4 Архитектура компьютерной системы Windows nt

Использована концепция микроядра. Согласно концепции ОС разделена на несколько подсистем, каждая из которых выполняет отдельный набор сервисных функций. Каждый из наборов реализован в пользовательском режиме, при этом выполняется цикл проверки запросов от клиента на одну из сервисных функций. В качестве клиента может выступать другой компонент ОС или другая программа (прикладная). Клиент запрашивает сервис, посылая определенное сообщение на сервер. Ядро ОС, работая в привилегированном режиме, доставляет сообщение клиента необходимому сервису, сервис выполняет необходимую операцию, а ядро возвращает результаты операции клиенту с помощью другого сообщения. Структурно Windows NT состоит из двух крупных частей, которые работают: в режиме пользователя первый, а второй в режиме ядра. Та часть, которая работает в режиме ядра и содержит компоненты управления виртуальной памятью, объектами ввода-вывода, файловой системой, взаимодействием процессов, частично системой безопасности – называется наполнительной частью NT-executive. Другая часть ОС, которая работает в режиме пользователя, состоит из сервера – защищенные подсистемы. Каждый из сервисов выполняется в отдельном процессе, память его отделена от других процессов, систем управления виртуальными функциями и др. Эти подсистемы взаимодействуют путем отправки сообщений, проходящих через исполнительную часть. Исполнительная часть работает в пространстве ядра и никогда не сбрасывается на жесткий диск. Ядро выполняет планирование потоков защищенных подсистем, точно так же как поток обычных прикладных процессов. ТАБЛИЦА Системный интерфейс, Системные службы

• Менеджер объектов

• Менеджер процессов

• Менеджер безопасности

• Менеджер виртуальной памяти

• Менеджер КЭШа

• Менеджер plug&play

• Менеджер энергопотребления

• Менеджер конфигурации

• Менеджер локального вызова процедур

• Менеджер ввода-вывода

• Интерфейс графических устройств Win32 (GDI).

• Файловая система

Ядро Драйверы

Уровень аппаратной абстракции

Аппаратные средства компьютера

Менеджер объектов создает, удаляет, управляет объектами исполнительной части: абстрактные типы данных, которые используются для представления ресурсов компьютерной системы.

Функции: выделяет память для объектов; присоединяет объекту дескриптор безопасности (определяет право доступа и использование объекта); создает и управляет структурой каталога объекта, в котором хранятся имена объектов; создает дескриптор объекта и возвращает его к процессу, который вызывает данный объект.

Менеджер процессов и потоков создает и приостанавливает, возобновляет и завершает потоки и процессы, а также хранит информацию для системы. Менеджер безопасности контролирует правила защиты ресурсов компьютера. Менеджер виртуальной памяти обеспечивает процессам следующие функции: управление виртуальным адресным пространством; разделение памяти между процессами; защита виртуальной памяти одного процесса от других.

Механизмы защиты памяти:

1. Каждый механизм имеет собственное адресное пространство. Доступ к другим процессам запрещен на аппаратном уровне.

2. Наличие режимов ядра и пользователя. Потоки имеют доступ к системным данным - в режиме ядра. В режиме пользователя это запрещено.

3. Страничный механизм защиты – для каждой виртуальной страницы определяется набор признаков, в которых устанавливают разрешенные типы доступа в пользовательском режиме и в режиме ядра.

4. Защита памяти с использованием объектно-ориентированного подхода.

Монитор ссылок безопасности проверяет, разрешен ли доступ процессов к какому-либо объекту при каждом открытии процесса указателя на строку памяти.

Менеджер кэш-памяти – обеспечивает хранение в памяти недавно использовавшихся блок-дисков. Определяет, какие блоки в ближайшее время могут потребоваться, а какие нет. Взаимодействует с менеджером виртуальной памяти и файловой системой, причем, если используется несколько файловых систем – менеджер кэш-памяти должен их поддерживать.

Менеджер plug&play – в случаях обнаружения нового устройства при загрузке системы или при подключении устройства через систему USB данный менеджер получает сообщение нового устройства и устанавливает соответствующие драйвера. Менеджер энергопотребления – отключает устройства (монитор и диски), если к ним нет обращения некоторое время, отслеживает заряд и работу аккумулятора. Сообщает инфу пользователю.

Менеджер конфигураций – отслеживает состояние реестра, добавляет новее и ищет необходимые ключи.

Менеджер локального вызова процедур – обеспечивает взаимодействие между процессами и подсистемами. Механизм вызова локальных процедур является оптимизированным вариантом. Каждая подсистема устанавливает канал, через который могут связываться другие процессы.

Менеджер ввода-вывода, который представляет средства для выполнения операций, независящих от устройств. Файловые системы – NT драйвер, который выполняет файл–ориентированные запросы на ввод-вывод и преобразует их в вызовы обычных устройств.

GDI – управляет графическим изображением, поступающим на монитор, или принтер. Не зависит от типа мониторов и принтеров. Исполняется на нижних уровнях представленных ядром. Функции NT ядра: планирование процессов; обработка прерываний и исключающих ситуаций; синхронизация процессов; восстановление системы после сбоев. Ядро работает в привилегированном режиме и никогда не удаляется из памяти, обратиться к ядру можно только с использованием механизмов прерывания. Ядро находится на уровне аппаратных абстракций, в котором расположено большинство машинно-зависимых функций. Знание архитектуры ОС является основой практических навыков разработки эффективных приложений. В архитектуре процессоров intel386, а тем более в поздних версиях, для защиты кода и данных, как от случайного, так и преднамеренного изменения, предусмотрено 4 уровня привилегий; Windows использует 2 уровня

Режим ядра – наиболее привилегированный режим; программы, выполняющиеся в этом режиме, имеют доступ ко всему аппаратному обеспечению и памяти компьютера. Режим пользователя – менее привилегирован, не обеспечивает прямой доступ к архитектуре. Ограничен, выделенным ему, адресным пространством от программ. Для вызова системных сервисов используется интерфейс прикладного программирования (API -интерфейс)