Сервисные системные программы

Среди различных задач, с которыми часто приходится сталкиваться пользователю компьютера, можно выделить сжатие информации (для экономии важного и дорогостоящего ресурса – памяти) и обеспечение компьютерной безопасности. Эти задачи решаются с помощью программ, относящихся к категории сервисного системного обеспечения. Краткие сведения о некоторых из них приведены ниже.

Работа со сжатыми данными

Хранение и передача информации по каналам связи стоят достаточно дорого. В связи с этим регулярно возникает необходимость сжимать данные перед тем, как размещать их в архивах или передавать по канала связи. Соответственно, существует и обратная необходимость восстановления данных из предварительно уплотненных архивов.

Теоретические основы сжатия данных

Характерной особенностью большинства «классических» типов данных, с которыми традиционно работают люди, является определенная избыточность. Степень избыточности зависит от типа данных. Например, у видеоданных степень избыточности обычно в несколько раз больше, чем у графических данных, а степень избыточности графических данных в несколько раз больше, чем текстовых.

Для человека избыточность информации нередко связана с представлением о ее качестве, поскольку избыточность, как правило, улучшает восприятие, особенно в неблагоприятных условиях (просмотр телепередач при наличии помех, восстановление поврежденного графического материала, чтение текстов в условиях недостаточной освещенности и т. п.).

Однако, когда речь заходит не об обработке, а о хранении готовых документов или их передаче, то избыточность можно уменьшить, что дает эффект сжатия данных.

Термин сжатие данных часто подменяют термином архивация данных, поскольку методы сжатия изначально стали применять для долговременного хранения готовых документов. Архиваторы – это программы для создания архивов. Архивы предназначены для хранения данных в удобном компактном виде. В качестве данных обычно выступают файлы и папки. Как правило, данные предварительно подвергаются процедуре сжатия или упаковки. Поэтому почти каждый архиватор одновременно является программой для сжатия данных. С другой стороны, любая программа для сжатия данных может рассматриваться как архиватор. Эффективность сжатия является важнейшей характеристикой архиваторов. От нее зависит размер создаваемых архивов. Чем меньше архив, тем меньше места требуется для его хранения. Для передачи нужна меньшая пропускная способность канала передачи или затрачивается меньшее время. Преимущества архивов очевидны, если учесть, что данные уменьшаются в размере и в 2 раза, и в 5 раз.

Если при сжатии данных происходит только изменение их структуры, метод сжатия обратим. Из результирующего кода можно восстановить исходный код путем применения обратного метода. Обратимые методы применяют для любых типов данных. Характерными форматами сжатия без потери информации являются:

•.GIF,.ТIF,.РСХ и многие другие для графических данных;

•.АVI для видеоданных;

•.ZIP, ARJ,.RAR,.LZH,.LH,.САВ и многие другие для любых типов данных.

Методы сжатия

Разработано большое количество разнообразных методов, их модификаций и подвидов для сжатия данных. Современные архиваторы, как правило, одновременно используют несколько методов одновременно. Можно выделить некоторые основные.

Кодирование длин серий (RLE – сокращение от run-length encoding – кодирование длин серий)

Очень простой метод. Последовательная серия одинаковых элементов данных заменяется на два символа: элемент и число его повторений. Широко используется как дополнительный, так и промежуточный метод. В качестве самостоятельного метода применяется, например, в графическом формате BMP.

Словарный метод (LZ – сокращение от Lempel Ziv – имена авторов)

Наиболее распространенный метод. Используется словарь, состоящий из последовательностей данных или слов. При сжатии эти слова заменяются их кодами из словаря.

Энтропийный метод (Huffman – кодирование Хаффмена, Arithmetic coding - арифметическое кодирование).

В этом методе элементы данных, которые встречаются чаще, кодируются при сжатии более коротким кодом, а более редкие элементы данных кодируются более длинным кодом. За счет того, что коротких кодов значительно больше, общий размер получается меньше исходного.

Широко используется как дополнительный метод. В качестве самостоятельного метода применяется, например, в графическом формате JPG.

Методов сжатия довольно много. Каждый метод обычно ориентирован на один вид или группу реальных данных. Хорошие результаты показывает комплексное использование методов, на котором построено большинство современных архиваторов.

Степень сжатия в основном зависит от исходных данных. Хорошо сжимаются почти все предварительно несжатые данные, например, исполняемые файлы (EXE), тексты (TXT, DOC), базы данных (DBF), простые несжатые изображения (BMP). Ограниченно сжимаются несжатый звук (WAV), сложные несжатые изображения (BMP). Не сжимаются почти все уже сжатые данные, например, архивы (ZIP, CAB), сжатые документы (PDF), сжатая графика и видео (JPG, GIF, AVI, MPG), сжатый звук (MP3). Их сжатие находится в пределах пары процентов за счет служебных блоков и небольшой избыточности.

Программные средства сжатия данных

Следует различать собственно программу-архиватор, формат архивов и методы сжатия. Даже один и тот же метод сжатия может иметь варианты реализации. Например, существует более десятка программ-архиваторов, которые могут создавать архивы в формате ZIP. В свою очередь данные в формате ZIP могут быть сжаты различными методами: Deflate, Deflate64, BZip2. Метод Deflate имеет несколько реализаций с разной скоростью и степенью сжатия (разница порядка 5%). С помощью этого метода архиватор 7-zip позволяет создавать архивы в формате ZIP и 7Z.

Обычно архиваторы могут создавать архивы в собственном эксклюзивном формате с использованием своих оригинальных методов. Например, архиватор RAR позволяет создавать архивы RAR. В формате архива и методах сжатия заключаются основные преимущества того или иного архиватора.

В простейшем случае архиватор позволяет только упаковать или распаковать один файл. Кроме собственно сжатия данных, современные архиваторы обеспечивают некоторые дополнительные функции. Можно выделить несколько основных:

• сжатие некоторых файлов и целых директорий;
• создание самораспаковывающихся (SFX) архивов. То есть для распаковки архива программа-архиватор не требуется;
• изменение содержимого архива;
• шифрование содержимого архива;
• информация для восстановления архива при частичном повреждении и возможность восстановления поврежденных архивов;
• разбивка архива на несколько частей или томов;
• консольная версия программы для работы из командной строки;
• графическая (GUI) версия программы.

Кроме различий в функциональности, можно разбить архиваторы на две группы: асимметричные и симметричные. Асимметричные архиваторы требуют для операции распаковки значительно меньше времени и оперативной памяти, чем для операции упаковки. Это позволяет быстро получать содержимое архива на маломощных компьютерах. Симметричные архиваторы требуют для операций упаковки и распаковки одинаковое время и объем оперативной памяти. Использование таких архиваторов на широком парке компьютеров или для оперативного доступа к содержимому архива ограничено. Известный архиватор RAR в качестве основного использует асимметричный словарный метод сжатия, а для текстов может использовать симметричный PPM-метод. Таким образом, распаковка архивов RAR, сжатых с максимальной степенью сжатия, может быть невозможна на компьютерах с ограниченным объемом оперативной памяти. Все или почти все передовые архиваторы с высокой степенью сжатия являются симметричными.

Безусловно, самым распространенным архиватором форматом сжатия данных является ZIP и его модификации. По своей распространенности он значительно превосходит ближайших конкурентов. Следом идет RAR. В последние годы встречается архиватор 7-zip.

Наиболее распространенным во всем мире архиватором является WinZip, поскольку формат.zip принят как стандартный формат для передачи упакованных (сжатых) файлов в Интернет. Он обладает очень высокой скоростью упаковки и распаковки. Неплохо подходит для оперативного архивирования, но только в режиме ZIP fast. В России большой популярностью пользуется архиватор WinRar, превосходящий WinZip и по степени сжатия и по скорости. Как универсальный архиватор с хорошей степенью сжатия (на 30% хуже лучших архиваторов) можно рекомендовать 7-zip.

Базовые требования к диспетчерам архивов

Современные программные средства для создания и обслуживания архивов отли­чаются большим объемом функциональных возможностей, многие из которых выходят далеко за рамки простого сжатия данных и эффективно дополняют стан­дартные средства операционной системы. В этом смысле современные средства архивации данных называют диспетчерами архивов.

К базовым функциям, которые выполняют большинство современных диспетче­ров архивов, относятся:

· извлечение файлов из архивов;

· создание новых архивов;

· добавление файлов в имеющийся архив;

· создание самораспаковывающихся архивов;

· создание распределенных архивов на носителях малой емкости;

· тестирование целостности структуры архивов;

· полное или частичное восстановление поврежденных архивов;

· защита архивов от просмотра и несанкционированной модификации.

Самораспаковывающиеся архивы. В тех случаях, когда архивация производится для передачи документа потребителю, следует предусмотреть наличие у него программ­ного средства, необходимого для извлечения исходных данных из уплотненного архива. Если таких средств у потребителя нет или нет оснований предполагать их наличие, создают самораспаковывающиеся архивы. Самораспаковывающийся архив готовится на базе обычного архива путем присоединения к нему небольшого про­граммного модуля. Сам архив получает расширение имени.ЕХЕ, характерное для исполнимых файлов. Потребитель сможет выполнить его запуск как программы, после чего распаковка архива произойдет на его компьютере автоматически.

Распределенные архивы. В тех случаях, когда предполагается передача большого ар­хива на носителях малой емкости, например, на гибких дисках, возможно распреде­ление одного архива в виде малых фрагментов на нескольких носителях.

Некоторые диспетчеры (например, WinZip) выполняют разбиение сразу на гибкие диски, а некоторые (например, WinRar) позволяют выполнить предваритель­ное разбиение архива на фрагменты заданного размера на жестком диске. Впослед­ствии их можно перенести на внешние носители путем копирования.

Гибкие диски являются крайне ненадежными носителями, поэтому архивы, сфор­мированные на жестком диске, должны храниться до получения подтверждения от потребителя о том, что распределенный архив поступил к нему в неповрежден­ном виде и прошел распаковку. Правилом «хорошего тона» считается создание двух копий при передаче материалов на гибких дисках.

Защита архивов. В большинстве случаев защиту архивов выполняют с помощью пароля, который запрашивается при попытке просмотреть, распаковать или изме­нить архив. Теоретически, защита с помощью пароля считается неудовлетворитель­ной и не рекомендуется для особо важной информации. В то же время необходимо отметить, что основные программные средства, используемые для восстановления утраченного пароля (или взлома закрытой информации, что, по сути, то же самое), используют методы прямого перебора. Работу этих средств можно существенно затруднить и замедлить, если расширить область перебора. Пароли на базе симво­лов английского алфавита и цифр действительно снимаются очень быстро. Однако даже незначительное увеличение числа используемых символов за счет знаков препинания многократно увеличивает криптостойкость защиты, а использование также и символов русского алфавита может существенно затруднить попытки снять пароль путем перебора, сделав сроки работы неприемлемыми.

Дополнительные требования к диспетчерам архивов

К дополнительным функциям диспетчеров архивов относятся сервисные функции, делающие работу более удобной. Они часто реализуются внешним подключением дополнительных служебных программ и обеспечивают:

• просмотр файлов различных форматов без извлечения их из архива;
• поиск файлов и данных внутри архивов;
• установку программ из архивов без предварительной распаковки;
• проверку отсутствия компьютерных вирусов в архиве до его распаковки;
• криптографическую защиту архивной информации;
• декодирование сообщений электронной почты;
• «прозрачное» уплотнение исполнимых файлов.ЕХЕ и.DLL
• создание самораспаковывающихся многотомных архивов;
• выбор или настройку коэффициента сжатия информации.

На рис. 15 изображено окно архиватора WinZip со списком файлов открытого архива.

Рис. 15. Окно архиватора WinZip со списком файлов архива

Работа с интегрированными диспетчерами архивов

Во время установки WinZip или WinRar можно выбрать возможность интеграции этих архиваторов в программу Проводник. Такая интеграция дает возможность работать с архивами прямо в Проводнике с помощью контекстного меню (рис. 16). Например, чтобы создать архив из группы файлов, необходимо в правой панели Проводника выделить нужную группу файлов, щелкнуть на выделенной области правой кнопкой мышки и в появившемся меню выбрать команду Add to Zip для WinZip или Добавить в архив… для WinRar. В результате откроется окно диалога создания архива (рис. 17), в который нужно ввести необходимые параметры (например, имя архива и др.).

Рис. 16. Контекстное меню с интегрированными командами работы с WinZip

Рис. 17. Окно диалога создания архива

При щелчке правой кнопкой мышки на файле архива в правой панели Проводника в меню появятся команды, предлагающие извлечь файлы из архива или создать из него самораспаковывающийся архив.

Глава 3. Вопросы компьютерной безопасности

Понятие о компьютерной безопасности

В вычислительной технике понятие безопасности является весьма широким. Оно подразумевает и надежность работы компьютера, и сохранность ценных данных, и защиту информации от внесения в нее изменений неуполномоченными лицами, и сохранение тайны переписки в электронной связи. Отдельным вопросам компьютерной безопасности посвящаются целые книги. Здесь мы рассмотрим лишь вопросы безопасности, связанные с защитой от компьютерных вирусов.

Компьютерные вирусы

Компьютерный вирус – это программный код, встроенный в другую программу, или в документ, или в определенные области носителя данных, и предназначенный для выполнения несанкционированных действий на несущем компьютере. Одна из характерных особенностей такого кода – способность многократно копировать самого себя («размножаться»).

Основными типами компьютерных вирусов являются:

• программные вирусы;

• загрузочные вирусы;

• макровирусы.

К компьютерным вирусам примыкают и так называемые троянские кони (троян-ские программы, троянцы).

Программные вирусы. Программные вирусы — это блоки программного кода, целенаправленно внедренные внутрь других прикладных программ. При запуске про-граммы, несущей вирус, происходит запуск имплантированного в нее вирусного кода. Работа этого кода вызывает скрытые от пользователя изменения в файловой системе жестких дисков и/или в содержании других программ. Так, например, вирусный код может воспроизводить себя в теле других программ — этот процесс называется размножением. По прошествии определенного времени, создав достаточное количество копий, программный вирус может перейти к разрушительным действиям — нарушению работы программ и операционной системы, удалению информации, хранящейся на жестком диске. Этот процесс называется вирусной атакой.

Самые разрушительные вирусы могут инициировать форматирование жестких дисков. Поскольку форматирование диска — достаточно продолжительный процесс, который не должен пройти незамеченным со стороны пользователя, во многих случаях программные вирусы ограничиваются уничтожением данных только в системных секторах жесткого диска, что эквивалентно потере таблиц файловой структуры. В этом случае данные на жестком диске остаются нетронутыми, но воспользоваться ими без применения специальных средств нельзя, поскольку неизвестно, какие сектора диска каким файлам принадлежит. Теоретически восстановить данные в этом случае можно, но трудоемкость этих работ исключительно высока.

Считается, что никакой вирус не в состоянии вывести из строя аппаратное обеспе-чение компьютера. Однако бывают случаи, когда аппаратное и программное обес-печение настолько взаимосвязаны, что программные повреждения приходится устранять заменой аппаратных средств. Так, например, в большинстве современных материнских плат базовая система ввода-вывода (BIOS) хранится в перезаписываемых постоянных запоминающих устройствах (так называемая флэш-память). Возможность перезаписи информации в микросхеме флэш-памяти используют некоторые программные вирусы для уничтожения данных BIOS. В этом случае для восстановления работоспособности компьютера требуется либо замена микросхемы, хранящей BIOS, либо ее перепрограммирование на специальных устройствах, называемых программаторами.

Программные вирусы поступают на компьютер при запуске непроверенных про-грамм, полученных на внешнем носителе (гибкий диск, компакт-диск и т.п.) или принятых из Интернета. Особое внимание следует обратить на слова «при запуске». При обычном копировании зараженных файлов заражение компьютера произойти не может. В связи с этим все данные, принятые из Интернета, должны проходить обязательную проверку на безопасность, а если получены незатребованные данные из незнакомого источника, их следует уничтожать, не рассматривая. Обычный прием распространения «троянских» программ — приложение к электронному письму с «рекомендацией» извлечь и запустить якобы полезную программу.

Загрузочные вирусы. От программных вирусов загрузочные вирусы отличаются методом распространения. Они поражают не программные файлы, а определенные системные области магнитных носителей (гибких и жестких дисков). Кроме того, на включенном компьютере они могут временно располагаться в оперативной памяти.

Обычно заражение происходит при попытке загрузки компьютера с магнитного носителя, системная область которого содержит загрузочный вирус. Так, например, при попытке загрузить компьютер с гибкого диска происходит сначала проникновение вируса в оперативную память, а затем в загрузочный сектор жестких дисков. Далее этот компьютер сам становится источником распространения загрузочного вируса.

Макровирусы. Эта особая разновидность вирусов поражает документы, выполненные в некоторых прикладных программах, имеющих средства для исполнения так называемых макрокоманд. В частности, к таким документам относятся документы текстового процессора Microsoft Word (они имеют расширение.doc). Заражение происходит при открытии файла документа в окне программы, если в ней не отключена возможность исполнения макрокоманд. Как и для других типов вирусов, результат атаки может быть как относительно безобидным, так и разрушительным.