Windows NT - ОС нового поколения

Реферат на тему :

Windows NT - OC нового поколения !

-1-

На данный момент мировая компьютерная индустрия развивается очень стремительно .Производительность систем возрастает ,а следователь-

но возрастают возможности обработки больших объёмов данных .

Операционные системы класса MS-DOSа уже не справляются с таким

потоком данных и не могут целиком использовать ресурсы современных ком-

пьютеров .Поэтому в последнее время происходит переход на более мощные

и наиболее совершенные операционные системы класса UNIX , примером ко-

торых и является Windows NT ,выпущенная корпорацией Microsoft .

Прежде чем начать говорить о Windows NT я хотел бы предложить

статью из еженедельника ComputerWeek Moscow от 1-7 февраля 1996 ,кото-

рая выражает мнение производителей компьютерных систем по вопросу о

перспективности Windows NT :

“ Производители компьютеров возлагают большие надежды на NT .

Производители готовы обрушить на рынок лавину рабочих станций и серверов с предварительно установленными Windows NT и Gibraltar , новым

серверным ПО для Internet . Microsoft не публикует данные об инсталирован-

ной базе NT ,однако утверждает ,что более 40 компаний собираются исполь-

зовать NT Workstation в качестве ОС более чем на 10.000 ПК .К тому же ,по

данным нескольких консалтинговых фирм , в месяц продаётся более 30.000

копий ОС NT Server .Эти цифры заставляют задуматься о том ,как бы не

опоздать .

“Спору нет ,NT - это удача Microsoft “ , - считает Мариса Хейнс ,на-

чалник отдела маркетинга продуктов MIPS - NT компании NEC Technologies .

Вот почему Compaq , Dell ,Gateway 2000 ,NEC ,NetFrame и другие производи-

тели компьютеров представляют новые NT - системы .

11 декабря NEC перешла в наступление одновременно на рынке сер-

веров и настольных компьютеров , выпустив RISC server 2250 и RISC station

2250 .Стоимость систем - от 5500 до 23500 US$ , их конфигурация может

включать в себя два микропроцессора Mips R4400 с тактовой частотой 250

Мгц .RISC station компании NEC имеет встроенные средства обработки трёх-

мерных графических приложений ,написанных на OpenGL,и предназначаются

для применения в области САПР и мультимедиа - приложений . RISC server ,

определяемый как коммуникационный сервер общего назначения ,поддержи-

вают пакет Microsoft BackOffice .

В промышленных кругах говорят ,что NEC готовит ещё ряд серверов

с установленным ПО Gibraltar ,которые она собирается выпустить на рынок в

начале этого года . ”Скоро мы подробнее узнаем об этих планах “, - уверена

Хейнс .

Компания NetFrame последовала примеру NEC и забросила NetWare .

Она только что приступила к выпуску Cluster Server 8500 - четырёхканального

многопроцессорного сервера с высокой отказоустойчивостью .Его минималь-

ная цена - 31900 US$ .

-2-

“Ходит много разговоров об отказоустойчивых NT - серверах ,но се-

годня только мы поставляем такие системы “ , - заявил Кевин Кин , начальник

отдела маркетинга продукции компании NetFrame .

По крайней мере один реселлер NetFrame - корпорация Lantec - с эн-

тузиазмом ожидает новые серверы .” У нас много контрактов на NT , - гово-

рит Джерри Бил ,ведущий инженер сервисной службы Lantec , - NetFrame по-

может нам частично удовлетворить эти заказы “.

Тем временем Compaq ,Dell и Getway готовят NT - серверы на базе

микропроцессоров Pentium Pro компании Intel .Ожидается ,что NT станет ве-

дущей ОС для Pentium Pro ,поскольку Windows 95 содержит 16- ти разрядный

код и работает на Pentium Pro не так быстро ,как полностью 32-ух разрядная NT .В 1996 году объём продаж NT будет нарастать ,скорее всего ,как снежный

ком . “

Далее я постараюсь наиболее кратко рассказать о внутреннем уст-

ройстве Windows NT и о взаимодействие её внутренних модулей .

Когда пользователь впервые видит операционную систему Microsoft

Windows NT ,ему в глаза бросается отчётливое внешнее сходство с полюбив-

шимся интерфейсом системы Windows 3.x .Однако это видимое сходство яв-

ляется лишь незначительной частью Windows NT .

Windows NT является 32-ух разрядной операционной системой с при-

оритетной многозадачностью . В качестве фундаментальных компонентов в

состав операционной системы входят средства обеспечения безопасности и

развитый сетевой сервис .Windows NT также обеспечивает совместимость со

многими другими операционными и файловыми системами , а также с сетями.

Windows NT способна функционировать как на компьютерах , оснащенных

CISC - процессорами со сложной системой команд ( complex instruction set

computing ), так и на компьютерах с RISC - процессорами , имеющими сокра-

щённый набор инструкций ( reduced instruction set computing ) . Операционная

система Windows NT также поддерживает высокопроизводительные системы с

мультипроцессорной конфигурацией .

Знакомым в Windows NT является только внешний облик .За графичес-

ким пользовательским интерфейсом скрываются мощные возможности . При-

водя обзорные сведения по составляющим Windows NT компонентам я поста-

раюсь более детально рассмотреть некоторые из них .

Задачи ,поставленные при создании Windows NT

Система Windows NT не является дальнейшим развитием ранее сущес-

твовавших продуктов . Её архитектура создавалась с нуля с учётом предъяв-

ляемых к современной операционной системе требований . Особенности но-

вой системы ,разработанной на основе этих требований ,перечислены ниже .

Стремясь обеспечить совместимость (compatible) новой операционной сис-

темы ,разработчики Windows NT сохранили привычный интерфеис Windows

и реализовали поддержку существующих файловых систем (таких ,как FAT )

и различных приложений (написанных для MS - Dos ,OS/2 1.x ,Windows 3.x и

POSIX ).Разработчики также включили в состав Windows NT средства рабо-

-3-

ты с различными сетевыми средствами .

Достигнута переносимость (portability) системы ,которая может теперь ра-

ботать как на CISC , так и на RISC - процессорах .К CISC относятся Intel -

совместимые процессоры 80386 и выше ;RISC представлены системами с

процессорами MIPS R4000 , Digital Alpha AXP и Pentium серии P54 и выше .

Масштабируемость (scalability) означает , что Windows NT не привязана к

однопроцессорной архитектуре компьютеров ,а способна полностью испо-

льзовать возможности , предоставляемые симметричными мультипроцес-

сорными системами .В настоящее время Windows NT может функциониро-

вать на компьютерах с числом процессоров от 1 до 32 . Кроме того , в слу-

чае усложнения стоящих перед пользователями задач и расширения предъ-

являемых к компьютерной среде требований ,Windows NT позволяет легко

добавлять более мощные и производительные серверы и рабочии станции

к корпоративной сети .Дополнительные преимущества даёт использование

единой среды разработки и для серверов ,и для рабочих станций .

Windows NT имеет однородную систему безопасности (security) ,удовлетво-

ряющую спецификациям правительства США и соответствующую стандарту

безопастности В2 .В корпоративной среде критическим приложениям обес-

печивается полностью изолированное окружение .

Распределённая обработка ( distributed processing ) означает ,что Windows

NT имеет встроенные в систему сетевые возможности . Windows NT также

позволяет обеспечить связь с различными типами хост - компьютеров бла-

годаря поддержке разнообразных транспортных протоколов и использова-

нию средств “клиент-сервер” высокого уровня ,включая именованные кана-

лы ,вызовы удалённых процедур (RPC - remote procedure call ) и Windows -

сокеты .

Надёжность и отказоустойчивость (reliability and robustness) обеспечивают-

архитектурными особенностями ,которые защищают прикладные програм-

мы от повреждения друг другом и операционной системой .Windows NT ис-

пользует отказоустойчивую структурированную обработку особых ситуаций

на всех архитектурных уровнях ,которая включает восстанавливаемую фай-

ловую систему NTFS и обеспечивает защиту с помощью встроенной систе-

мы безопасности и усовершенствованных методов управления памятью .

Возможности локализации ( allocation) представляют средства для работы во многих странах мира на национальных языках ,что достигается примене-

нием стандарта ISO Unicod ( разработан международной организацией по

стандартизации ).

Благодаря модульному построению системы обеспечивается расширяе-

мость (insibility) Windows NT ,что ,как будет показано в следующем разде-

ле ,позволяет гибко осуществлять добавление новых модулей на различные

уровни операционной системы .

Архитектурные модули Windiws NT

Как показано на следующем рисунке ,Windows NT представляет из се-

модульную (более совершенную ,чем монолитная )операционную систему ,ко-

торая состоит из отдельных взаимосвязанных относительно простых модулей.

Основными модулями Windows NT являются (перечислены в порядке следова-

ния от нижнего уровня архитектуры к верхнему ) : уровень аппаратных абст-

ракций HAL (Hardware Abstraction Layer ) ,ядро (Kernel ) , исполняющая систе-

-4-

ма (Executive) ,защищенные подсистемы (protected subsystems) и подсистемы

среды (environment subsystems ).

Модульная структура Windows NT

Краткое описание модульной структуры Windows NT представлено да-

лее .Дальнейший материал посвящён детальному рассмотрению каждого из

компонентов Windows NT ,начиная с уровня аппаратных абстракций HAL ,кото-

рый распологается между аппаратными средствами компьютера и остальной

частью операционной системы .

Уровень аппаратных абстракций виртуализирует аппаратные интерфейсы ,

обеспечивая тем самым независимость остальной части операционной сис-

темы от конкретных аппаратных особенностей .Подобный подход позволяет

обеспечить легкую переносимость Windows NT с одной аппаратной плат-

формы на другую .

Ядро является основой модульного строения системы и координирует вы-

-5-

полнение большинства базовых операций Windows NT . Этот компонент

специальным образом оптимизирован по занимаемому объёму и эффек-

тивности функционирования .Ядро отвечает за планирование выполнения

потоков , синхронизацию работы нескольких процессоров , обработку аппа-

ратных прерываний и исключительных ситуаций .

Исполняющая система включает в свой состав набор программных конст-

рукций привилегированного режима ( kernel - mode ) , представляющих ба-

зовый сервис операционной системы подсистемам среды . Исполняющая

система состоит из нескольких компонентов ; каждая из них предназначена

для поддержки определённого системного сервиса . Так , один из компо-

нентов - монитор безопасности (Security Reference Monitor) - функциониру-

ет совместно с защищёнными подсистемами и обеспечивает реализацию

модели безопасности системы .

Подсистемы среды представляют собой защищённые серверы пользова-

тельского режима (user-mode) ,которые обеспечивают выполнение и под-

держку приложений ,разработанных для различного операционного окруже-

ния (различных операционных систем ) . Примером подсистем среды могут

служить подсистемы Win32 и OS/2 .

Уровень аппаратных абстракций

Уровень аппаратных абстракций ( HAL ) представляет собой создавае-

мый производителями аппаратных средств слой программного обеспечения,

который скрывает (или абстрагирует ),особенности и различия аппаратуры от

верхних уровней операционной системы .Таким образом,благодаря обеспечи-

ваемому HALом фильтру ,различные аппаратные средства выглядят аналогич-

но с точки зрения операционной системы ; снимается необходимость специ -

альной поднастройки операционной системы под используемое оборудова -

ние .

При создании уровня аппаратных абстракций ставилась задача подго-

товки процедур ,которые позволяли бы единственному драйверу конкретного

устройства поддерживать функционирование этого устройства для всех

платформ . HAL ориентирован на большое число разновидностей аппаратных

платформ с однопроцессорной архитектурой ; таким образом для каждого из

аппаратных вариантов не требуется отдельной версии операционной сис-

темы .

Процедуры HAL называются как средствами операционной системы

(включая ядро) , так и драйверами устройств .При работе с драйверами уст-

ройств уровень аппаратных абстракций обеспечивает поддержку различных

технологий ввода - вывода (вместо традиционной ориентации на одну аппа-

ратную реализацию или требующей значительных затрат адаптации под каж-

дую новую аппаратную платформу ).

Уровень аппаратных абстракций позволяет также “скрывать” от осталь-

ных уровней операционной системы особенности аппаратной реализации

симметричных мультипроцессорных систем .

Ядро

-6-

Ядро (Kernel) является “сердцем ” Windows NT и работает в тесном

контакте с уровнем аппаратных абстракций . Этот модуль , в первую очередь ,

занимается планированием действий компьютерного процессора . В случае

если компьютер содержит несколько процессоров , ядро синхронизирует их

работу с целью достижения максимальной производительности системы .

Ядро осуществляет диспетчеризацию нитей управления (threads ,иног-

да называются подзадачами ,ответвлениями или потоками ), которые являют-

ся основными объектами в планируемой системе .Нити управления определя-

ются в контексте процесса ;процесс включает адресное пространство , набор

доступных процессу объектов и совокупность выполняемых в контексте про-

цесса нитей управления . Объектами являются управляемые операционной

системой ресурсы .

Ядро производит диспетчеризацию нитей управления таким образом ,

чтобы максимально загрузить процессоры системы и обеспечить первооче-

редную обработку нитей с более высоким приоритетом . ( Всего существует

32 значения приоритета ,которые сгруппированы в два класса приоритетов :

real-time и variable ).Подобный подход позволяет достичь максимальной эф-

фективности операционной системы .

Под компоненты исполняющей системы , такие как диспетчер ввода -

вывода и диспетчер процессов , используют ядро для синхронизации дейст-

вий .Они также взаимодействуют с ядром для более высоких уровней абст-

ракции ,называемых объектами ядра ;некоторые из этих объектов экспорти-

руются внутри пользовательских вызовов интерфейса прикладных программ

(API) .

Ядро управляет двумя типами объектов .

Объекты диспетчеризации (dispatcher objects) характеризуются сигнальным

состоянием ( signaled или nonsignaled ) и управляют диспетчеризацией и

синхронизацией системных операций .Эти объекты включают события , му-

танты ,мутэксы ,семафоры , нити управления и таймеры ( events , mutants ,

mutexes ,semaphores ,threads ,timers ).

Управляющие объекты ( control objects ) используются для операций управ-

ления ядра , но не воздействуют на диспетчеризацию или синхронизацию .

Управляющие объекты включают в себя асинхронные вызовы процедур ,

прерывания ,уведомления и состояния источника питания ,процессы и про-

фили (asynhcronous procedure calls , interupts ,power notifies, power statuses,processes ,profiles).

Исполняющая система Windows NT

Исполняющая система ( Executive ) , в состав которой входит ядро и

уровень аппаратных абстракций HAL , обеспечивает общий сервис системы ,

который могут использовать все подсистемы среды . Каждая группа сервиса

находится под управлением одной из отдельных составляющих исполняющей

системы :

диспетчера объектов (Object Manager)

диспетчера виртуальной памяти (Virtual Memory Manager);

диспетчера процессов (Process Manager)

-7-

средства вызова локальных процедур (Local Procedure Call Facility);

диспетчера ввода - вывода (E/O Maneger);

мониторы безопасности (Security Reference Monitor).

Монитор безопасности совместно с процессором входа в сиситему

( Logon ) и защищёнными подсистемами реализует модель безопасности

Windows NT .

Верхний уровень исполняющей системы называется системным серви-

сом (System Services ) . Показанный на следующем рисунке системный сервис

представляет собой интерфейс между подсистемами среды пользовательско-

го режима и привилегированным режимом .

Диспетчер кэша

Архитектура ввода - вывода содержит единственный диспетчер кэша

(Cache Manager),который осуществляет кэширование для всей системы вво-

да - вывода .Кэширование (Caching) - метод ,используемый файловой систе-

мой для увеличения эффективности .Вместо непосредственной записи и счи-

тывания с диска ,часто используемые файлы временно сохраняются в кэш -

памяти ;таким образом ,работа с этими файлами выполняется в памяти . Опе-

-8-

рации с данными ,находящимися в памяти , производятся значительно быст-

рее операций с данными на диске .

Диспетчер кэша использует модель отображения файла,которая интег-

рированна с диспетчером виртуальной памяти Windows NT .Диспетчер кэша

обеспечивает службу кэширования для всех файловых систем и сетевых ком-

понентов ,функционирующих под управлением диспетчера ввода - вывода. В

зависимости от объёма доступной оперативной памяти диспетчер кэша мо -жет динамически увеличивать или уменьшать размер кэша .Когда процесс

открывает файл ,который уже находился в кэше ,диспетчер кэша просто копи-

рует данные из кэша в виртуальное адресное пространство .

Диспетчер кэша поддерживает службы типа ленивой записи ( lazy

write) и ленивой фиксации (lazy commit), которые могут значительно увеличить

эффективность файловой системы . В процессе ленивой записи изменения

регистрируются в кэше файловой структуры ,обеспечивающем более быстрый

доступ .Позднее ,когда загрузка центрального процессора снижена , диспет-

чер кэша заносит изменения на диск .Ленивая фиксация подобна ленивой за-

писи .Вместо немедленной маркировки транзакции как успешно завершив-

шейся ,переданная информация кэшируется и позднее в фоновом режиме за-

писывается в журнал файловой системы .

Драйверы файловой системы

В архитектуре ввода - вывода Windows NT управление драйверами

файловой системы осуществляет диспетчер ввода - вывода . Windows NT до-

пускает использование множества файловых систем , включая существующие

файловые системы типа FAT . Для обеспечения совместимости снизу вверх

с операционными системами MS-Dos , Windows 3.x и OS/2 , Windows NT под -

держивает файловые системы FAT и HPFS .

Кроме того ,Windows NT также поддерживает NTFS - новую файловую

систему ,разработанную специально для использования с Windows NT . NTFS

обеспечивает множество возможностей , включая средства восстановления

файловой системы , поддержку Unicode ,длинных имён файлов и поддержку

для POSIX .

Архитектура ввода - вывода Windows NT не только поддерживает тра-

диционные файловые системы ,но и обеспечивает функционирование сете-

вого редактора и сервера в качестве драйверов файловой системы . С точки

зрения диспетчера ввода - вывода , нет никакой разницы между работой с

файлом ,сохранённым на удалённом компьютере сети ,и работой с файлом на

локальном жёстком диске . Редиректоры и серверы могут быть загружены и

выгружены динамически ,так же как и любые другие драйверы ;на одном ком-

пьютере может одновременно находиться большое число редиректоров и

серверов .

Сетевые драйверы

Следующим типом драйверов ,присутствующих в качестве компонента

в архитектуре ввода - вывода ,являются сетевые драйверы .Windows NT вклю-

чает интегрированные возможности работы с сетями и поддержку для рас-

пределённых приложений .Как показано на следующем рисунке работа с се-

-9-

тями обеспечивается рядом сетевых драйверов .

Редиректоры и серверы функционируют как драйверы файловой сис-

темы и выполняются на уровне интерфейса поставщика или ниже , где нахо-

дятся NetBIOS и Windows - сокет .

Драйверы транспортного протокола общаются с редиректорами и сер-

верами через уровень , называемый интерфейсом транспортного драйвера

(TDI - Transport Driver Interface). Windows NT включает следующие транспорт-

ные средства :

Протокол управления передачей / межсетевой протокол TCP/IP , который обеспечивает возможность работы с широким диапазоном существующих сетей .

NBF ,потомок расширенного интерфейса пользователя NetBIOS (NetBEUI ) , который обеспечивает совместимость с существующими локальными вы- числительными сетями на базе LAN Manager ,LAN Server и MS-Net .

Управление передачей данных (DLC - Data Link Control) , которое обеспечи-вает интерфейс для доступа к мэйнфрэймам и подключённым к сети прин-терам .

NWLink ,реализация IPX/SPX , обеспечивающая связь с Nowell NetWare .

В нижней части сетевой архитектуры находится драйвер платы сетево-

го адаптера .Windows NT в настоящее время поддерживает драйверы уст-

-10-

ройств ,выполненные в соответствии со спецификацией NDIS (Network Device

Inerface Specification ) версии 3.0 .NDIS предоставляет гибкую среду обмена данными между транспортными протоколами и сетевыми адаптерами .NDIS 3.0 позволяет отдельному компьютеру иметь несколько установленных в нём

плат сетевого адаптера .В свою очередь ,каждая плата сетевого адаптера может поддерживать несколько транспортных протоколов для доступа к раз-

личным типам сетевых станций .

Модель безопасности Windows NT

Модель безопасности Windows NT представлена монитором безопас-

ности (Security Reference Monitor),а также двумя другими компонентами : про-

цессором входа в систему (Logon Process) и безопасными защищёнными под-

системами .

В многозадачной операционной системе , каковой является Windows NT приложения совместно используют ряд ресурсов системы ,включая память

компьютера ,устройства ввода - вывода ,файлы и процессор(ы) системы. Windows NT включает набор компонентов безопасности ,которые гарантируют,

что приложения не смогут обратиться к этим ресурсам без соответствующего разрешения .

Монитор безопасности отвечает за проведение в жизнь политики проверки правильности доступа и контроля ,определённой локальной подсистемой безопасности .Монитор безопасности обеспечивает услуги по подтверждению доступа к объектам ,проверке привилегий пользователя и ге- нерации сообщений как для привилегированного режима ,так и для режима пользователя .Монитор безопасности ,подобно другим частям операционной системы ,выполняется в привилегированном режиме .

Процесс входа в систему в Windows NT предусматривает обязатель- ный вход в систему безопасности для идентификации пользователя .Каждый пользователь должен иметь бюджет и должен использовать пароль для обра- щения к этому бюджету .

Прежде чем пользователь сможет обратиться к любому ресурсу компьюте- ра с Windows NT ,он должен войти в систему через процесс входа в систему для того ,чтобы подсистема безопасности могла распознать имя пользовате- ля и пароль .Только после успешного установления подлинности монитор без-опасности выполняет процедуру проверки правильности доступа для опреде-ления права пользователя на обращение к этому объекту .

Защищённость ресурсов - одна из особенностей ,предоставляемая моделью безопасности .Задачи не могут обращаться к чужим ресурсам (типа памяти) иначе ,чем через применение специальных механизмов совместного использования .

Windows NT также предоставляет средства контроля ,которые позво- ляют администратору фиксировать действия пользователей .

Итоги

Подводя итоги всему вышеописанному хочу сказать ,что это только маленькая часть всех возможностей , которые заложены в Windows NT .Хочу

-11-

кратко перечислить достоинства Windows NT :

Это современная ОС ,отвечающая требованиям современной аппаратуры !

Это прекрасно совместимая с другими ОС !

Это многозадачная (мультизадачная) ОС !

Это хорошо защищённая ОС !

И это удобная и надёжная ОС !

Для составления реферата я пользовался материалами еженедельника ComputerWeek Moscow и материалами книги “Ресурсы Windows NT” издатель-ства “BHV - Санкт-Петербург”.