Реферат: Windows NT - ОС нового поколения
Рефератна тему :
Windows NT-OC нового поколения!
-1-
Наданный моментмировая компьютернаяиндустрияразвиваетсяочень стремительно.Производительностьсистем возрастает, а следователь-
новозрастаютвозможностиобработкибольших объёмовданных .
Операционныесистемы классаMS-DOSа уже не справляютсяс таким
потокомданных и немогут целикомиспользоватьресурсы современныхком-
пьютеров.Поэтому в последнеевремя происходитпереход наболее мощные
инаиболее совершенныеоперационныесистемы классаUNIX, примером ко-
торыхи являетсяWindows NT, выпущеннаякорпорациейMicrosoft .
Преждечем начать говорить о Windows NT я хотел быпредложить
статьюиз еженедельника ComputerWeek Moscow от 1-7 февраля1996, кото-
раявыражает мнение производителей компьютерных систем по вопросуо
перспективностиWindows NT :
“Производителикомпьютероввозлагаютбольшиенадежды на NT .Производителиготовы обрушить на рынок лавину рабочих станцийи серверов спредварительно установленнымиWindows NT и Gibraltar, новым
сервернымПО для Internet. Microsoft непубликуетданные обинсталирован-
нойбазе NT, однакоутверждает, что более 40компаний собираютсяисполь-
зоватьNT Workstation в качестве ОС более чемна 10.000 ПК.К томуже, по
даннымнесколькихконсалтинговых фирм, в месяцпродаётся более30.000
копийОС NT Server.Эти цифры заставляют задуматься о том, как бы не
опоздать.
“Спорунет ,NT — это удача Microsoft “, — считаетМариса Хейнс, на-
чалникотдела маркетингапродуктов MIPS- NT компании NECTechnologies .
Вотпочему Compaq, Dell ,Gateway2000 ,NEC ,NetFrame и другиепроизводи-
теликомпьютеровпредставляютновые NT — системы.
11декабря NEC перешлав наступлениеодновременнона рынке сер-
верови настольныхкомпьютеров, выпустив RISC server 2250 и RISC station
2250.Стоимостьсистем — от 5500 до23500 US$, их конфигурация может
включатьв себя двамикропроцессора Mips R4400 с тактовойчастотой 250
Мгц.RISC station компанииNEC имеет встроенныесредства обработкитрёх-
мерныхграфическихприложений, написанныхна OpenGL, и предназначаются
дляпримененияв области САПР и мультимедиа- приложений. RISC server ,
определяемыйкак коммуникационныйсервер общегоназначения, поддержи-
ваютпакет Microsoft BackOffice .
Впромышленныхкругах говорят, что NEC готовитещё ряд серверов
сустановленнымПО Gibraltar, которыеона собираетсявыпустить нарынок в
началеэтого года.”Скоро мы подробнееузнаем об этихпланах “, — уверена
Хейнс.
КомпанияNetFrame последовалапримеру NEC изабросилаNetWare .
Она толькочто приступилак выпуску ClusterServer 8500 — четырёхканального
многопроцессорногосервера с высокойотказоустойчивостью.Его минималь-
ная цена- 31900 US$ .
-2-
“Ходит много разговоровоб отказоустойчивых NT — серверах, носе-
годнятолько мы поставляемтакие системы“, — заявил Кевин Кин, начальник
отделамаркетингапродукциикомпании NetFrame .
По крайнеймере один реселлерNetFrame — корпорацияLantec — с эн-
тузиазмоможидает новыесерверы .” У нас много контрактовна NT, — гово-
рит ДжерриБил, ведущийинженер сервиснойслужбы Lantec, — NetFrame по-
можетнам частичноудовлетворитьэти заказы “.
Темвременем Compaq ,Dellи Getway готовят NT- серверы на базе
микропроцессоровPentium Pro компанииIntel.Ожидается, что NT станет ве-
дущейОС для Pentium Pro, посколькуWindows 95 содержит16- ти разрядный
код иработает наPentium Pro не так быстро, как полностью32-ух разряднаяNT.В 1996 году объёмпродаж NT будетнарастать, скорее всего, как снежный
ком. “
Далеея постараюсь наиболее кратко рассказать о внутреннем уст-
ройствеWindows NT и о взаимодействиееё внутреннихмодулей .
Когдапользовательвпервые видит операционную систему Microsoft
WindowsNT, ему в глазабросаетсяотчётливоевнешнее сходствос полюбив-
шимсяинтерфейсомсистемы Windows 3.x.Однакоэто видимое сходство яв-
ляетсялишь незначительнойчастью Windows NT .
WindowsNT является 32-ухразрядной операционнойсистемой с при-
оритетной многозадачностью. В качествефундаментальных компонентов в
составоперационнойсистемы входят средства обеспечения безопасностии
развитыйсетевой сервис.Windows NT также обеспечиваетсовместимость со
многимидругими операционнымии файловымисистемами, атакже с сетями.
Windows NT способна функционировать как на компьютерах, оснащенных
CISC- процессорамисо сложной системой команд( complex instruction set
computing), так и на компьютерахс RISC — процессорами, имеющими сокра-
щённыйнабор инструкций( reduced instruction set computing ). Операционная
системаWindows NT также поддерживаетвысокопроизводительныесистемы с
мультипроцессорнойконфигурацией.
Знакомымв Windows NT являетсятолько внешнийоблик.За графичес-
кимпользовательскиминтерфейсомскрываютсямощные возможности. При-
водяобзорные сведенияпо составляющимWindows NT компонентамя поста-
раюсьболее детальнорассмотретьнекоторые изних .
Задачи, поставленныепри созданииWindows NTСистемаWindows NT не являетсядальнейшимразвитием ранеесущес-
твовавшихпродуктов. Еёархитектурасоздаваласьс нуля с учётом предъяв-
ляемыхк современнойоперационнойсистеме требований. Особенности но-
войсистемы, разработаннойна основе этихтребований, перечисленыниже .
Стремясь обеспечить совместимость (compatible) новой операционной сис-
темы, разработчикиWindows NT сохранилипривычныйинтерфеисWindows
иреализовалиподдержкусуществующихфайловых систем(таких, как FAT )
иразличныхприложений(написанныхдля MS — Dos ,OS/2 1.x ,Windows 3.x и
POSIX).Разработчикитакже включилив состав Windows NTсредства рабо-
-3-
тыс различнымисетевыми средствами.
Достигнута переносимость (portability) системы, которая может теперь ра-
ботатькак на CISC, так ина RISC — процессорах.К CISC относятся Intel -
совместимыепроцессоры80386 и выше ;RISC представлены системами с
процессорамиMIPS R4000, Digital Alpha AXP и Pentium серииP54 и выше .
Масштабируемость (scalability) означает, что Windows NT не привязана к
однопроцессорнойархитектурекомпьютеров, а способнаполностью испо-
льзовать возможности, предоставляемые симметричными мультипроцес-
сорнымисистемами.Внастоящее времяWindows NT может функциониро-
ватьна компьютерахс числом процессоровот 1 до 32. Крометого, в слу-
чаеусложнениястоящих передпользователямизадач и расширенияпредъ-
являемыхк компьютернойсреде требований,Windows NT позволяет легко
добавлятьболее мощныеи производительныесерверы и рабочии станции
ккорпоративнойсети.Дополнительныепреимуществадаёт использование
единойсреды разработкии для серверов, и для рабочихстанций .
Windows NT имеет однородную систему безопасности (security), удовлетво-
ряющуюспецификациямправительстваСША и соответствующуюстандарту
безопастностиВ2.В корпоративнойсреде критическимприложениямобес-
печиваетсяполностьюизолированноеокружение .
Распределённая обработка ( distributed processing ) означает, что Windows
NTимеет встроенныев систему сетевыевозможности. Windows NT также
позволяетобеспечитьсвязь с различнымитипами хост- компьютеров бла-
годаряподдержкеразнообразныхтранспортныхпротоколови использова-
ниюсредств “клиент-сервер”высокого уровня, включая именованныекана-
лы, вызовы удалённыхпроцедур (RPC — remote procedure call ) и Windows —
сокеты.
Надёжность и отказоустойчивость (reliability and robustness) обеспечивают-
архитектурнымиособенностями, которые защищают прикладные програм-
мыот повреждениядруг другоми операционнойсистемой .Windows NTис-
пользуетотказоустойчивуюструктурированнуюобработкуособых ситуаций
навсех архитектурныхуровнях, котораявключает восстанавливаемуюфай-
ловуюсистему NTFS иобеспечиваетзащиту с помощьювстроеннойсисте-
мыбезопасностии усовершенствованныхметодов управленияпамятью .
Возможности локализации ( allocation) представляют средства для работы во многих странах мира на национальных языках, что достигается примене-
ниемстандарта ISOUnicod ( разработан международной организацией по
стандартизации).
Благодаря модульному построению системы обеспечивается расширяе-
мость(insibility)Windows NT, что, как будетпоказано в следующем разде-
ле, позволяетгибко осуществлятьдобавлениеновых модулейна различные
уровниоперационнойсистемы .
Архитектурныемодули Windiws NT
Какпоказано наследующемрисунке ,Windows NTпредставляет из се-
модульную(более совершенную, чем монолитная)операционнуюсистему, ко-
тораясостоит изотдельныхвзаимосвязанныхотносительнопростых модулей.
Основнымимодулями Windows NTявляются (перечисленыв порядке следова-
нияот нижнегоуровня архитектурык верхнему ): уровень аппаратных абст-
ракцийHAL (Hardware Abstraction Layer ), ядро(Kernel ), исполняющая систе-
-4-
ма(Executive), защищенныеподсистемы(protected subsystems) и подсистемы
среды(environment subsystems ).
МодульнаяструктураWindows NT
/>
Краткоеописание модульнойструктурыWindows NT представлено да-
лее.Дальнейшийматериал посвящёндетальному рассмотрению каждого из
компонентовWindows NT, начиная суровня аппаратныхабстракцийHAL, кото-
рыйраспологаетсямежду аппаратнымисредствами компьютераи остальной
частьюоперационнойсистемы .
Уровень аппаратных абстракций виртуализирует аппаратные интерфейсы ,
обеспечиваятем самымнезависимостьостальной частиоперационнойсис-
темыот конкретныхаппаратныхособенностей.Подобный подходпозволяет
обеспечитьлегкую переносимостьWindows NT с одной аппаратной плат-
формына другую .
Ядро является основой модульного строения системы и координирует вы-
-5-
полнениебольшинства базовых операций Windows NT. Этот компонент
специальнымобразом оптимизированпо занимаемому объёму и эффек-
тивностифункционирования.Ядро отвечаетза планирование выполнения
потоков, синхронизациюработы несколькихпроцессоров, обработкуаппа-
ратныхпрерыванийи исключительныхситуаций .
Исполняющая система включает в свой состав набор программных конст-
рукцийпривилегированногорежима ( kernel — mode ), представляющих ба-
зовыйсервис операционной системы подсистемам среды. Исполняющая
системасостоит изнесколькихкомпонентов; каждая из них предназначена
дляподдержкиопределённогосистемного сервиса. Так, один из компо-
нентов- монитор безопасности(Security Reference Monitor) — функциониру-
ет совместнос защищёнными подсистемами и обеспечивает реализацию
моделибезопасностисистемы .
Подсистемы среды представляют собой защищённые серверы пользова-
тельскогорежима (user-mode), которыеобеспечиваютвыполнениеи под-
держкуприложений, разработанныхдля различногооперационногоокруже-
ния(различныхоперационныхсистем ). Примеромподсистем средымогут
служитьподсистемыWin32 и OS/2 .
Уровеньаппаратныхабстракций
Уровеньаппаратныхабстракций( HAL ) представляетсобой создавае-
мыйпроизводителямиаппаратныхсредств слой программногообеспечения,
которыйскрывает (илиабстрагирует), особенностии различияаппаратурыот
верхнихуровней операционнойсистемы.Такимобразом, благодаряобеспечи-
ваемомуHALом фильтру, различныеаппаратныесредства выглядятаналогич-
но с точкизрения операционнойсистемы; снимаетсянеобходимостьспеци -
альнойподнастройкиоперационнойсистемы под используемоеоборудова -
ние .
Присоздании уровняаппаратныхабстракцийставилась задача подго-
товкипроцедур, которыепозволяли быединственномудрайверу конкретного
устройства поддерживать функционирование этого устройства для всех
платформ. HAL ориентированна большоечисло разновидностейаппаратных
платформс однопроцессорнойархитектурой; таким образомдля каждогоиз
аппаратныхвариантов не требуется отдельной версии операционной сис-
темы.
ПроцедурыHAL называются как средствами операционной системы
(включаяядро), так идрайверамиустройств.При работе с драйверами уст-
ройствуровень аппаратных абстракций обеспечивает поддержкуразличных
технологийввода — вывода(вместо традиционнойориентации на одну аппа-
ратнуюреализациюили требующейзначительныхзатрат адаптациипод каж-
дую новуюаппаратнуюплатформу ).
Уровеньаппаратныхабстракцийпозволяет также“скрывать”от осталь-
ных уровней операционной системы особенности аппаратной реализации
симметричныхмультипроцессорныхсистем .
Ядро
-6-
Ядро(Kernel) является“сердцем ” Windows NT и работает в тесном
контактес уровнем аппаратныхабстракций. Этот модуль, в первую очередь,
занимаетсяпланированием действий компьютерного процессора. В случае
есликомпьютерсодержит несколько процессоров, ядро синхронизирует их
работус целью достижениямаксимальнойпроизводительностисистемы .
Ядроосуществляетдиспетчеризациюнитейуправления(threads, иног-
да называютсяподзадачами, ответвлениямиили потоками), которые являют-
ся основнымиобъектами впланируемойсистеме.Нитиуправленияопределя-
ютсяв контекстепроцесса; процессвключает адресное пространство, набор
доступныхпроцессу объектови совокупностьвыполняемых в контексте про-
цесса нитей управления. Объектами являются управляемые операционной
системойресурсы .
Ядропроизводитдиспетчеризациюнитей управлениятаким образом,
чтобымаксимальнозагрузить процессоры системы и обеспечить первооче-
реднуюобработку нитейс более высоким приоритетом. ( Всего существует
32 значенияприоритета, которые сгруппированыв два класса приоритетов:
real-time и variable).Подобный подходпозволяет достичь максимальной эф-
фективностиоперационнойсистемы .
Подкомпонентыисполняющейсистемы, такиекак диспетчер ввода -
выводаи диспетчерпроцессов, используютядро для синхронизациидейст-
вий.Онитакже взаимодействуютс ядром для более высоких уровней абст-
ракции, называемыхобъектамиядра; некоторые из этих объектов экспорти-
руютсявнутри пользовательскихвызовов интерфейса прикладных программ
(API) .
Ядроуправляет двумятипами объектов.
Объекты диспетчеризации (dispatcher objects) характеризуются сигнальным
состоянием ( signaled или nonsignaled ) и управляют диспетчеризацией и
синхронизациейсистемныхопераций.Этиобъекты включают события, му-
танты, мутэксы, семафоры, нити управленияи таймеры ( events,mutants ,
mutexes ,semaphores ,threads,timers ).
Управляющие объекты ( control objects ) используются для операций управ-
ленияядра, но не воздействуютна диспетчеризациюили синхронизацию.
Управляющиеобъекты включают в себя асинхронные вызовы процедур,
прерывания, уведомленияи состоянияисточникапитания, процессыи про-
фили(asynhcronous procedure calls, interupts ,power notifies, powerstatuses,processes ,profiles).
Исполняющаясистема Windows NT
Исполняющаясистема ( Executive ), всостав которой входит ядро и
уровеньаппаратныхабстракций HAL, обеспечиваетобщий сервис системы ,
которыймогут использоватьвсе подсистемы среды. Каждаягруппа сервиса
находитсяпод управлениемодной из отдельныхсоставляющих 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).
Мониторбезопасностисовместно с процессором входа в сиситему
( Logon ) и защищёнными подсистемами реализует модель безопасности
Windows NT .
Верхнийуровень исполняющейсистемы называетсясистемнымсерви-
сом (SystemServices ). Показанныйна следующемрисунке системныйсервис
представляетсобой интерфейсмежду подсистемамисреды пользовательско-
го режимаи привилегированнымрежимом .
/>
Диспетчеркэша
Архитектураввода — вывода содержит единственныйдиспетчер кэша
(Cache Manager), которыйосуществляеткэшированиедля всей системы вво-
да — вывода.Кэширование(Caching) — метод, используемыйфайловой систе-
мой дляувеличенияэффективности.Вместо непосредственнойзаписи и счи-
тыванияс диска, частоиспользуемые файлы временно сохраняютсяв кэш —
памяти; таким образом, работа с этимифайлами выполняетсяв памяти. Опе-
-8-
рациис данными, находящимисяв памяти, производятся значительно быст-
рееопераций сданными надиске .
Диспетчеркэша используетмодель отображенияфайла, котораяинтег-
рированна с диспетчером виртуальной памяти Windows NT.Диспетчеркэша
обеспечиваетслужбу кэшированиядля всех файловыхсистем и сетевыхком-
понентов, функционирующихпод управлениемдиспетчераввода — вывода.В
зависимостиот объёма доступнойоперативнойпамяти диспетчер кэша мо -жет динамически увеличивать или уменьшать размер кэша.Когда процесс
открываетфайл, которыйуже находилсяв кэше, диспетчеркэша простокопи-
руетданные из кэшав виртуальноеадресное пространство.
Диспетчер кэша поддерживает службы типа ленивой записи ( lazy
write) и ленивойфиксации (lazycommit), которые могутзначительноувеличить
эффективность файловой системы. В процессе ленивой записиизменения
регистрируютсяв кэше файловойструктуры, обеспечивающемболее быстрый
доступ.Позднее, когдазагрузка центрального процессораснижена, диспет-
чер кэшазаносит измененияна диск.Лениваяфиксация подобналенивой за-
писи.Вместо немедленной маркировки транзакции как успешно завершив-
шейся, переданнаяинформациякэшируетсяи позднее вфоновом режимеза-
писываетсяв журнал файловойсистемы .
Драйверыфайловой системы
В архитектуреввода — вывода Windows NT управление драйверами
файловойсистемы осуществляетдиспетчер ввода- вывода. Windows NT до-
пускаетиспользованиемножествафайловых систем, включая существующие
файловыесистемы типаFAT. Для обеспечения совместимости снизу вверх
с операционнымисистемамиMS-Dos, Windows 3.x и OS/2, Windows NT под-
держиваетфайловые системыFAT и HPFS.
Крометого ,Windows NT такжеподдерживаетNTFS — новую файловую
систему, разработаннуюспециальнодля использованияс Windows NT. NTFS
обеспечивает множество возможностей, включая средства восстановления
файловой системы, поддержкуUnicode, длинных имёнфайлов и поддержку
для POSIX .
Архитектураввода — выводаWindows NT не только поддерживает тра-
диционныефайловые системы, но и обеспечивает функционирование сете-
вогоредактора исервера в качестведрайверов файловой системы. С точки
зрения диспетчера ввода — вывода, нет никакойразницы между работой с
файлом, сохранённымна удалённомкомпьютересети, и работойс файлом на
локальном жёстком диске. Редиректорыи серверы могутбыть загружены и
выгруженыдинамически, так же как илюбые другиедрайверы; наодном ком-
пьютереможет одновременно находиться большое число редиректоров и
серверов.
Сетевыедрайверы
Следующимтипом драйверов, присутствующихв качествекомпонента
в архитектуреввода — вывода, являются сетевыедрайверы .Windows NTвклю-
чаетинтегрированныевозможностиработы с сетями и поддержкудля рас-
пределённыхприложений.Как показанона следующем рисунке работас се-
-9-
тямиобеспечиваетсярядом сетевыхдрайверов .
Редиректорыи серверыфункционируюткак драйверы файловой сис-
темыи выполняютсяна уровне интерфейса поставщика или ниже, гденахо-
дятсяNetBIOS и Windows — сокет .
Драйверытранспортногопротоколаобщаются средиректорамии сер-
верами через уровень, называемый интерфейсомтранспортного драйвера
(TDI — Transport DriverInterface). Windows NT включаетследующие транспорт-
ныесредства :
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 нижнейчасти сетевойархитектурынаходитсядрайвер платысетево-
го адаптера.Windows NT в настоящее время поддерживает драйверы уст-
-10-
ройств, выполненныев соответствиисо спецификациейNDIS (Network Device
Inerface Specification )версии 3.0 .NDIS предоставляетгибкую средуобмена даннымимежду транспортнымипротоколамии сетевымиадаптерами.NDIS 3.0 позволяет отдельномукомпьютеруиметь несколькоустановленныхв нём
платсетевого адаптера.В свою очередь, каждая платасетевого адаптераможет поддерживатьнесколькотранспортныхпротоколов для доступак раз-
личнымтипам сетевыхстанций .
МодельбезопасностиWindows NT
МодельбезопасностиWindows NT представлена монитором безопас-
ности(Security Reference Monitor), а такжедвумя другимикомпонентами: про-
цессоромвхода в систему(Logon Process) и безопаснымизащищённымипод-
системами.
В многозадачнойоперационнойсистеме, каковойявляется Windows NTприложениясовместноиспользуютряд ресурсовсистемы, включаяпамять
компьютера, устройстваввода — вывода, файлы и процессор(ы)системы. Windows NTвключает наборкомпонентовбезопасности, которые гарантируют,
чтоприложенияне смогут обратитьсяк этим ресурсамбез соответствующегоразрешения.
Мониторбезопасностиотвечает запроведениев жизнь политикипроверки правильностидоступа и контроля, определённойлокальнойподсистемойбезопасности.Монитор безопасностиобеспечиваетуслуги поподтверждениюдоступа к объектам, проверке привилегийпользователяи ге- нерациисообщений какдля привилегированногорежима, так идля режимапользователя.Монитор безопасности, подобно другимчастям операционнойсистемы, выполняетсяв привилегированномрежиме .
Процессвхода в системув Windows NT предусматриваетобязатель- ныйвход в системубезопасностидля идентификациипользователя.Каждый пользовательдолжен иметьбюджет и должениспользоватьпароль дляобра- щения кэтому бюджету.
Преждечем пользовательсможет обратитьсяк любому ресурсукомпьюте- рас Windows NT, он долженвойти в системучерез процессвхода в системудля того, чтобыподсистемабезопасностимогла распознатьимя пользовате-ля и пароль.Только послеуспешногоустановленияподлинностимонитор без-опасностивыполняетпроцедурупроверки правильностидоступа дляопреде-ленияправа пользователяна обращениек этому объекту.
Защищённостьресурсов — однаиз особенностей, предоставляемаямоделью безопасности.Задачи не могутобращатьсяк чужим ресурсам(типа памяти)иначе, чем черезприменениеспециальныхмеханизмовсовместногоиспользования.
Windows NT такжепредоставляетсредства контроля, которые позво-ляют администраторуфиксироватьдействияпользователей.
Итоги
Подводяитоги всемувышеописанномухочу сказать, что это толькомаленькая часть всех возможностей, которые заложеныв Windows NT.Хочу
-11-
краткоперечислитьдостоинстваWindows 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 !
Длясоставленияреферата япользовалсяматериаламиеженедельникаComputerWeek Moscow и материаламикниги “РесурсыWindows NT” издатель-ства“BHV — Санкт-Петербург”.