4.Понятие виртуальной машины. Принципы работы, управления, защиты данных и памяти.

Виртуальная машина (ВМ, от англ. virtual machine) —

• программная и/или аппаратная система, эмулирующая аппаратное обеспечение некоторой платформы (target — целевая, или гостевая платформа) и исполняющая программы для target-платформы на host-платформе (host — хост-платформа, платформа-хозяин)

• или виртуализирующая некоторую платформу и создающая на ней среды, изолирующие друг от друга программы и даже операционные системы (см.: песочница);

• также спецификация некоторой вычислительной среды (например: «виртуальная машина языка программирования Си»).

Виртуальная машина исполняет некоторый машинно-независимый код (например, байт-код, шитый код, p-код) или машинный код реального процессора. Помимо процессора, ВМ может эмулировать работу как отдельных компонентов аппаратного обеспечения, так и целого реального компьютера (включая BIOS, оперативную память, жёсткий диск и другие периферийные устройства). В последнем случае в ВМ, как и на реальный компьютер, можно устанавливать операционные системы (например, Windows можно запускать в виртуальной машине под Linux или наоборот). На одном компьютере может функционировать несколько виртуальных машин (это может использоваться для имитации нескольких серверов на одном реальном сервере с целью оптимизации использования ресурсов сервера).

Виртуальные машины могут использоваться для:

• защиты информации и ограничения возможностей программ (см.: песочница);

• исследования производительности ПО или новой компьютерной архитектуры;

• эмуляции различных архитектур (например, эмулятор игровой приставки);

• оптимизации использования ресурсов мейнфреймов и прочих мощных компьютеров;

• моделирования информационных систем с клиент-серверной архитектурой на одной ЭВМ (эмуляция компьютерной сети с помощью нескольких виртуальных машин).

• упрощения управления кластерами - виртуальные машины могут просто мигрировать с одной физической машины на другую во время работы.

• тестирования и отладки системного программного обеспечения;

Некоторые известные виртуальные машины:

Среды языков программирования ActionScript Virtual Machine Clipper Common Language Runtime Harbour Java Virtual Machine UCSD p-System Форт

Операционные системы и гипервизоры

• Система виртуальных машин

• ICore Virtual Accounts

• Kernel-based Virtual Machine

• Hyper-V

• OpenVZ

• Parallels Virtuozzo Containers

• User-mode Linux

• Virtual Iron

• VM/CMS

• VMware ESX

• Xen

Автономные эмуляторы компьютеров

• bochs

• DOSBox

• Virtual PC

• Parallels Workstation

• QEMU

• VirtualBox

• VMware Fusion

• VMware Workstation

5.Файловые системы. Файлы и каталоги. Имена и типы. Файловые системы fat32, ntfs, их характеристики.

Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.

В широком смысле понятие "файловая система" включает:

1) совокупность всех файлов на диске,

2) наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,

3) комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.

Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач:

1) именование файлов;

2) программный интерфейс работы с файлами для приложений;

3) отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;

4) организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;

Обычный файл - Представляет собой наиболее общий тип файлов, содержащий данные в некотором формате. Для операционной системы такие файлы представляют собой просто последовательность байтов. К этим файлам относятся текстовые файлы, двоичные данные и выполняемые программы.

Каталог - это файл, содержащий имена находящихся в нем файлов, а также указатели на дополнительную информацию - метаданные, позволяющие операционной системе производить действия с этими файлами. Каталоги определяют положение файла в дереве файловой системы.

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени.

NTFS. Размер диска: 2^64 байт; Размер тома: 2^64 минус 1 кластер; Макс.размер файла: 2^64 минус 1 килобайт; Макс.кол-во файлов: 2^32 минус 1;

Достоинства:

1. Быстрая скорость доступа к файлам малого размера;

2. Размер дискового пространства на сегодняшний день практически не ограничен;

3. Фрагментация файлов не влияет на саму файловую систему;

4. Высокая надежность сохранения данных и собственно самой файловой структуры;

5. Высокая производительность при работе с файлами большого размера;

Недостатки:

1. Более высокие требования к объему оперативной памяти по сравнению с FAT 32;

2. Работа с каталогами средних размеров затруднена из-за их фрагментации;

3. Более низкая скорость работы по сравнению с FAT 32

FAT 32. Размер диска: 8 терабайт; Размер тома: 127 гигабайт; Макс.размер файла: 4 гигабайт;

Макс.кол-во файлов: 2^28 минус 12;

Достоинства: 1. Высокая скорость работы; 2. Низкое требование к объему оперативной памяти;

3. Эффективная работа с файлами средних и малых размеров; 4. Более низкий износ дисков, вследствие меньшего количества передвижений головок чтения/записи.

Недостатки:1. Низкая защита от сбоев системы; 2. Не эффективная работа с файлами больших размеров;

3. Ограничение по максимальному объему раздела и файла; 4. Снижение быстродействия при фрагментации;

5. Снижение быстродействия при работе с каталогами, содержащими большое количество файлов;

Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имен файлов и (каталогов), максимальный возможный размер файла и раздела, наборатрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше)^[1]. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.