Geum.ru

Контрольная работа по дисциплине «Операционные системы» на тему: «Создание загрузочной дискеты для Windows nt и сравнение ос windows 98 и Windows xp»

Вид материалаКонтрольная работа
Сравнительный анализ
Распределение адресного пространства.
Сравнение файловых систем.
Подобный материал:
1   2   3

Особенности файловой системы


Операционная система Windows ХР работает с двумя файловыми системами – FAT32 и NTFS. Так как файловая система FAT32 была рассмотрена в разделе Windows 98, то далее будет рассматриваться файловая система NTFS.

Файловая система NTFS обладает повышенной надежностью. Отказоустойчивость NTFS связана с тем, что работа с данными производится на основе транзакций – действий, совершаемых целиком и корректно или не совершаемых вообще. Файловая система поддерживает различные механизмы проверки целостности системы, включая ведение журналов транзакций, позволя­ющих воспроизвести файловые операции записи по специальному системному журналу. При протоколировании файловых операций система управления фай­лами фиксирует в специальном служебном файле (журнале) происходящие изме­нения. В начале операции, связанной с изменением файловой структуры, делается соответствующая пометка. Если во время файловых операций происходит какой-нибудь сбой, то из-за упомянутой отметки операция остается помеченной как не­завершенная. При выполнении процедуры проверки целостности файловой сис­темы после перезагрузки машины эти незавершенные операции отменяются, и файлы возвращаются в исходное состояние. Если же операция изменения данных в файлах завершается нормальным образом, то в файле журнала эта операция от­мечается как завершенная. Для повышения надежности был введен механизм аварийной замены де­фектных секторов резервными. Другими словами, если обнаруживается сбой при чтении данных, то система постарается прочесть эти данные, переписать их в спе­циально зарезервированное для этой цели пространство диска, а дефектные секто­ра пометить как плохие и более к ним не обращаться.

Файловая система NTFS поддерживает объектную модель безопасности операци­онной системы Windows NT и рассматривает все тома, каталоги и файлы как само­стоятельные объекты. Система NTFS обеспечивает безопасность на уровне фай­лов и каталогов. Это означает, что разрешения доступа к томам, каталогам и файлам могут зависеть от учетной записи пользователя и тех групп, к которым он принад­лежит. Каждый раз, когда пользователь обращается к объекту файловой системы, его разрешения на доступ проверяются по списку управле­ния доступом (ACL) для данного объекта. Если пользователь обладает необходи­мым уровнем разрешений, его запрос удовлетворяется; в противном случае запрос отклоняется. Эта модель безопасности применяется как при локальной регистрации поль­зователей на компьютерах с Windows ХР, так и при удаленных сетевых запросах.

Эта файловая система также позволяет сжимать как отдельные файлы, так и целые каталоги. В последней, пятой, версии NTFS введена возможность шиф­рования хранимых файлов. Здесь следует, однако, заметить, что у шифрующей файловой системы пока больше недостатков, чем достоинств, поэтому на практи­ке ее применять не рекомендуется.

В системе Windows XP в случае использования файловой систе­мы NTFS можно включить квотирование, при котором пользователи могут хра­нить свои файлы только в пределах отведенной им квоты на дисковое простран­ство.

Система NTFS создавалась с расчетом на работу с большими дисками. Она уже достаточно хорошо проявляет себя при работе с томами объемом 300-400 Мбайт и выше. Чем больше объем диска и чем больше на нем файлов, тем больший выигрыш мы получаем, используя NTFS вместо FAT16 или FAT32. Пределы размера тома (и размера файла) составляют 16 Эбайт (один экзабайт равен приблизительно 16 000 млрд. гигабайт), т.е. пределов, фактически, не существует, в то время как при работе под Windows XP диск с FAT16 не может иметь размер бо­лее 4 Гбайт, а с FAT32 — 32 Гбайт. Количество файлов в корневом и некорневом каталогах при использовании NTFS не ограничено. Поскольку в основу структу­ры каталогов NTFS заложена эффективная структура данных, называемая «дво­ичным деревом», время поиска файлов в NTFS не связано линейной зависимо­стью с их количеством (в отличие от систем на базе FAT).

Одним из основных понятий, используемых при работе с NTFS, яв­ляется понятие тома (volume). Том означает логическое дисковое пространство, которое может быть воспринято как логический диск, то есть том может иметь букву (буквенный идентификатор) диска. Возможно также создание отказоустойчивого тома, занимающего несколько разделов, то есть поддерживается использование RAID-технологии. RAID-технология по­зволяет получать дисковые подсистемы из нескольких обычных дисков, которые обладают либо существенно более высоким быстродействием, либо более высо­кой надежностью, либо тем и другим одновременно.

Как и многие другие файловые системы, NTFS делит все полезное дисковое про­странство тома на кластеры — блоки данных, адресуемые как единицы данных. Файловая система NTFS поддерживает размеры кластеров от 512 байт до 64 Кбайт; неким стандартом же считается кластер размером 2 или 4 Кбайт. К сожалению, при увеличении размера кластера свыше 4 Кбайт становится невозможным сжи­мать файлы и каталоги.

Все дисковое пространство в NTFS делится на две неравные части. Пер­вые 12 % диска отводятся под так называемую зону MFT (Master File Table — глав­ная таблица файлов). Эта зона предназначена для таблицы MFT (с учетом ее буду­щего роста), представляющей собой специальный файл со служебной информацией, позволяющей определять местонахождение всех остальных файлов. Запись каких-либо данных в зону MFT невозможна — она всегда остается пустой, чтобы при росте MFT по возможности не было фрагментации. Остальные 88% тома пред­ставляют собой обычное пространство для хранения файлов.

Структура тома NTFS такова:

MFT
Зона MFT
Зона для размещения

файлов и каталогов
Копия первых 16 записей MFT
Зона для размещения

файлов и каталогов

Очевидно, что структуру данных, называемую главной таблицей файлов, можно рассматривать как файл. В этом файле MFT хранится информация обо всех ос­тальных файлах диска, в том числе и о самом файле MFT. Таблица MFT поделена на записи фиксированного размера в 1 Кбайт, и каждая запись соответствует како­му-либо файлу. Первые 16 файлов носят служеб­ный характер и недоступны через интерфейс операционной системы — они назы­ваются метафайлами, причем самый первый метафайл — это сам файл MFT. Часть диска с метафайлами — единственная часть диска, имеющая строго фиксирован­ное положение. Копия этих же 16 записей таблицы MFT (для надежности, посколь­ку они очень важны) хранится в середине тома. Оставшаяся часть файла MFT может располагаться, как и любой другой файл, в произвольных местах диска — восстановить его положение можно с помощью самого файла MFT. Для этого до­статочно взять первую запись таблицы MFT.

Упомянутые первые 16 файлов NTFS (метафайлы) являются служебными; каж­дый из них отвечает за какой-либо аспект работы системы. Метафайлы находятся в корневом каталоге тома NTFS. Их имена начинаются с символа «$», хотя полу­чить какую-либо информацию о них стандартными средствами сложно.

Если файл имеет не очень большой размер, тогда в ход идет довольно удачное решение: данные файла хранятся прямо в соответствующей за­писи таблицы MFT в оставшемся от служебных данных месте. Таким образом, файлы, занимающие не более сотни байтов, обычно не имеют своего «физическо­го» воплощения в основной файловой области — все данные таких файлов хра­нятся прямо в таблице MFT.

Файл на томе в системе NTFS идентифицируется так называемой файловой ссыл­кой (file reference), которая представляется как 64-разрядное число. Файловая ссыл­ка состоит из номера файла, который соответствует позиции его файловой записи в таблице MFT, и номера последовательности. Последний увеличивается всякий раз, когда данная позиция в MFT используется повторно, что позволяет файловой системе NTFS выполнять внутренние проверки целостности.

Каждый файл на диске в системе NTFS представлен с помощью потоков данных (streams), то есть у файла нет «просто данных», а есть «потоки данных». Один из потоков имеет привычный смысл — это собственно данные файла. Кстати, большинство атрибутов файла (за исключением основных) — это тоже потоки дан­ных. Таким образом, получается, что основой файла является номер записи в таб­лице MFT, а все остальное, включая его потоки данных, не обязательно. Данный подход довольно удобен. Так, файлу можно назначить еще один поток данных, за­писав в него любые данные, например информацию об авторе и содержании фай­ла, как это сделано в Windows 2000 (эта информация представлена на одной из вкладок диалогового окна свойств файла). Интересно, что эти дополнительные потоки не видны стандартными средствами для работы с файлами операционной систе­мы: наблюдаемый размер файла — это лишь размер потока основных (традицион­ных) данных. Можно, к примеру, удалить файл нулевой длины, и при этом освобо­дится несколько мегабайтов свободного места — просто потому, что ему был назначен поток дополнительных (аль­тернативных) данных такого большого размера.

Сравнительный анализ


Архитектура.

Наиболее принципиальным различием между системами Windows 98 и Windows ХР является то, что у них разная архитектура. В монолитной операционной системе (Windows 98), несмотря на ее возможную сильную структуризацию, очень трудно удалить один из уровней многоуровневой модульной структуры. Добавление новых функций и изменение существующих в данном случае требует чрезвычайно больших усилий. Напротив, в микроядерной ОС Windows ХР в полной мере используется модель клиент-сервер. Эта модель предполагает наличие программного компонента-клиента (потребителя какого-либо сервиса) и компонента-сервера (поставщика сервиса). Один и тот же компонент может быть клиентом по отношению к одному виду услуг и сервером для другого вида услуг. Однако, выполнение затребованной функции другим модулем, вызываемым из микроядра, приводит и к дополнительным задержкам, и к дополнительным сложностям. Использование микроядерного подхода на практике сталкивается с определенными сложностями, что проявляется в некотором замедлении скорости выполнения системных вызовов при передаче сообщений через микроядро по сравнению с классическим подходом. С другой стороны, можно констатировать и обратное. Поскольку микроядро малó и в значительной степени оптимизировано, при соблюдении ряда условий оно позволяет обеспечить характеристики реального времени, требующиеся для управления устройствами и для высокоскоростных коммуникаций.

Распределение адресного пространства.

Как уже было сказано выше, в отличие от Windows 98, в Windows ХР в гораздо большей степени задействуется ряд серьезных аппаратных средств защиты, имеющихся в микропроцессорах, а также применено принципиально иное логическое распределение адресного пространства. Основное преимущество Windows ХР в данном аспекте заключается в том, что все системные программные модули находятся в своих собственных виртуальных адресных пространствах, и доступ к ним со стороны прикладных программ невозможен, что существенно повышает надежность ОС.

К сожалению, в Windows XP для замещения страниц выбрана дисциплина FIFO, а не более эффективная дис­циплина LRU или LFU, как это сделано в других операционных системах. Сделано это с целью достичь максимальной независимости от аппаратных возможностей процессора. Для того, чтобы хоть как-то компенсировать неэффективность правила FIFO, была введена буферизация тех страниц, которые должны быть записаны в файл подкачки или просто расформированы. Прежде чем замещаемая страница действительно окажется во внешней памяти, она помечается как кандидат на выгрузку. Если в следующий раз произойдет обращение к странице, находящейся в таком буфере, то страница никуда не выгружается и уходит в конец списка FIFO. В противном случае страница действительно выгружается, а на ее место попадает следующий кандидат на выгрузку.

Таким образом, можно сказать, что распределение памяти в ОС Windows XP в большей степени защищено от воздействия некачественно написанных прикладных программ при менее эффективной дисциплине замещения страниц.

Многозадачность.

Если внимательно понаблюдать за тем, как ведут себя системы Windows ХР и Windows 98, выполняя параллельно множество запущенных приложений, то можно без особого труда заметить, что многозадачность у первой реализована значительно лучше. Причина такого явления заключается в том, что с разными затратами времени происходят изменения в подсистеме управления памятью. При переключении с одного процесса на другой необходимо поменять значение регистра CR3, с помощью которого линейные адреса команд и операндов пересчитываются в реальные физические. В Windows ХР при переключении процессора на новую задачу смена значения регистра CR3, а значит и замена всех дескрипторных таблиц, описывающих местонахождение виртуальных страниц процесса и его потоков, осуществляется автоматически. А Windows 98 переписывает все содержимое целой физической страницы, на которую указывает регистр CR3, вместо простой замены содержимого этого регистра. И поскольку такая операция требует совершенно иных затрат времени, мы и наблюдаем тот факт, что многозадачность в ОС Windows 98 реализована намного хуже, чем в Windows ХР.

Безопасность.

В отличие от ОС Windows 98, система Windows ХР имеет совершенно иную систему безопасности. Как уже было сказано, средства защиты изначально глубоко интегрированы в Windows ХР. В Windows 98 таких средств, фактически, нет. Таким образом, использовать Windows 98 на компьютерах, имеющих доступ к локальным и/или глобальным сетям крайне не рекомендуется, так как при этом существенно страдает информационная безопасность.

Сравнение файловых систем.
FAT32
NTFS

Преимущества
  1. Низкое требование к объему оперативной памяти.
  2. Эффективная работа с файлами средних и малых размеров.
  3. Более низкий износ дисков вследствие меньшего количества передвижений головок чтения/записи.
  4. Много хороших утилит для дефрагментации.
  1. Быстрая скорость доступа к файлам малого размера.
  2. Разграничение прав доступа к файлам и шифрование.
  3. Поддержка сжатия на уровне ФС.
  4. Автоматическое восстановление системы при любых сбоях.
  5. Эффективное хранение данных.
  6. Высокая производительность при работе с крупными массивами данных и большими каталогами.
  7. Размеры кластера могут быть очень маленькими (512 байт).

Недостатки
  1. Низкая защита от сбоев системы.
  2. Проблемы с общей организацией данных на дисках большого размера (десятки Гб).
  3. Сильное снижение быстродействия при фрагментации.
  4. Медленная работа с каталогами, содержащими большое количество файлов.
  5. Не поддерживаются маленькие размеры кластеров.
  1. Более высокие требования к объему оперативной памяти.
  2. Невозможность доступа из DOS, Windows 95/98.
  3. Cистема не очень эффективна для малых и простых разделов (до 1 Гб).
  4. Алгоритм заполнения кластеров не очень хорош и приводит к фрагментации.

Прочие новшества.
  1. В Windows XP встроена поддержка смарт-карт для идентификации пользователей.
  2. Запись компакт-дисков встроена в проводник Windows XP.
  3. Многоязыковая поддержка.
  4. Технология Remote Desktop позволяет создавать виртуальные сессии для удаленного доступа на основе протокола RDP.
  5. В Windows XP реализована поддержка беспроводных сетей, в том числе в защищенном режиме.
  6. Функция восстановления системы дает возможность пользователям восстанавливать предыдущие работоспособные конфигурации Windows XP в случае возникновения проблем с работой вновь установленных приложений и драйверов.
  7. Встроенный брандмауэр обеспечивает защиту персонального компьютера от несанкционированного доступа из Интернета.
  8. Windows XP позволяет совместно использовать единственное подключение к Интернету нескольким компьютерам, входящим в небольшую сеть.



Список использованных ресурсов:
    1. Гордеев А.В. Операционные системы. – СПб.: Питер, 2004. 415 с.
    2. Кастер Х. Основы Windows NT и NTFS / Пер. с англ. – М.: Изд. отдел. «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1996. 440 с.
    3. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы.:Учебник. – СПб.: Питер, 2001. 544 с.
    4. ternals.com
    5. .md/repair/main.php