Лекция: Объекты. Менеджер объектов. Реестр

В лекции описаны особенности функционирования менеджера объектов — одного из ключевых компонентов ОС Windows. Объекты активно используются для организации доступа к ресурсам, которые нужно защищать, именовать, разделять и т. д. Среди совокупности объектов выделены объекты ядра. Описаны дескрипторы объектов, отвечающие за связь объекта с приложением. Рассмотрены вопросы именования объектов и связь пространства имен объектов с другими пространствами имен. Для управления большим организована специальная централизованная база данных — реестр

Введение

Для работы с важными системными ресурсами ОС Windows создает объекты, управление которыми осуществляет менеджер объектов. Когда приложение открывает файл, создает поток или семафор, оно получает описатель (handle) соответствующего объекта (см. рис. 4.1). Например, после выполнения программного оператора

hSemaphore = CreateSemaphore(NULL, 0, MaxCount, "MySemaphore");

создающего семафор, возвращаемый описатель hSemaphore необходим приложению для последующей работы с этим семафором.

Рис. 4.1.  Создание объекта "семафор" приложением

В данном разделе дается краткое описание того, как функционирует менеджер объектов. С объектами придется сталкиваться на протяжении всего курса. Объекты - абстрактная концепция, которая активно используется в ОС Windows для регулирования доступа к системным ресурсам.

Наличие объектов является несомненным достоинством системы. Во-первых, это единый интерфейс ко всем системным ресурсам и структурам данных, таким, как процессы, потоки, семафоры и т.д. Именование объектов и доступ к ним осуществляются по одной и той же схеме. Использование объектов дает Microsoft возможность обновлять функциональность системы, не затрагивая программного интерфейса приложений. Во-вторых, это очень удобно с точки зрения системной безопасности. Каждый объект имеет список прав доступа, который проверятся каждый раз, когда приложение создает свой описатель объекта. Соответственно, все проверки, связанные с защитой, могут быть выполнены в одном модуле - диспетчере объектов (в соответствии с требованиями безопасности), с гарантией, что ни один процесс не может их обойти. Наконец, легко организовать совместный доступ к объектам, несложно отследить объекты, которые больше не используются, и т.д.

Объекты присутствуют почти во всех компонентах системы, особенно там, где есть данные, которые нужно разделять, защищать, именовать или сделать доступными. Например, посредством объектов реализованы программные и аппаратные прерывания, а также многие другие функции ядра. Некоторые объекты доступны пользовательским приложениям через вызовы Win32. Поэтому иногда ОС Windows называют объектно-ориентированной системой, - так, доступ к ресурсу возможен только через методы соответствующего объекта (инкапсуляция данных). Вместе с тем в данной схеме отсутствуют наследование и полиморфизм, поэтому ОС Windows нельзя считать объектно-ориентированной в строгом смысле этого слова.

Объекты ядра

В рамках данного курса нам придется активно использовать объекты, называемые в руководствах по Win32-программированию объектами ядра (kernel objects). Поддержка объектов ядра осуществляется собственно ядром и исполнительной системой. Помимо объектов ядра имеются также объекты, предназначенные для управления окнами (User), и объекты, предназначенные для управления графикой (GDI). Изучение этих категорий объектов, реализуемых подсистемой поддержки окон и графики и ориентированных на разработку графических интерфейсов пользователя, выходит за пределы данного курса.

К сожалению, понятие "объект ядра" имеет разный смысл у разных авторов (ср., например, это понятие в MSDN или в [4], c одной стороны, и в [6] - с другой), поэтому для дальнейшего изложения потребуется уточнение терминологии.

Дело в том, что совокупность объектов образует слоеную структуру. Ядро поддерживает базовые объекты двух видов: объекты диспетчера (события, мьютексы, семафоры, потоки ядра, таймеры и др.) и управляющие (DPC, APC, прерывания, процессы, профили и др.) Более подробно эти внутриядерные объекты описаны в [6].

Над объектами ядра находятся объекты исполнительной системы, каждый из которых инкапсулирует один или более объектов ядра. Объекты исполнительной системы предназначены для управления памятью, процессами и межпроцессным обменом. Они экспортируются в распоряжение пользовательских приложений через Win32 функции. К ним относятся такие объекты, как: процесс, поток, открытый файл, семафор, мьютекс, маркер доступа и ряд других. Полный список можно увидеть в MSDN. Эти объекты и называются объектами ядра в руководствах по программированию.

Внешнее отличие объектов ядра (объектов исполнительной системы) от объектов User и GDI состоит в наличии у первых атрибутов защиты, которые являются одним из параметров, создающих объект ядра функций. Далее эти объекты ядра (объекты исполнительной системы) будут называться просто объектами.

Объект представляет собой блок памяти в виртуальном адресном пространстве ядра. Этот блок содержит информацию об объекте в виде структуры данных (см. ниже "структура объекта"). Структура содержит как общие, так и специфичные для каждого объекта элементы. Объекты создаются в процессе загрузки и функционирования ОС и теряются при перезагрузке и выключении питания.

Содержимое объектов доступно только ядру, приложение не может модифицировать его непосредственно. Доступ к объектам можно осуществить только через его функции-методы (инкапсуляция данных), которые инициируются вызовами некоторых библиотечных Win32-функций.