8.1.2 Реализация интерфейса Win32
Операционной системой Windows 2000 поддерживаются три различных документированных интерфейса прикладного программирования API: Win32, POSIX и OS/2. У каждого из этих интерфейсов есть список библиотечных вызовов, которые могут использовать программисты. Работа библиотек DLL (Dynamic Link Library – динамически подключаемая библиотека) и подсистем окружения заключается в том, чтобы реализовать функциональные возможности опубликованного интерфейса, тем самым скрывая истинный интерфейс системных вызовов от прикладных программ.
Рассмотрим способ реализации этих интерфейсов на примере Win32. Программа, пользующаяся интерфейсом Win32, как правило, состоит из большого количества обращений к функциям Win32 API. Один из возможных способов реализации заключается в статическом связывании каждой программы, использующей интерфейс Win32, со всеми библиотечными процедурами, которыми она пользуется. При таком подходе каждая двоичная программа будет содержать копию всех используемых ею процедур в своем исполняемом двоичном файле. Недостаток такого подхода заключается в том, что при этом расходуется много памяти, если пользователь одновременно откроет несколько программ, использующих одни и те же библиотечные процедуры.
Чтобы избежать подобной проблемы, все версии Windows поддерживают динамические библиотеки DLL. Каждая динамическая библиотека содержит набор тесно связанных библиотечных процедур и все их структуры данных в одном файле, как правило (но не всегда), с расширением *.dll.
Каждый пользовательский процесс, как правило, связан с несколькими динамическими библиотеками, совместно реализующими интерфейс Win32. Чтобы обратиться к вызову API, вызывается одна из процедур в DLL (шаг 1 на рисунке 64). Дальнейшие действия зависят от вызова Win32 API. Различные вызовы реализованы по-разному.
Рисунок 64 – Различные маршруты выполнения вызовов Win32 API
В некоторых случаях динамические библиотеки обращаются к другой динамической библиотеке (ntdll.dll) которая, в свою очередь, обращается к ядру операционной системы. Этот путь показан на рисунке как шаги 2а и За. Динамическая библиотека может также выполнить всю работу самостоятельно, совсем не обращаясь к системным вызовам. Для других вызовов Win32 API выбирается другой маршрут, а именно: сначала процессу подсистемы Win32 (csrss.exe) посылается сообщение, выполняющее некоторую работу, и обращающееся к системному вызову (шаги 2б, 3б и 4б).
В первой версии Windows NT практически все вызовы Win32 API выбирали маршрут 2б, 3б, 4б, так как большая часть операционной системы (например, графика) была помещена в пространство пользователя. Однако, начиная с версии NT 4.0, для увеличения производительности большая часть кода была перенесена в ядро (в драйвер Win32/GDI). В Windows 2000 только небольшое количество вызовов Win32 API, например вызовы для создания процесса или потока, идут по длинному пути. Остальные вызовы выполняются напрямую, минуя подсистему окружения Win32.
Хотя интерфейс процессов Win32 является наиболее важным, в операционной системе Windows 2000 существует еще два интерфейса: POSIX и OS/2. Среда POSIX предоставляет минимальную поддержку для приложений UNIX. Она поддерживает практически только функции, описанные в стандарте Р 1003.1. Этим интерфейсом, например, не поддерживаются потоки, работа с окнами или сетью. Перенос любой реальной программы из системы UNIX в Windows 2000 при помощи этой подсистемы практически невозможен. Этот интерфейс был включен только потому, что некоторые министерства правительства США требовали, чтобы операционные системы для правительственных компьютеров были совместимы со стандартом Р1003.1. Эта подсистема не является самодостаточной и пользуется вызовами подсистемы Win32 для большей части своей работы, но не предоставляя пользовательским программам полного интерфейса Win32 (если бы это было сделано корпорацией Microsoft, то подсистемой можно было бы пользоваться, причем для этого не потребовалось бы никаких специальных усилий).
Функциональность подсистемы OS/2 ограничена практически в той же степени, что и функциональность подсистемы POSIX. Подсистема OS/2 также не поддерживает графические приложения. На практике она тоже полностью бесполезна. Таким образом, оригинальная идея наличия интерфейсов нескольких операционных систем, реализованных различными процессами в пространстве пользователя, окончилась ничем. Осталась лишь полная реализация интерфейса Win32 в режиме ядра.