Реферат на тему:
Windows NT - OC нового покоління!
-1 -
На даний момент світова комп'ютерна індустрія розвивається дуже стрімко. Продуктивність систем зростає, а слідчий-
але зростають можливості обробки великих обсягів даних.
Операційні системи класу MS-DOSа вже не справляються з таким
потоком даних і не можуть цілком використовувати ресурси сучасних ком-
п'ютер. Тому останнім часом відбувається перехід на більш потужні
і найбільш досконалі операційні системи класу UNIX, прикладом ко-
торих і є Windows NT, випущена корпорацією Microsoft.
Перш ніж почати говорити про Windows NT я хотів би запропонувати
статтю з тижневика ComputerWeek Moscow від 1-7 лютого 1996, кото-
раю висловлює думку виробників комп'ютерних систем з питання про
перспективності Windows NT:
"Виробники комп'ютерів покладають
великі надії на NT.
Виробники готові обрушити на ринок лавину робочих станцій і серверів з попередньо встановленими Windows NT і Gibraltar, новим
серверним ПЗ для Internet. Microsoft не публікує дані про інстальований-
ної базі NT, проте стверджує, що більше 40 компаній збираються викорис-
вувати NT Workstation в якості ОС більш ніж на 10.000 ПК. До того ж, за
даними декількох консалтингових фірм, на місяць продається більш 30.000
копій ОС NT Server. Ці цифри змушують замислитися про те, як би не
спізнитися.
"Безперечно, NT - це удача Microsoft", - вважає Маріса Хейнс, на-
чалнік відділу маркетингу продуктів MIPS - NT компанії NEC Technologies.
Ось чому Compaq, Dell, Gateway 2000, NEC, NetFrame та інші виробляй-
ки комп'ютерів представляють нові NT - системи.
11 грудня NEC перейшла в наступ одночасно на ринку сер-
веров і настільних комп'ютерів, випустивши RISC server 2250 і RISC station
2250. Вартість систем - від 5500 до 23500 US $, їх конфігурація може
включати в себе два мікропроцесора Mips R4400 з тактовою частотою 250
МГц. RISC station компанії NEC має вбудовані засоби обробки трьох-
мірних графічних додатків, написаних на OpenGL, і призначаються
для застосування в області САПР і мультимедіа - додатків. RISC server,
визначається як комунікаційний сервер загального призначення, підтримай-
вають пакет Microsoft BackOffice.
У промислових колах говорять, що NEC готує ще ряд серверів
з встановленим ПО Gibraltar, які вона збирається випустити на ринок у
початку цього року. "Скоро ми дізнаємося детальніше про ці плани", - упевнена
Хейнс.
Компанія NetFrame послідувала прикладу NEC і закинула NetWare.
Вона тільки що приступила до випуску Cluster Server 8500 - чотириканального
багатопроцесорного сервера з високою отказоустойчивостью. Його мінімальний
ва ціна - 31900 US $.
-2 -
"Ходить багато розмов про відмовостійких NT - серверах, але се-
годні тільки ми поставляємо такі системи ", - заявив Кевін Кін, начальник
відділу маркетингу продукції компанії NetFrame.
Принаймні один реселлер NetFrame - корпорація Lantec - з ен-
тузіазмом очікує нові сервери. "У нас багато контрактів на NT, - гово-
рит Джеррі Бив, провідний інженер сервісної служби Lantec, - NetFrame по-
може нам частково задовольнити ці замовлення ".
Тим часом Compaq, Dell і Getway готують NT - сервери на базі
мікропроцесорів Pentium Pro компанії Intel. Очікується, що NT стане ве-
дущей ОС для Pentium Pro, оскільки Windows 95 містить 16 - ти розрядний
код і працює на Pentium Pro не так швидко, як повністю 32-ух розрядна NT. У 1996 році обсяг продажів NT буде наростати, швидше за все, як сніжний
кім. "
Далі я постараюся найбільш коротко розповісти про внутрішнє уст-
ройства Windows NT і про взаємодію її внутрішніх модулів.
Коли користувач вперше бачить операційну систему Microsoft
Windows NT, йому в очі кидається виразне зовнішню схожість з полюбивши-
шімся інтерфейсом системи Windows 3.x. Однак це видиме схожість яв-
ляется лише незначною частиною Windows NT.
Windows NT є 32-ух розрядної операційною системою з при-
пріоритетності багатозадачністю. В якості фундаментальних компонентів у
складу операційної системи входять засоби забезпечення безпеки і
розвинений мережевий сервіс. Windows NT також забезпечує сумісність з
багатьма іншими операційними і файловими системами, а також з мережами.
Windows NT здатна функціонувати як на комп'ютерах, оснащених
CISC - процесорами зі складною системою команд (complex instruction set
computing), так і на комп'ютерах з RISC - процесорами, що мають відомі в НАТО
щенний набір інструкцій (reduced instruction set computing). Операційна
система Windows NT також підтримує високопродуктивні системи з
мультипроцессорной конфігурацією.
Знайомим в Windows NT є тільки зовнішній вигляд. За графічною-
ким для користувача інтерфейсом ховаються потужні можливості. При-
водячи оглядові відомості за складовими Windows NT компонентів я поста-
раюсь більш детально розглянути деякі з них.
Завдання, поставлені при створенні Windows NT
Система Windows NT не є подальшим розвитком раніше сущес-
твовал продуктів. Її архітектура створювалася з нуля з урахуванням пред'яв-
неушкодженої до сучасної операційній системі вимог. Особливості но-
вої системи, розробленої на основі цих вимог, перераховані нижче.
Прагнучи забезпечити сумісність (compatible) нової операційної сис-
теми, розробники Windows NT зберегли звичний інтерфеіс Windows
і реалізували підтримку існуючих файлових систем (таких, як FAT)
і різних додатків (написаних для MS - Dos, OS / 2 1.x, Windows 3.x і
POSIX). Розробники також включили до складу Windows NT кошти робо-
-3 -
ти з різними мережевими засобами.
Досягнуто переносимість (portability) системи, яка може тепер ра-
ботати як на CISC, так і на RISC - процесорах. До CISC відносяться Intel -
сумісні процесори 80386 і вище; RISC представлені системами з
процесорами MIPS R4000, Digital Alpha AXP і Pentium серії P54 і вище.
Масштабованість (scalability) означає, що Windows NT не прив'язана до
однопроцесорній архітектурі комп'ютерів, а здатна повністю вико-
ристовувати можливості, що надаються симетричними мультіпроцес-
бур'янистими системами. В даний час Windows NT може функціонувати
ти на комп'ютерах з числом процесорів від 1 до 32. Крім того, у разі по-
чаї ускладнення стоять перед користувачами завдань і розширення пред-
є до комп'ютерної середовищі вимог, Windows NT дозволяє легко
додавати більш потужні і продуктивні сервери і робочі станції
до корпоративної мережі. Додаткові переваги дає використання
єдиного середовища розробки і для серверів, і для робочих станцій.
Windows NT має однорідну систему безпеки (security), задовольнив
ряющую специфікаціям уряду США і відповідну стандарту
безпеки В2. У корпоративному середовищі критичним додаткам забезпе-
чується повністю ізольоване оточення.
Розподілена обробка (distributed processing) означає, що Windows
NT має вбудовані в систему мережні можливості. Windows NT також
дозволяє забезпечити зв'язок з різними типами хост - комп'ютерів бла-
годаря підтримці різноманітних транспортних протоколів і використан-
нію засобів "клієнт-сервер" високого рівня, включаючи іменовані кана-
ли, виклики віддалених процедур (RPC - remote procedure call) і Windows -
сокети.
Надійність і відмовостійкість (reliability and robustness) забезпечують-
архітектурними особливостями, які захищають прикладні програм-
ми від пошкодження один одним і операційною системою. Windows NT ис-
помагає відмовостійку структуровану обробку особливих ситуацій
на всіх архітектурних рівнях, яка включає відновлювану фай-
ловую систему NTFS і забезпечує захист за допомогою вбудованої систе-
ми безпеки і вдосконалених методів управління пам'яттю.
Можливості локалізації (allocation) представляють засоби для роботи в багатьох країнах світу на національних мовах, що досягається застосований-
ням стандарту ISO Unicod (розроблений міжнародною організацією по
стандартизації).
Завдяки модульній побудові системи забезпечується розширює-
тість (insibility) Windows NT, що, як буде показано в наступному поділу-
ле, дозволяє гнучко здійснювати додавання нових модулів на різні
рівні операційної системи.
Архітектурні модулі Windiws NT
Як показано на наступному малюнку, Windows NT представляє з се-
модульну (більш досконалу, ніж монолітна) операційну систему, ко-
торая складається з окремих взаємопов'язаних порівняно простих модулів.
Основними модулями Windows NT є (перелічені в порядку слідові-
ня від нижнього рівня архітектури до верхнього): рівень апаратних абст-
РАКЦ HAL (Hardware Abstraction Layer), ядро (Kernel), виконуюча систе-
-4 -
ма (Executive), захищені підсистеми (protected subsystems) і підсистеми
середовища (environment subsystems).
Модульна структура Windows NT
Короткий опис модульної структури Windows NT представлено да-
ше. Подальший матеріал присвячено детальному розгляду кожного з
компонентів Windows NT, починаючи з рівня апаратних абстракцій HAL, кото-
рий распологается між апаратними засобами комп'ютера і решті
частиною операційної системи.
Рівень апаратних абстракцій віртуалізує апаратні інтерфейси,
забезпечуючи тим самим незалежність іншої частини операційної сис-
теми від конкретних апаратних особливостей. Подібний підхід дозволяє
забезпечити легку переносимість Windows NT з однієї апаратної плат-
форми на іншу.
Ядро є основою модульної будови системи і координує ви-
-5 -
конання більшості базових операцій Windows NT. Цей компонент
спеціальним чином оптимізовано за займаним обсягом і ефекти-
тивності функціонування. Ядро відповідає за планування виконання
потоків, синхронізацію роботи кількох процесорів, обробку апарат-
ратних переривань і виняткових ситуацій.
Виконавча система включає до свого складу набір програмних конст-
рукцій привілейованого режиму (kernel - mode), що представляють ба-
зовий сервіс операційної системи підсистемам середовища. Виконуюча
система складається з кількох компонентів, кожна з них призначена
для підтримки певного системного сервісу. Так, один з компо-
нентів - монітор безпеки (Security Reference Monitor) - функціонує-
ет спільно із захищеними підсистемами і забезпечує реалізацію
моделі безпеки системи.
Підсистеми середовища являють собою захищені сервери корис-
нізації режиму (user-mode), які забезпечують виконання і під-
радити додатків, розроблених для різного операційного оточення
ня (різних операційних систем). Прикладом підсистем середовища можуть
служити підсистеми Win32 і OS / 2.
Рівень апаратних абстракцій
Рівень апаратних абстракцій (HAL) являє собою создавае-
ний виробниками апаратних засобів шар програмного забезпечення,
який приховує (або абстрагує), особливості та відмінності апаратури від
верхніх рівнів операційної системи. Таким чином, завдяки забезпечують-
ваемого HALом фільтру, різні апаратні засоби виглядають аналогічне
але з точки зору операційної системи; знімається необхідність спеці -
альної поднастройкі операційної системи під використовуване обладнання -
ня.
При створенні рівня апаратних абстракцій ставилося завдання підго-
товки процедур, які дозволяли б єдиному драйверу конкретного
пристрою підтримувати функціонування цього пристрою для всіх
платформ. HAL орієнтований на велику кількість різновидів апаратних
платформ з однопроцесорній архітектурою; таким чином для кожного з
апаратних варіантів не потрібно окремої версії операційної сис-
теми.
Процедури HAL називаються як засобами операційної системи
(Включаючи ядро), так і драйверами пристроїв. При роботі з драйверами уст-
ройств рівень апаратних абстракцій забезпечує підтримку різних
технологій введення - виведення (замість традиційної орієнтації на одну апарат-
ратну реалізацію або потребує значних витрат адаптації під каж-
дую нову апаратну платформу).
Рівень апаратних абстракцій дозволяє також "приховувати" від решти
них рівнів операційної системи особливості апаратної реалізації
симетричних мультипроцесорних систем.
Ядро
-6 -
Ядро (Kernel) є "серцем" Windows NT і працює в тісному
контакті з рівнем апаратних абстракцій. Цей модуль, в першу чергу,
займається плануванням дій комп'ютерного процесора. У випадку
якщо комп'ютер містить кілька процесорів, ядро синхронізує їх
роботу з метою досягнення максимальної продуктивності системи.
Ядро здійснює диспетчеризацію ниток управління (threads, иног-
так називаються підзадачі, відгалуженнями або потоками), які являють-
ся основними об'єктами у планованій системі. Нитки управління визначаються-
ються в контексті процесу; процес включає адресний простір, набір
доступних процесу об'єктів і сукупність виконуваних у контексті про-
процесу ниток управління. Об'єктами є керовані операційною
системою ресурси.
Ядро виробляє диспетчеризацію ниток управління таким чином,
щоб максимально завантажити процесори системи і забезпечити першочергових-
редньо обробку ниток з більш високим пріоритетом. (Всього існує
32 значення пріоритету, які згруповані у два класи пріоритетів:
real-time і variable). Подібний підхід дозволяє досягти максимальної ефек-
бництва операційної системи.
Під компоненти виконуючою системи, такі як диспетчер введення -
виводу і диспетчер процесів, використовують ядро для синхронізації дію-
вий. Вони також взаємодіють з ядром для більш високих рівнів абст-
ракции, званих об'єктами ядра; деякі з цих об'єктів експорту-
ються всередині користувальницьких викликів інтерфейсу прикладних програм
(API).
Ядро керує двома типами об'єктів.
Об'єкти диспетчеризації (dispatcher objects) характеризуються сигнальним
станом (signaled або nonsignaled) і керують диспетчеризацією і
синхронізацією системних операцій. Ці об'єкти включають події, му-
танто, мутекси, семафори, нитки управління й таймери (events, mutants,
mutexes, semaphores, threads, timers).
Керуючі об'єкти (control objects) використовуються для операцій управ-
лення ядра, але не впливають на диспетчеризацію або синхронізацію.
Керуючі об'єкти включають в себе асинхронні виклики процедур,
переривання, повідомлення та стану джерела живлення, процеси і про-
філи (asynhcronous procedure calls, interupts, power notifies, power statuses, processes, profiles).
Виконавча система Windows NT
Виконавча система (Executive), до складу якої входить ядро і
рівень апаратних абстракцій HAL, забезпечує загальний сервіс системи,
який можуть використовувати всі підсистеми середовища. Кожна група сервісу
знаходиться під управлінням однієї з окремих складових виконуючою
системи:
диспетчера об'єктів (Object Manager)
диспетчера віртуальної пам'яті (Virtual Memory Manager);
диспетчера процесів (Process Manager)
-7 -
кошти виклику локальних процедур (Local Procedure Call Facility);
диспетчера введення - виведення (E / O Maneger);
монітори безпеки (Security Reference Monitor).
Монітор безпеки спільно з процесором входу у сиситему
(Logon) і захищеними підсистемами реалізує модель безпеки
Windows NT.
Верхній рівень виконуючою системи називається системним сервісних апартаментів-
сом (System Services). Показаний на наступному малюнку системний сервіс
представляє собою інтерфейс між підсистемами середовища для користувача-
го режиму і привілейованим режимом.
Диспетчер кеша
Архітектура введення - виведення містить єдиний диспетчер кеша
(Cache Manager), який здійснює кешування для всієї системи вво-
так - виводу. Кешування (Caching) - метод, використовуваний файловою систе-
мій для збільшення ефективності. Замість безпосередній запису і вва-
згортання з диска, часто використовувані файли тимчасово зберігаються в кеш -
пам'яті; таким чином, робота з цими файлами виконується в пам'яті. Опе-
-8 -
рації з даними, що знаходяться в пам'яті, виробляються значно швид-
реї операцій з даними на диску.
Диспетчер кеша використовує модель відображення файлу, яка інтег-
рірованна з диспетчером віртуальної пам'яті Windows NT. Диспетчер кеша
забезпечує службу кешування для всіх файлових систем і мережних ком-
компонентів, що функціонують під управлінням диспетчера введення - виведення. У
Залежно від обсягу доступної оперативної пам'яті диспетчер кеша мо-жет динамічно збільшувати або зменшувати розмір кеша. Коли процес
відкриває файл, який вже знаходився в кеші, диспетчер кеша просто копі-
рілої дані з кеша у віртуальний адресний простір.
Диспетчер кеша підтримує служби типу ледачою запису (lazy
write) і лінивої фіксації (lazy commit), які можуть значно збільшити
ефективність файлової системи. У процесі ледачою запису зміни
реєструються в кеші файлової структури, що забезпечує більш швидкий
доступ. Пізніше, коли завантаження центрального процесора знижена, діспет-
чер кеша заносить зміни на диск. Ледача фіксація подібна ледачою за-
писи. Замість негайної маркування транзакції як успішно завершивши-
чої, передана інформація кешується і пізніше у фоновому режимі за-
підписується в журнал файлової системи.
Драйвери файлової системи
В архітектурі введення - виведення Windows NT управління драйверами
файлової системи здійснює диспетчер введення - виведення. Windows NT до-
пускає використання безлічі файлових систем, включаючи існуючі
файлові системи типу FAT. Для забезпечення сумісності знизу вгору
з операційними системами MS-Dos, Windows 3.x і OS / 2, Windows NT під -
витримують файлові системи FAT і HPFS.
Крім того, Windows NT також підтримує NTFS - нову файлову
систему, розроблену спеціально для використання з Windows NT. NTFS
забезпечує безліч можливостей, включаючи засоби відновлення
файлової системи, підтримку Unicode, довгих імен файлів і підтримку
для POSIX.
Архітектура введення - виведення Windows NT не тільки підтримує тра-
ний файлові системи, але і забезпечує функціонування сеті-
вого редактора та сервера в якості драйверів файлової системи. З точки
зору диспетчера введення - виведення, немає ніякої різниці між роботою з
файлом, збереженим на віддаленому комп'ютері мережі, і роботою з файлом на
локальному жорсткому диску. Редиректори і сервери можуть бути завантажені і
вивантажені динамічно, так само як і будь-які інші драйвери, на одному ком-
пьютере може одночасно знаходитися велика кількість редиректоров і
серверів.
Мережеві драйвери
Наступним типом драйверів, присутніх в якості компонента
в архітектурі введення - виведення, є мережні драйвери. Windows NT вклю-
чає інтегровані можливості роботи з мережами й підтримку для рас-
прерозподіл додатків. Як показано на наступному малюнку робота з се-
-9 -
тями забезпечується низкою мережевих драйверів.
Редиректори і сервери функціонують як драйвери файлової сис-
теми і виконуються на рівні інтерфейсу постачальника або нижче, де знахо-
дяться NetBIOS і Windows - сокет.
Драйвери транспортного протоколу спілкуються з редиректора і сер-
вірами через рівень, званий інтерфейсом транспортного драйвера
(TDI - Transport Driver Interface). Windows NT включає наступні транспорт-
ні засоби:
Протокол управління передачею / міжмережевий протокол TCP / IP, який забезпечує можливість роботи із широким діапазоном існуючих мереж.
NBF, нащадок розширеного інтерфейсу користувача NetBIOS (NetBEUI), який забезпечує сумісність з існуючими локальними ви-числівниками мережами на базі LAN Manager, LAN Server і MS-Net.
Управління передачею даних (DLC - Data Link Control), яке забезпечують-ється інтерфейс для доступу до мейнфреймам і підключеним до мережі прин-Терамо.
NWLink, реалізація IPX / SPX, яка забезпечує зв'язок з Nowell NetWare.
У нижній частині мережної архітектури знаходиться драйвер плати мережно-
го адаптера. Windows NT в даний час підтримує драйвери уст-
-10 -
ройств, виконані у відповідності зі специфікацією NDIS (Network Device
Inerface Specification) версії 3.0. NDIS надає гнучке середовище обміну даними між транспортними протоколами і мережними адаптерами. NDIS 3.0 дозволяє окремому комп'ютеру мати кілька встановлених у ньому
плат мережного адаптера. У свою чергу, кожна плата мережного адаптера може підтримувати кілька транспортних протоколів для доступу до раз-
особистим типам мережних станцій.
Модель безпеки Windows NT
Модель безпеки Windows NT представлена монітором безпеки
ності (Security Reference Monitor), а також двома іншими компонентами: про-
процесором входу в систему (Logon Process) і безпечними захищеними під-
системами.
У багатозадачній операційній системі, якою є Windows NT програми спільно використовують ряд ресурсів системи, включаючи пам'ять
комп'ютера, пристрої введення - виведення, файли й процесор (и) системи. Windows NT включає набір компонентів безпеки, які гарантують,
що додатки не зможуть звернутися до цих ресурсів без відповідного дозволу.
Монітор безпеки відповідає за проведення в життя політики перевірки правильності доступу й контролю, визначеної локальною підсистемою безпеки. Монітор безпеки забезпечує послуги з підтвердження доступу до об'єктів, перевірці привілеїв користувача і ге-нераціі повідомлень як для привілейованого режиму, так і для режиму користувача. Монітор безпеки , подібно іншим частинам операційної системи, виконується в привілейованому режимі.
Процес входу в систему в Windows NT передбачає обов'язковий-ний вхід у систему безпеки для ідентифікації користувача. Кожен користувач повинен мати бюджет і повинен використовувати пароль для обра-домлення до цього бюджету.
Перш ніж користувач зможе звернутися до будь-якого ресурсу компьюте-ра з Windows NT, він повинен увійти в систему через процес входу в систему для того, щоб підсистема безпеки могла розпізнати ім'я корис-ля і пароль. Тільки після успішного встановлення автентичності монітор без-небезпеки виконує процедуру перевірки правильності доступу для визна-чення права користувача на звертання до цього об'єкта.
Захищеність ресурсів - одна з особливостей, що надається моделлю безпеки. Завдання не можуть звертатися до чужих ресурсів (типу пам'яті) інакше, ніж через застосування спеціальних механізмів спільного використання.
Windows NT також надає засоби контролю, які дозволили-ляють адміністратору фіксувати дії користувачів.
Підсумки
Підводячи підсумки всьому вищеописаному хочу сказати, що це тільки маленька частина всіх можливостей, які закладені в Windows NT. Хочу
-11 -
коротко перерахувати гідності Windows NT:
Це сучасна ОС, що відповідає вимогам сучасної апаратури!
Це прекрасно сумісна з іншими ОС!
Це багатозадачна (мультизадачная) ОС!
Це добре захищена ОС!
І це зручна і надійна ОС!
Для складання реферату я користувався матеріалами тижневика ComputerWeek Moscow і матеріалами книги "Ресурси Windows NT" видавець-ства "BHV - Санкт-Петербург".