OS, Windows CE –Consumer Electronics)
8.3. ОС для ПК (Windows 9.x, Windows 2000, Linux, Mac OS X)
8.4. ОС мини-ЭВМ (RT-11 и RSX-11M для PDP-11, UNIX для PDP-7)
8.5. ОС мэйнфреймов (OS/390 – пакетная обработка, разделение времени, обработка транзакций)
8.6. Серверные операционные системы для ЛВС, Интранет и Интернет (UNIX, AIX, Windows 2000/2002, Linux)
8.7. Кластерные операционные системы (Windows 2000 Cluster Server, Sun Cluster (Solaris))

1. Эффективность – степень соответствия своему назначению,

техническое совершенство и экономическая целесообразность
2. Надежность и отказоустойчивость
3. Безопасность (защищенность)
4. Предсказуемость
5. Расширяемость
6. Переносимость
7. Совместимость
8. Удобство
9. Масштабируемость

– возможность операционной системы выполнять приложения , разработанные для

других операционных систем.

Виды совместимости:
1. На двоичном уровне (уровень исполняемой программы).
2. На уровне исходных текстов (уровень исходного модуля).

Вид совместимости определяется:

1. Архитектурой центрального процессора.
2. Интерфейсом прикладного программирования (API).
3. Внутренней структурой исполняемого файла.
4. Наличием соответствующих компиляторов и библиотек.

Способы достижения совместимости:

1. Эмуляция двоичного кода.
2. Трансляция библиотек.
3. Создание множественных прикладных сред различной архитектуры.

вызовов
Приложение
OS3
API OS3
Транслятор системных вызовов



Пользовательский режим
Привилегированный режим
Прикладная среда

OS2

Прикладная среда OS3

OS3
Пользовательский режим
Привилегированный режим

OS3

Привилегированный режим
Прикладная программная среда OS3

Прикладная программная среда OS2

Прикладная программная среда OS1

Сетевой сервер

Сервер безопасности

Пользовательский режим

Приложения POSIX
Приложения OS/2

Подсистема Win32

Подсистема POSIX

Подсистема OS2

Интегральные подсистемы (службы сервера, рабочей станции и подсистема обеспечения безопасности)

СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС (NT DLL.DLL)

Режим пользователя

Режим ядра

на одном компьютере

Способ №1: многовариантная загрузка
Это самый распространенный способ (до недавнего времени) решения проблемы, который использует подавляющее большинство пользователей. Жесткий диск компьютера разбивается на несколько разделов и на каждый из них устанавливается своя операционная система и программы для нее. Кроме того, настраивается менеджер многовариантной загрузки, позволяющий выбрать операционную систему при загрузке компьютера. При таком подходе невозможно одновременно работать с приложениями разных операционных систем и для смены операционной системы необходимо перезагрузить компьютер.     Зато операционные системы и их приложения исполняются без потерь в скорости и надежности. Если операционные системы совместимы по типу файловой системы, то возможно создание общего раздела для обмена файлами между ними.

Итоговые оценки по десятибалльной шкале:     Одновременная работа: 0        Многоплатформенность: 5        Производительность:  10        Совместимость: 10   

Способ №2: эмуляция API операционной системы

Обычно приложения работают в изолированном адресном пространстве и взаимодействуют с оборудованием при помощи API, предоставляемым операционной системой. Если две ОС совместимы по своим API (например, Windows 98 и Windows 2000), то приложения, разработанные для одной из них, будут работать и на другой. Если две операционные системы несовместимы по своим API (например, Windows 2000 и Linux), то существует способ перехватить обращения приложений к API и сымитировать поведение одной операционной системы средствами другой операционной системы.     При таком подходе можно поставить одну операционную систему и работать одновременно как с ее приложениями, так и с приложениями другой операционной системы. Поскольку весь код приложения исполняется без эмуляции и лишь вызовы API эмулируются, потеря в производительности незначительная. Но из-за того что многие приложения используют недокументированные функции API или обращаются к операционной системе в обход API, даже хорошие эмуляторы API имеют проблемы совместимости. 

Итоговые оценки по десятибалльной шкале:     Одновременная работа: 9       Многоплатформенность: 0        Производительность:  9        Совместимость: 3   

Проекты, выполненные по технологии полной

эмуляции работают как интерпретаторы. Они последовательно выбирают код гостевой операционной системы и эмулируют поведение каждой отдельно взятой инструкции. Поскольку при этом полностью эмулируется поведение как процессора, так и всех внешних устройств виртуального Intel x86 компьютера, то существует возможность запускать эмулятор на компьютерах с совершенно другой архитектурой. Скорость работы гостевых приложений может упасть в 100-1000 раз, что означает практическую невозможность нормальной работы с гостевой операционной системой внутри эмулятора. Поэтому полная эмуляция используется редко (низкоуровневых отладчиков для исследования и трассировки операционных систем).
Виртуальная машина эмулирует реальное аппаратное обеспечение, что позволяет использовать в качестве гостевых обычные, немодифицированные операционные системы, а команды, требующие себе особых привилегий, отрабатываются средствами VMM.

Итоговые оценки по десятибалльной шкале:      Одновременная работа: 10        Многоплатформенность: 9        Производительность:  2        Совместимость: 9   

(квазиэмуляция)
Существует большое

количество инструкций, которые будут нормально испо-лняться в режиме нескольких операционных систем, и некоторое небольшое коли-чество инструкций, которые должны эмулироваться. Технология квазиэмуляции заключается в том, чтобы обнаружить и сымитировать поведение второго множес-тва инструкций и исполнять инструкции первого множества без эмуляции.
Виртуальная машина эмулирует реальное аппаратное обеспечение, что позво-ляет использовать в качестве гостевых обычные, немодифицированные операци-онные системы, а команды, требующие себе особых привилегий, отрабатываются средствами VMM. В этом случае обеспечивается основных функций процессора и остальных главных компонентов компьютера. Идея естественной виртуализа-ции: поверх аппаратного уровня (физический сервер) располагается уровень мони-тора виртуальных машин VMM (гипервизор). Гипервизор полностью эмулирует компьютер, и способен поддерживать выполнение более чем одной операционной системы. На VMM выполняются так называемые гостевые операционные системы (guest OS) виртуальных машин, непосредственно поддерживающие работу приложений.
Итоговые оценки по десятибалльной шкале:     Одновременная работа: 10        Многоплатформенность: 5        Производительность:  8        Совместимость: 8 

практически как, в сущности, поистине.
Примеры:

Telnet сеанс – ФАКТИЧЕСКИ КАК работать за консолью удаленного компьютера.
Сетевой диск – ПРАКТИЧЕСКИ КАК обычный логический диск.
Виртуальная память – ПОИСТИНЕ как большая оперативная память.


Виртуализация - это отделение логического ресурса от физического.
Виртуализация повышает эффективность использования физических ресурсов, обеспечивает высокую гибкость их использования и упрощает управление изменениями

19/24

( тестирование создаваемых приложений, тестирование конфигураций и настроек готового

программного обеспечения, а также действий администраторов серверов и сети с целью проверки работоспособности той или иной конфигурации серверного ПО перед началом ввода его в реальную эксплуатацию.
Хостинг унаследованных приложений. Зачастую наиболее удачные бизнес-приложения эксплуатируются десятилетиями, поэтому вполне может случиться так, что платформа, для которой они написаны, в компании уже практически не применяется из-за отсутствия нормальной технической поддержки со стороны производителей оборудования.
Консолидация загрузки серверов. Идея консолидации загрузки серверов заключается в создании виртуальных машин с разными операционными системами и программным обеспечением, реализующими выполнение указанных задач, и в размещении одного и того же набора этих виртуальных машин на нескольких физических серверах. Благодаря этому число самих серверов можно уменьшить, да и выход из строя одного из серверов не будет столь критичен для компании, поскольку его нагрузку может взять на себя виртуальная машина на каком-либо другом сервере.
Моделирование распределенных серверных приложений на одном физическом сервере. Данный способ применения серверных виртуальных машин предназначен для разработчиков, специалистов по тестированию и специалистов по внедрению приложений масштаба предприятия. С его помощью можно создавать распределенные приложения, тестировать их, а также моделировать реальные условия внедрения, используя для этой цели один-единственный компьютер, что позволяет сократить расходы на приобретение аппаратного обеспечения для разработки приложений.

Prevention (DEP) (англ. Предотвращение выполнения данных)  функция безопасности, встроенная в

семейство операционных систем операционных систем Windows операционных систем Windows, которая не позволяет приложению операционных систем Windows, которая не позволяет приложению исполнять код из области памяти, помеченной как «только для данных». Она позволит предотвратить некоторые атаки, которые, например, сохраняют код в такой области с помощью переполнения буфера. DEP работает в двух режимах: аппаратном, для процессоров, которые могут помечать страницы как «не для исполнения кода», и программном, для остальных процессоров.

можно назвать VMware ESX Server; по существу это еще

одна операционная система, действующая непосредственно на аппаратной платформе x86 в чистом виде. Гостевыми операционными системами, работающими на ESX Server, могут быть Linux, Windows, FreeBSD, NetWare и Solaris. Как самостоятельная операционная система, VMware ESX Server интерпретирует аппаратную платформу в качестве пула логических ресурсов и динамически перераспределяет его между гостевыми операционными системами

работает поверх операционной среды, так называемого «хоста». Типичными представителями

этого направления виртуализации являются VMware Server и Microsoft Virtual Server. К примеру, Microsoft Virtual Server 2005 устанавливается как приложение на операционную систему Windows 2003 Server, выполняющую функцию «хоста». Таким образом создается виртуализационный уровень, обеспечивающий доступ к физическим ресурсам. Virtual Server 2005 доступен в двух версиях: Standard Edition и Enterprise Edition. Хостом для сервера VMware GSX Server могут быть операционные системы Windows 2000, Windows 2003 или Linux.

гостевых ОС
Поддержка SMPдля гостевых систем
Надежность и защита
Минимальный объем доверенной

базы кода
Решение Windows
Большая гибкость и управляемость
Динамическое добавление виртуальных ресурсов (памяти, процессоров, сетевых адаптеров)
Динамический перенос ОС и приложений
Новый интерфейс пользователя и интеграция с SCVMM

ВМ 1
«родительская»

ВМ2
«дочерняя»

ВМ 3 «дочерняя»

Оборудование

Windows Server 2003

Virtual Server 2005 R2

ВМ 2

ВМ 3

21/24

процессами базовой ОС и гостевой ОС
VMM переключает контекст между

этими процессами
Компьютер работает в контексте хоста либо VMM
На одном ЦП может работать только одна ОС
Сжатие кода нулевого кольца (ring 0) гостевой ОС

будет работать быстро! (99%)
Когда требуется выполнить привилегированную операцию,

срабатывает ловушка, и VMM обрабатывает эту операцию в режиме ядра.
Проблема: полная виртуализация платформы x86 таким способом невозможна, так как некоторые инструкции ЦП для режима ядра, выполняющие чтение, разрешены не только в нулевом кольце
Возможные решения:
a) Перекомпилировать ОС и приложения, избегая этих 20 инструкций, т.е. исключить 20 «проблемных» инструкций.
b) Воспользоваться исполнением с трансляцией двоичного кода ( модифи-кация кода «на лету» во время выполнения на хосте).
c) Установить в гостевой системе VM Additions, что позволит модифицировать код в памяти VM.
d) Использовать аппаратную поддержку виртуализации (перехват инструкций в особом “кольце -1”).

инструкций гостевой операционной системы в инструкции базовой ОС. Всегда

возможна, но работает очень медленно.
2. VM Additions
Модифицирует dll-код в памяти VM (невозможно в 64-разрядных версиях Vista и Longhorn).
VM Additions поддерживают синхронизацию времени, «пульс», завершение работы, оптимизированный SCSI-диск, лучшие драйверы мыши и видео.
3. Аппаратная виртуализация
ЦП с поддержкой технологий Intel VT или AMD Virtualization. ЦП решает проблемы, отслеживая параметры каждой VM (фактически, это «кольцо 1).

видео
Поддержки прямого исполнения кода нет!
Дистрибутивы (9x):
Red Hat 7.3/9.0, Enterprise

2.1/3/4
SuSE Linux 9.2/9.3/10.0, Enterprise Server 9

В выпуске VS 2005 R2 SP1 поддерживаются гостевые ОС : Red Hat Enterprise Linux 2.1 (update 7), Red Hat Enterprise Linux 3.0 (update 8), Red Hat Enterprise Linux 4.0 (update 4), Red Hat Enterprise Linux 5.0, SuSE Linux Enterprise Server 9.0, SuSE Linux Enterprise Server 10.0, Red Hat Linux 9.0, SuSE Linux 9.3, SuSE Linux 10.0, SuSE Linux 10.1, SuSE Linux 10.2.

3
Windows в VM
VM Additions
Гостевые приложения
Кольцо 3
Служба Virtual Server
IIS
Веб-сайт
Виртуальное оборудование
ЦП
Кольцо

"-1"

Архитектура виртуализации с аппаратной поддержкой

(Intel VT или AMD Virtualization)

Поддерживается в:
Virtual PC 2007
Virtual Server 2005 R2 SP1
Windows Virtualization (обязательно)
Необходимо включить в BIOS и в параметрах Virtual PC 2007




Скорость работы гостевых ОС Windows не повышается
Последние версии VM Additions уже поддерживают прямой доступ к ЦП
Установка Windows выполняется в 2-3 раза быстрее
Гостевые ОС типа Linux и Netware работают быстрее

VS2005 Standard Edition: до 4 ЦП (1- или

2-ядерные),
VS2005 Enterprise Edition: до 32 ЦП (1- или 2-ядерные),
ОЗУ: до 64 Гб
Гостевая система:
ЦП: до 1, ОЗУ: до 3,6 Гб, Сетевые адаптеры: до 4, (неограниченная пропускная способность). USB: нет, поддерживаются USB-клавиатура и USB-мышь, можно также подключить USB-устройство для чтения смарт-карт.

Дополнительные возможности Server 2005 R2 SP1: Поддержка Intel VT и AMD Virtualization, Поддержка 64-х разрядных базовых систем: Win2003 и WinXP. Поддержка теневого копирования томов (Volume Shadow Copy, VSS), Интеграция с Active Directory средствами Service Connection Points, Поддержка Vista как гостевой ОС, Утилита для монтирования VHD, Емкость по умолчанию VHD - 127 Гб (ранее – 16 Гб), Исправление Virtual SCSI для гостевых ОС Linux 2.6.x, Кластеризация VM, Передача VM при ее сбое в пределах того же хоста, Общий SCSI- (iSCSI-) диск для гостевых систем.

WinXP
Ядро
VMM.sys
Кольцо 0
Оборудование
Базовая система
Гостевая система (VM)
Кольцо 1
Кольцо 3
Windows в VM
VM

Additions

Гостевые приложения

Кольцо 3

Служба Virtual Server

IIS

Веб-сайт

Виртуальное оборудование

Windows Hypervisor (Гипервизор), кодовое имя - "Viridian“: «Тонкий» (~160 Кб) программный уровень, «внутренняя базовая ОС», Родительский раздел – управляет дочерними разделами, Дочерний раздел включает любое число ОС, управляемых родительским разделом.
Стек виртуализации: Работает в корневом (= родительском) разделе, Обеспечивает виртуализацию устройств, WMI-интерфейс для управления
Провайдеры служб виртуализации (Virtualization Service Providers, VSPs) Архитектура совместного использования оборудования, В гостевой ОС устанавливаются драйверы "viridian«.

Windows Virtualization Server требует x64-совместимого оборудования, ЦП с поддержкой Intel VT или AMD-V
Поддерживает: 32- и 64-разрядные гостевые ОС; до 8 ЦП на VM; горячее добавление» ЦП, ОЗУ, сетевых адаптеров, дисков; > 32 Гб ОЗУ на VM; возможность переноса VM без отключения; традиционную модель драйверов; использование существующих драйверов Windows; прежний же набор эмулируемого оборудования; Server Core в качестве родительской ОС

(Hypervisor)
Гостевая ОС 1
Гостевая ОС 2
Оборудование
VMM
Гостевая ОС 1
Гостевая ОС 2
Базовая

ОС

VMM типа 2

Примеры:
- JVM
- .NET CLR

ПРимеры:
- Virtual PC
- Virtual Server

Примеры:
Виртуализация
Windows ("Viridian")

VMM типа 1
Hypervisor

Гибридный VMM

раздел
Кольцо 3
Гостевые приложения
Кольцо "-1"
Windows
VMBus
Enlightment
Ядро
VSP
VSC
Стек виртуализации
Служба VM
WMI


Рабочий процесс VM
Драйверы
Virtual Service

Provider (VSP) Virtual Storage Miniport (VSC) Windows Management Infrastructure (WMI)

Internet Explorer, Outlook Express и т.п.
Установлены только набор исполняемых

файлов и библиотеки DLL
Не установлен графический интерфейс пользователя
Доступно для части серверных ролей
Можно управлять с помощью удаленных средств

Web services

Active Directory

12/24

завершению
** На http://vpc.visualwin.com находится список из > 1200 (!) ОС,

совместимых с Virtual PC и Virtual Server
В статье KB 867572 см. список ОС, поддерживаемых Virtual Server 2005 R2

ОС
VMON
Обработка возникшего в гостевой ОС или во внешнем мире

события

Сохранение текущего состояния виртуальной машины или ее уничтожение

VMREAD VMWRITE

Настройка свойств виртуальной машины

Событие, требующее обработки, либо вызов

VMMCALL

VMRESUME

VMPTRST VMCLEAR

Остановка VMM

VMOFF

Схема работы Intel Virtualization Technology

безопасного загрузчика

SKINIT

Загрузчик

Обычная загрузка ОС

Запуск VVM

Загрузка виртуального компьютера и системная подготовка

VMLOAD VMRUN

Работа гостевой ОС

VMMCALL

Событие

VMRUN

Обработка события в гостевой ОС или во внешнем мире

STGI, CLGI, INVLPGA

Сохранение текущего состояния виртуальной машины или ее уничтожение

году объемы продаж компании увеличились в 10 раз по

сравнению с 2004 годом. Подразделение Parallels, входящее в SWSoft, разработало платформу для виртуального исполнения Windows OC на платформе Mac, которая входит в десятку лучших продуктов 2006 года и является наиболее продаваемым на Amazon. В России сегодня работает свыше 750 инженеров компании.

SWsoft - это мировой лидер в области программного обеспечения для виртуализации серверов и автоматизации, которое помогает потре-бителям, бизнесменам и провайдерам услуг оптимизировать процесс ис-пользования технологии. Программное обеспечение компании поддержи-вает работу более 130 000 серверов и 600 000 рабочих станций по всему миру. Линейка продуктов компании SWsoft включает Virtuozzo - передовое решение для виртуализации операционных систем, Parallels - передовой продукт виртуализации рабочих станций и Plesk - ведущую панель управ-ления серверами. Компания основана в 1999 году, офисы расположены по всей территории Северной Америки, Европы и Азии.

1.10. Технология Virtuozzo

гипервизора имеется базовый слой (обычно это тонкий слой ядра

Linux, представленный здесь гипервизором или стандартной ОС), который загружается непосредственно на чистый сервер. Для выделения оборудования и ресурсов виртуальным машинам требуется виртуализация всего аппаратного обеспечения на сервере. В следующем слое показаны все чипы, платы и другие устройства, которые необходимо виртуализировать, чтобы их можно было предоставлять виртуальным машинам. В самой виртуальной машине содержится полная копия операционной системы и, наконец, приложение или рабочая нагрузка.

Аппаратная модель виртуализации (гипервизор)

решение по виртуализации ОС. Virtuozzo позволяет создавать изолированные виртуальные

среды (VE) или контейнеры на одном физическом сервере и экземпляре ОС. По сравнению с другими технологиями виртуализации Virtuozzo обеспечивает наиболее высокий уровень плотности, произ-водительности и управляемости.
Интеллектуальное разбиение на разделы - разделение сервера на сотни виртуальных сред, функционирующих как самостоятельные серверы.
Абсолютная изоляция - гарантируется безопасность, полная изоляция функций, ошибок и производительности виртуальных сред.
Динамическое выделение ресурсов - можно изменять ресурсы процес-сора, объем памяти, сетевых ресурсов, дискового пространства и под-системы ввода-вывода без перезагрузки.
Миграция в реальном времени - функции обеспечения непрерывности бизнес-процесса, включая миграцию в реальном времени, гарантиру-ют доступность и восстановимость данных.
Групповое управление - комплекс инструментов и шаблонов для авто-матизированного администрирования множеством виртуальных сред и серверов.

в создании виртуальных серверов на уровне операционной системы (ядра).

Такой метод виртуализации предпо-лагает создание изолированных разделов, или виртуальных окружений, на одном физическом сервере и одной копии ОС, чтобы добиться максималь-но эффективного использования ресурсов оборудования, программ, центров обработки данных и возможностей управленческого персонала.
Модель виртуализации ОС подверглась модернизации с целью дос-тижения более высокой производительности, управляемости и эффектив-ности. В основе находится стандартная главная операционная система, в случае с Virtuozzo это может быть Windows и Linux. Далее идет слой вир-туализации (Virtuozzo Layer) с внутренней файловой системой и слой аб-страгирования служб, которые обеспечивают изоляцию и безопасность ресурсов, выделенных для различных виртуальных окружений. Слой вир-туализации служит для того, чтобы виртуальное окружение появилось как автономный сервер. Наконец, в самом виртуальном окружении размещается приложение или рабочая нагрузка.

Поддерживаемые архитектуры микропроцессоров: Virtuozzo для Linux: x86, ia64, AMD64, EM64T, Itanium; Virtuozzo для Windows: 32 и 64 бит
Минимальные требования к серверу: не менее 1 ГБ памяти и 4 ГБ свободного дискового пространства. Чем больше производительность процессора и объем памяти сервера, тем больше виртуальных частных серверов и приложений он может поддерживать.

году немецкая компания InnoTek представила продукт VirtualBox для виртуализации

десктопов с открытым исходным кодом, в разработке которого (за исключе-нием некоторых компонентов) может принять участие любой желающий.

1.11. Открытая платформа виртуализации VirtualBox

Windows, Linux и Mac OS хостов, поддерживающую операционные системы

Windows, Linux, OS/2 Warp, OpenBSD и FreeBSD в качестве гостевых.

VirtualBox обычно запускается три процесса, которые можно наблюдать в

диспетчере задач в Windows-системах или системном мониторе Linux:
1. Графический интерфейс окна управления.
2. Еще один похожий процесс, запущенный с параметром startvm, который означает, что GUI будет работать в качестве оболочки для виртуальной машины.
3. Автоматически создаваемый сервисный процесс VBoxSVC, необходимый для того, чтобы отслеживать количество и статусы запущенных виртуальных машин (поскольку они могут быть запущены различными способами).
Виртуальная машина с запущенной в ней гостевой системой инкапсулирует в себе необходимые детали реализации гостевой ОС и ведет себя по отношению к хостовой системе как обычное приложение.

Преимущества и недостатки VirtualBox
Эксперты считают, что у этой платформы виртуализации определенно есть будущее, поскольку она готова занять пустующую нишу в сфере настольных систем виртуализации как мощная, производительная, удобная и, главное, бесплатная платформа. Безусловным плюсом системы является ее кроссплатформенность и поддержка со стороны сообщества Open Source. Большой список поддерживаемых гостевых и хостовых операционных систем открывает широкие возможности по применению VirtualBox в контексте различных вариантов использования.