Халимова А. М., магистрантка;
Сатимова Е. Г.,
к.т.н., доцент
Алматинский университет энергетики и
связи
К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ
ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Аннотация научной статьи
Любая операционная система не может существовать
без трех базовых элементов: управление процессами, управление памятью и
безопасность. В данной статье будет представлен обзор базовых элементов ОС.
Данные элементы являются основой любой операционной системы. Что обосновывает
необходимость рассмотрения основных преимуществ и недостатков, проведения
сравнительного анализа.
Annotation of a scientific article
Any
operating system can not exist without the three basic elements: process
management, memory management and security. This article will provide an
overview of the basic elements of the operating system. These elements are the
foundation of any operating system. Which justifies the need to review the
major advantages and disadvantages, a comparative analysis.
С каждым днем технологии увеличиваются и
развиваются, из-за этого имеется много конкуренции между различными
операционными системами. Сравним три основных операционных системы известные на
сегодня Windows, Mac и Linux. Есть много ключевых элементов в любой
операционной системе, но есть заметные различия в управлении памятью,
управление процессами и безопасности между этими тремя системами.
Управление памятью.
Управление памятью - это процесс координации
памяти компьютера и выделение блоков памяти для различных запущенных программ с
целью достижения оптимальной производительности. Память является одним из
наиболее важных компонентов любой компьютерной системы. Независимо от того,
какая операционная система используется, является ли это Windows,
Linux или Mac в OS
X, управления памятью осуществляется по одним и тем же
основным требования. Основными требованиями управления памятью является защита,
обмен, перенос и организация. Защита памяти необходима, так как предотвращает
доступ неавторизированных программ, которые могут содержать вредоносные угрозы,
усугубляющие работу компьютера. Совместное использование памяти – это когда
несколько программ хотят получить доступ к одной и той же части памяти. Перемещение
включает в себя перемещение программ между виртуальной памятью и физической
памяти. Для поддержания оптимальной производительности, процесс который был
запущен первым будет приостановлен для реализации более важно процесса. Ключевым
компонентом в управлении памятью является ее организация, потому что некоторые
блоки памяти должны быть доступны быстрее, чем другие. Эти блоки хранятся в
оперативной памяти (RAM), которая легко доступна. Существуют два
основных компонента оперативной памяти, которыми являются объем физической и
виртуальной памяти.
Физическая память, которая показывает фактический
объем памяти, установленной на компьютере, равна обычно 64 или 128 мегабайт.
Этого объема не достаточно памяти для запуска всех программ на компьютере,
поэтому используется метод, называемый виртуальной памятью. По данным "Windows.microsoft.com",
"Виртуальная память сочетает в себе память компьютера с временным
пространством на жестком диске. Когда весь RAM виртуально й памяти перемещает данные из оперативной
памяти в пространство под названием “файл подкачки”. Перемещение данных “в” и “из”
файла подкачки освобождает оперативную память, поэтому компьютер
может
завершить свою работу " [1]. Понятие виртуальной памяти основано на виртуальных
адресах. Когда данные хранятся в виртуальной памяти, им присваивается
виртуальный адрес, который указывает на физический адрес. Таким образом, когда
вызывается виртуальный адрес, он переводится в физический адрес на основе
использования страниц таблицы. Этот процесс обращения памяти известен как
подкачка.
Отличия в управление памятью операционными системами.
Mac OS
X. Маковские группы памяти делятся на четыре категории:
свободная память, проводная, активная и неактивная (Рис. 1).
Рис. 1 – Четыре категории памяти на Mac
Свободная память - это доступная память системы.
Проводная память, используемая ядром, не может быть заменена. Активной является
память, которой пользуются в настоящий момент времени, и неактивной памятью
называется память, которая была использована недавно. Благодаря использованию
виртуальной памяти, Mac может выделять до 4
гигабайт (ГБ) для каждого процесса. Для сравнения Windows и Linux
выделяют
такую же сумму, но распределяется она по-разному. Windows
выделяет по
2 ГБ для каждого ядра, а Linux выделяет только 1 ГБ
для ядра [1].
Когда дело доходит до совместного использования
памяти, Mac OS X,
вообще говоря, не разделяет память между процессами. Ядро назначит каждому
процессу собственное адресное пространство, которое будет контролировать доступ
адресных пространств. Тем не менее, в OS X
системе отлично настроено совместное использование памяти для различных
библиотек и framework. Windows позволяет нескольким
процессам совместно использовать память за счет использования указателей на
файлы (Рис. 2).
Linux использует немного
другой метод для совместного использования памяти (Рис. 3). Для совместного
использования памяти, один процесс должен выделить сегмент. Тогда каждый
процесс, желающий осуществить доступ к сегменту должен удалить предыдущий
сегмент. После завершения сегмента, каждый процесс отделяет этот сегмент. В
какой-то момент, один процесс должен освободить сегмент. Это часто называется
как Malloc.
Рис. 2 – Схема организации памяти в Windows
Рис. 3 – Схема организации памяти в Linux
В конце хотелось бы отметить, что память
организована в виде структуры физической или логической памяти. Mac
OS X является уникальной,
так как виртуальная ее память всегда постоянна, в отличие от Linux
и Windows, в котором виртуальная память изменяется в
зависимости от размера необходимого пользователю. Кроме того, OS
X отличается от Linux в том, что она не использует
выделенный раздел диска для резервного хранилища. Для Windows данные переносится в
файл подкачки, чтобы они могли быть легко доступны. Так как управление памятью
является важной частью любой операционной системы, то управление процессами
является важной частью любой системы.
Управление
процессами
В каждой операционной системе имеется средство
для выполнения процесса, но каждая операционная система обрабатывает эти
запросы по-своему. Чтобы лучше объяснить, как каждая операционная система
осуществляет управление процессами, мало нескольких определений. Поток представляет
собой процесс выполнения задач, который является единицей ресурсов.
В операционной системе Linux задачи решаются в
структуре данных. Каждая задача содержит информацию различной категории, которая
включает состояния, планирование информации, идентификаторы, ссылки, время и
таймеры, файловые системы, адресное пространство и конкретные процессоры. Эти
категории могут быть описаны как атрибуты процесса. Каждая задача содержит
также состояния выполнения, которое может быть запущено, прервано, бесперебойно,
остановлено. Linux берет потоки пользовательского уровня для задач и может перебрасывать
их на ядра процессов на том же уровне, с тем же идентификатором группы. Это
обеспечивает одновременное совместное использование ресурсов и безопасность [2].
Microsoft Windows "процесс был обусловлен
необходимостью обеспечить поддержку в различных средах ОС" [3]. Поскольку
Windows может работать на различных платформах, его родной дизайн не является
сложным. Это позволяет подсистемам имитировать структуры других процессов.
Процесс начинается, когда задача запустилась. Процессу назначается маркер
доступа безопасности, с помощью Windows вызывается основной
маркер процесса. Наряду с маркером, объектами процесса являются так же
атрибуты, действия, или другие услуги, необходимые для выполнения задач
процесса. Последняя часть процесса в Windows это поток. Потоки
являются тем, что операционная система выполняет как часть выполнения процесса.
Они могут быть приостановлены и возобновлены в
операционной системе для обработки всех запросов эффективно.
Операционные системы Mac выполняет процессы совсем
по другому в отличие от Windows, и Linux. Mac имеет Grand Central Dispatch,
который содержит пул доступных потоков. "Пулы потоков автоматически изменяют
свой размер с помощью системы для максимального повышения производительности
приложений, использующих GCD, минимизируя время
простоя или конкурирующего потока. Windows ОС будут предоставлять
как можно больше параллелизма, насколько это возможно (на основе числа
доступных ядер)" [4]. Планировщик устанавливает эти потоки в очереди для
осуществления параллельной обработки. Процесс объединения в Grand Central Dispatch
является очень эффективным в большинстве случаев по сравнению с прикладным
управлением потоков. В одном ряду с управлением памятью и процессами, стоит так
же управление файлами операционных систем.
Управление памятью и управление процессами очень
важные компоненты всех операционных систем. Однако, если система не является
защищенной, все эти компоненты не будут иметь никакого значения.
Безопасность
Многие пользователи Mac считают, что их система
не пропускает угроз. Это не так, потому что ни одна компьютерная система не
является неуязвимой. Это известный факт, что для Windows написано колоссальное
количество вирусных программ, создается впечатление, что программисты
соревнуются, кто больше и лучше «пробьёт» Windows. Но так как существует
очень мало вирусов для Mac, то люди считают, что система неуязвима. Mac OS X
построена на UNIX-ядре, одном из самых безопасных операционных систем. UNIX
создает файловую систему, в которой пользователь обладает не самой мощной ролью
на компьютере и нуждается в root правах, чтобы
действительно сделать какие-либо серьезные изменения, но пользователь может
изменить логическую стандартную структуру файловой систему (имея достаточные
знания). Это технически более безопасно, но есть реальный недостаток, который
заключается в том, что Apple, не занимает большой процент ПК на рынке
компьютерной техники. Apple использовала когда-то маркетинговый ход для поощрения
такого способа мышления (неуязвимость ОС), но после вируса Flashback они
решили, что это было не очень хорошей идеей так врать своим клиентам [5].
Вторая операционная система, Linux, работает с
открытым исходным кодом. Это означает, что код программирования для данной
операционной системы или программы подвергается просмотру широкой общественностью.
Существует целое сообщество, работающее для устранения неполадок и обеспечения
больших возможностей для этого программного обеспечения. Таким образом,
проблемы (а именно недостатки безопасности) могут быть установлены быстро.
Свежая установка любого дистрибутива Linux будет незамедлительно добавлена несколькими
сотнями обновлений. Это просто пример того, как сообщество помогает сделать
систему лучше в течение многих лет [6].
В операционных системах Linux и Mac администратор
по умолчанию может вносить изменения в их структуру, но не может изменять
системные файлы. Это одно из преимуществ, что делает эти системы настолько
уверенными и стабильными - пользователь физически не способен уничтожить свою
систему по умолчанию. Пароль root нужен для того, чтобы делать какие-либо
серьезные изменения, но учетные записи root должны быть
разблокированы с помощью пароля администратора, для чего необходимы
определенные знания. Существует наиболее простой способ сделать это из терминала.
Linux и OS X Terminal работают как командная строка в Windows, только гораздо
мощнее. При добавлении ключевого слова "sudo" перед той или
иной команды, пользователю даются права администратора. Впрочем, тема вскрытия паролей на всех видах
и релизах рассматриваемых ОС.
В Windows интересным решением
стало создание Windows Defender. Microsoft пытается бороться с
программами-шпионами и другими угрозами наряду с антивирусными решениями [7].
Windows Defender управляет подписанными данных, выполняет сканирование по
расписанию, а также выполняет такие операций, как удаление данных и карантин.
Во время этих проверок Windows Defender будет проверять приложения,
установленные в системе по списку определений приложений. Эти определения
отсеивают любые известные угрозы на машине и проверяют целостность всех
программ в рамках операционной системы [7]. Windows 7 принес множество новых
функций. Это все-в-одном утилита, модернизированная в Центр обеспечения
безопасности, который следит за всеми возможными угрозами для вашей системы. Он
предупреждает вас, когда ваш антивирус выключен или находится вне времени, а
также он предупреждает пользователя о многих других возможностях, таких как
резервное копирование, обновление и устранения неисправностей технического
обслуживания. Кроме того, брандмауэр получает дальнейшее развитие, что делает
его более захватывающим и простым в использовании, чем когда-либо прежде . Не
слишком много изменилось при переходе с Windows 7 на Windows 8 с точки зрения
безопасности. Защитник Windows получает капитальный ремонт и новую функцию
Family Safety, которая функционирует как своего рода родительский контроль.
Одним из больших обновлений- Windows 8 является SmartScreen. SmartScreen был
сделан с целью избежать фишинг-атак, и может быть большим подспорьем, если
пользователь пытается загрузить что-нибудь похожее вполне законно, но это не
так.
Основными компонентами любой ОС является: управление
памятью, управление процессами, управление файлами и безопасностью. Windows,
Mac и Linux - у всех этих ОС есть основные похожие компоненты, но их
функционирование, реализация или структурированность каждой системы внутри имеет
отличия. Каждая система предлагает уникальный внешний вид, особенно Linux,
когда дело доходит до управления файлами. Windows и Mac имеют много
общего в отношении управления файлами, но когда дело доходит до распределения
памяти и управления процессами, есть заметные различия. Windows
рассматривается как наиболее удобная и доступная операционная система, по
сравнению с Mac и Linux, но зато это намного более подверженная вредоносному ПО
ОС. В целом, эти три операционные системы предоставляют пользователям качественную
работу с распределением памяти, процессами и управлением файловыми системами, а
также имеют уникальные функции безопасности, но, когда дело доходит до выбора,
какую использовать лучше, невозможно сказать, потому что каждая система имеет
свои плюсы и минусы. Иногда это просто дело вкуса или пристрастий.
Список литературы
1.
Chandna, P.microsoft Security
Essentials терпит
неудачу AV-Test. Maximum PC. 2012. Источник
http://www.maximumpc.com/article/
news/microsoft_security_essentials_flunks_av-
2.
Андерсен,
Л. Программное обеспечение с открытым исходным кодом является более безопасным,
чем вы думаете. SC Magazine,
2013. Источник http://www.scmagazine.com
3.
Stallings,
W. Операционные системы: Внутренние и Принципы проектирования. 7-е изд. Boston,
MA: Prentice Hall.
2012.
4.
Corio, C. Первый взгляд: новые
функции безопасности в Windows. TechNet Magazine, 2006. Источник http://technet.microsoft.com /en-us/magazine/2006.05.firstlook.aspx
5.
Есть
ли в Apple компьютеры Mac которые получают вирусы? (N.d.). Источник
http://www.computerhope.com/issues/ch000737.htm
6.
Далзил,
H. Десять тестирований на проникновение в дистрибутивы Linux. Краткие курсы по
безопасности, Источник http://www.concise-courses.com/security/top-ten-distros/
7.
Литтон,
J. Почему Linux не будет страдать от вирусов как в Windows. Hot
Hardware, 2012. Источник http://hothardware.com/Reviews/Why-Linux-Will-Never-Suffer-From-
Вирусы-Like-Windows /