Windows NT - ОС нового поколения
Реферат на тему :
Windows NT - OC нового поколения !
-1-
На
данный момент мировая компьютерная индустрия развивается очень стремительно
.Производительность систем возрастает ,а следователь-
но
возрастают возможности обработки больших объёмов данных .
Операционные
системы класса MS-DOSа уже не справляются с таким
потоком
данных и не могут целиком использовать ресурсы современных ком-
пьютеров
.Поэтому в последнее время происходит переход на более мощные
и
наиболее совершенные операционные системы класса UNIX , примером ко-
торых
и является Windows NT ,выпущенная корпорацией Microsoft .
Прежде
чем начать говорить о Windows NT я хотел бы предложить
статью
из еженедельника ComputerWeek Moscow от 1-7 февраля 1996 ,кото-
рая
выражает мнение производителей компьютерных систем по вопросу о
перспективности
Windows NT :
“ Производители компьютеров возлагают
большие надежды на NT .
Производители готовы
обрушить на рынок лавину рабочих станций и серверов с предварительно
установленными Windows NT и Gibraltar , новым
серверным
ПО для Internet . Microsoft не публикует данные об инсталирован-
ной
базе NT ,однако утверждает ,что более 40 компаний собираются исполь-
зовать
NT Workstation в качестве ОС более чем на 10.000 ПК .К тому же ,по
данным
нескольких консалтинговых фирм , в месяц продаётся более 30.000
копий
ОС NT Server .Эти цифры заставляют задуматься о том ,как бы не
опоздать
.
“Спору
нет ,NT - это удача Microsoft “ , - считает Мариса Хейнс ,на-
чалник
отдела маркетинга продуктов MIPS - NT компании NEC Technologies .
Вот
почему Compaq , Dell ,Gateway 2000 ,NEC ,NetFrame и другие производи-
тели
компьютеров представляют новые NT - системы .
11
декабря NEC перешла в наступление одновременно на рынке сер-
веров
и настольных компьютеров , выпустив RISC server 2250 и RISC station
2250
.Стоимость систем - от 5500 до 23500 US$ , их конфигурация может
включать
в себя два микропроцессора Mips R4400 с тактовой частотой 250
Мгц
.RISC station компании NEC имеет встроенные средства обработки трёх-
мерных
графических приложений ,написанных на OpenGL,и предназначаются
для
применения в области САПР и мультимедиа - приложений . RISC server ,
определяемый
как коммуникационный сервер общего назначения ,поддержи-
вают
пакет Microsoft BackOffice .
В
промышленных кругах говорят ,что NEC готовит ещё ряд серверов
с
установленным ПО Gibraltar ,которые она собирается выпустить на рынок в
начале этого года . ”Скоро мы подробнее узнаем об
этих планах “, - уверена
Хейнс .
Компания NetFrame последовала примеру
NEC и забросила NetWare .
Она только что приступила к выпуску Cluster Server
8500 - четырёхканального
многопроцессорного сервера с высокой
отказоустойчивостью .Его минималь-
ная цена - 31900 US$ .
-2-
“Ходит много разговоров об
отказоустойчивых NT - серверах ,но се-
годня только мы поставляем такие системы “ , -
заявил Кевин Кин , начальник
отдела маркетинга продукции компании NetFrame .
По крайней мере один реселлер NetFrame
- корпорация Lantec - с эн-
тузиазмом ожидает новые серверы .” У нас много
контрактов на NT , - гово-
рит Джерри Бил ,ведущий инженер сервисной службы
Lantec , - NetFrame по-
может нам частично удовлетворить эти заказы “.
Тем временем Compaq ,Dell и Getway
готовят NT - серверы на
базе
микропроцессоров Pentium Pro компании Intel
.Ожидается ,что NT станет ве-
дущей ОС для Pentium Pro ,поскольку Windows 95
содержит 16- ти разрядный
код и работает на Pentium Pro не так быстро ,как
полностью 32-ух разрядная NT .В 1996 году объём продаж NT будет нарастать
,скорее всего ,как снежный
ком . “
Далее я постараюсь наиболее кратко
рассказать о внутреннем уст-
ройстве Windows NT и о взаимодействие её внутренних
модулей .
Когда
пользователь впервые видит операционную систему Microsoft
Windows
NT ,ему в глаза бросается отчётливое внешнее сходство с полюбив-
шимся
интерфейсом системы Windows 3.x .Однако это видимое сходство яв-
ляется
лишь незначительной частью Windows NT .
Windows
NT является 32-ух разрядной операционной системой с при-
оритетной
многозадачностью . В качестве фундаментальных компонентов в
состав
операционной системы входят средства обеспечения безопасности и
развитый
сетевой сервис .Windows NT также обеспечивает совместимость со
многими
другими операционными и файловыми системами , а также с сетями.
Windows
NT способна функционировать как на компьютерах , оснащенных
CISC
- процессорами со сложной системой команд ( complex instruction set
щённый
набор инструкций ( reduced instruction set computing ) . Операционная
система
Windows NT также поддерживает высокопроизводительные системы с
мультипроцессорной
конфигурацией .
Знакомым
в Windows NT является только внешний облик .За графичес-
ким
пользовательским интерфейсом скрываются мощные возможности . При-
водя
обзорные сведения по составляющим Windows NT компонентам я поста-
раюсь
более детально рассмотреть некоторые из них .
Задачи ,поставленные при создании Windows NT
Система Windows NT не является дальнейшим развитием ранее сущес-
твовавших
продуктов . Её архитектура создавалась с нуля с учётом предъяв-
ляемых
к современной операционной системе требований . Особенности но-
вой
системы ,разработанной на основе этих требований ,перечислены ниже .
·
Стремясь
обеспечить совместимость (compatible) новой операционной сис-
темы
,разработчики Windows NT сохранили привычный интерфеис Windows
и
реализовали поддержку существующих файловых систем (таких ,как FAT )
и
различных приложений (написанных для MS - Dos ,OS/2 1.x ,Windows 3.x и
POSIX
).Разработчики также включили в состав Windows NT средства рабо-
-3-
ты
с различными сетевыми средствами .
·
Достигнута
переносимость (portability) системы ,которая может теперь ра-
ботать
как на CISC , так и на RISC - процессорах .К CISC относятся Intel -
совместимые
процессоры 80386 и выше ;RISC представлены системами с
процессорами
MIPS R4000 , Digital Alpha AXP и Pentium серии P54 и выше .
·
Масштабируемость
(scalability)
означает , что Windows NT не привязана к
однопроцессорной
архитектуре компьютеров ,а способна полностью испо-
льзовать
возможности , предоставляемые симметричными мультипроцес-
сорными
системами .В настоящее время Windows NT может функциониро-
вать
на компьютерах с числом процессоров от 1 до 32 . Кроме того , в слу-
чае
усложнения стоящих перед пользователями задач и расширения предъ-
являемых
к компьютерной среде требований ,Windows NT позволяет легко
добавлять
более мощные и производительные серверы и рабочии станции
к
корпоративной сети .Дополнительные преимущества даёт использование
единой
среды разработки и для серверов ,и для рабочих станций .
·
Windows
NT имеет однородную систему безопасности (security) ,удовлетво-
ряющую
спецификациям правительства США и соответствующую стандарту
безопастности
В2 .В корпоративной среде критическим приложениям обес-
печивается
полностью изолированное окружение .
·
Распределённая
обработка (
distributed processing ) означает ,что Windows
NT имеет встроенные в систему сетевые возможности . Windows NT также
позволяет
обеспечить связь с различными типами хост - компьютеров бла-
годаря
поддержке разнообразных транспортных протоколов и использова-
нию
средств “клиент-сервер” высокого уровня ,включая именованные кана-
лы
,вызовы удалённых процедур (RPC - remote procedure call ) и Windows -
сокеты
.
·
Надёжность
и отказоустойчивость (reliability
and robustness) обеспечивают-
архитектурными
особенностями ,которые защищают прикладные програм-
мы
от повреждения друг другом и операционной системой .Windows NT ис-
пользует
отказоустойчивую структурированную обработку особых ситуаций
на
всех архитектурных уровнях ,которая включает восстанавливаемую фай-
ловую
систему NTFS и обеспечивает защиту с помощью встроенной систе-
мы
безопасности и усовершенствованных методов управления памятью .
·
Возможности
локализации ( allocation) представляют средства для работы во многих
странах мира на национальных языках ,что достигается примене-
нием
стандарта ISO Unicod ( разработан международной организацией по
стандартизации
).
·
Благодаря
модульному построению системы обеспечивается расширяе-
мость
(insibility)
Windows NT ,что ,как будет показано в следующем разде-
ле
,позволяет гибко осуществлять добавление новых модулей на различные
уровни
операционной системы .
Архитектурные модули Windiws
NT
Как
показано на следующем рисунке ,Windows NT представляет из се-
модульную
(более совершенную ,чем монолитная )операционную систему ,ко-
торая
состоит из отдельных взаимосвязанных относительно простых модулей.
Основными
модулями Windows NT являются (перечислены в порядке следова-
ния
от нижнего уровня архитектуры к верхнему ) : уровень аппаратных абст-
ракций
HAL (Hardware Abstraction Layer ) ,ядро (Kernel ) , исполняющая систе-
-4-
ма
(Executive) ,защищенные подсистемы (protected subsystems) и подсистемы
среды
(environment subsystems ).
Модульная структура Windows
NT
Краткое
описание модульной структуры Windows NT представлено да-
компонентов
Windows NT ,начиная с уровня аппаратных абстракций HAL ,кото-
рый
распологается между аппаратными средствами компьютера и остальной
частью
операционной системы .
·
Уровень
аппаратных абстракций виртуализирует аппаратные интерфейсы ,
обеспечивая тем самым независимость остальной
части операционной сис-
темы от конкретных аппаратных особенностей
.Подобный подход позволяет
обеспечить легкую переносимость Windows NT с
одной аппаратной плат-
формы на другую .
·
Ядро является основой модульного
строения системы и координирует вы-
-5-
полнение большинства базовых операций
Windows NT . Этот компонент
специальным образом оптимизирован по
занимаемому объёму и эффек-
тивности функционирования .Ядро отвечает за
планирование выполнения
потоков , синхронизацию работы нескольких
процессоров , обработку аппа-
ратных прерываний и исключительных ситуаций .
·
Исполняющая
система включает
в свой состав набор программных конст-
рукций привилегированного режима ( kernel -
mode ) , представляющих ба-
зовый сервис операционной системы
подсистемам среды . Исполняющая
система состоит из нескольких компонентов ;
каждая из них предназначена
для поддержки определённого системного сервиса
. Так , один из компо-
нентов - монитор безопасности (Security
Reference Monitor) - функциониру-
ет совместно с защищёнными подсистемами и
обеспечивает реализацию
модели безопасности системы .
·
Подсистемы
среды представляют
собой защищённые серверы пользова-
тельского режима (user-mode) ,которые
обеспечивают выполнение и под-
держку приложений ,разработанных для различного
операционного окруже-
ния (различных операционных систем ) .
Примером подсистем среды могут
служить подсистемы Win32 и OS/2 .
Уровень аппаратных
абстракций
Уровень аппаратных абстракций ( HAL )
представляет собой создавае-
мый производителями аппаратных средств слой
программного обеспечения,
который скрывает (или абстрагирует ),особенности и
различия аппаратуры от
верхних уровней операционной системы .Таким
образом,благодаря обеспечи-
ваемому HALом фильтру ,различные аппаратные средства
выглядят аналогич-
но с точки зрения операционной системы ; снимается
необходимость специ -
альной поднастройки операционной системы под
используемое оборудова -
ние .
При создании уровня аппаратных
абстракций ставилась задача подго-
товки процедур ,которые позволяли бы единственному
драйверу конкретного
устройства поддерживать функционирование этого
устройства для всех
платформ . HAL ориентирован на большое число
разновидностей аппаратных
платформ с однопроцессорной архитектурой ; таким
образом для каждого из
аппаратных вариантов не требуется отдельной
версии операционной сис-
темы .
Процедуры HAL называются как
средствами операционной системы
(включая ядро) , так и драйверами устройств .При
работе с драйверами уст-
ройств уровень аппаратных абстракций обеспечивает
поддержку различных
технологий ввода - вывода (вместо традиционной
ориентации на одну аппа-
ратную реализацию или требующей значительных затрат
адаптации под каж-
дую новую аппаратную платформу ).
Уровень аппаратных абстракций
позволяет также “скрывать” от осталь-
ных уровней операционной системы особенности
аппаратной реализации
симметричных мультипроцессорных систем .
Ядро
-6-
Ядро (Kernel) является “сердцем ”
Windows NT и работает в тесном
контакте с уровнем аппаратных абстракций . Этот
модуль , в первую очередь ,
занимается планированием действий компьютерного
процессора . В случае
если компьютер содержит несколько процессоров ,
ядро синхронизирует их
работу с целью достижения максимальной
производительности системы .
Ядро осуществляет диспетчеризацию нитей
управления (threads ,иног-
да называются подзадачами ,ответвлениями или
потоками ), которые являют-
ся основными объектами в планируемой системе .Нити
управления определя-
ются в контексте процесса ;процесс включает
адресное пространство , набор
доступных процессу объектов и совокупность
выполняемых в контексте про-
цесса нитей управления . Объектами являются
управляемые операционной
системой ресурсы .
Ядро производит диспетчеризацию нитей
управления таким образом ,
чтобы максимально загрузить процессоры системы и
обеспечить первооче-
32 значения приоритета ,которые сгруппированы в
два класса приоритетов :
real-time и variable ).Подобный подход позволяет
достичь максимальной эф-
фективности операционной системы .
Под компоненты исполняющей системы ,
такие как диспетчер ввода -
вывода и диспетчер процессов , используют ядро для
синхронизации дейст-
вий .Они также взаимодействуют с ядром для более
высоких уровней абст-
ракции ,называемых объектами ядра ;некоторые
из этих объектов экспорти-
руются внутри пользовательских вызовов интерфейса
прикладных программ
(API) .
Ядро управляет двумя типами объектов .
·
Объекты
диспетчеризации
(dispatcher objects) характеризуются сигнальным
состоянием ( signaled или nonsignaled ) и
управляют диспетчеризацией и
синхронизацией системных операций .Эти объекты
включают события , му-
танты ,мутэксы ,семафоры , нити управления и
таймеры ( events , mutants ,
mutexes ,semaphores ,threads ,timers ).
·
Управляющие
объекты (
control objects ) используются для операций управ-
ления ядра , но не воздействуют на
диспетчеризацию или синхронизацию .
Управляющие объекты включают в себя
асинхронные вызовы процедур ,
прерывания ,уведомления и состояния источника
питания ,процессы и про-
фили (asynhcronous procedure calls , interupts
,power notifies, power statuses,processes ,profiles).
Исполняющая система Windows
NT
Исполняющая система ( Executive ) , в
состав которой входит ядро и
уровень аппаратных абстракций HAL , обеспечивает
общий сервис системы ,
который могут использовать все подсистемы среды .
Каждая группа сервиса
находится под управлением одной из отдельных
составляющих 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).
Монитор безопасности совместно с
процессором входа в сиситему
( Logon ) и защищёнными подсистемами
реализует модель безопасности
Windows NT .
Верхний уровень исполняющей системы
называется системным серви-
сом (System Services ) . Показанный на следующем
рисунке системный сервис
представляет собой интерфейс между подсистемами
среды пользовательско-
го режима и привилегированным режимом .
Диспетчер кэша
Архитектура ввода - вывода содержит
единственный диспетчер кэша
(Cache Manager),который осуществляет кэширование
для всей системы вво-
да - вывода .Кэширование (Caching) - метод
,используемый файловой систе-
мой для увеличения эффективности .Вместо
непосредственной записи и счи-
тывания с диска ,часто используемые файлы
временно сохраняются в кэш -
памяти ;таким образом ,работа с этими файлами
выполняется в памяти . Опе-
-8-
рации с данными ,находящимися в памяти ,
производятся значительно быст-
рее операций с данными на диске .
Диспетчер кэша использует модель
отображения файла,которая интег-
рированна с диспетчером виртуальной памяти
Windows NT .Диспетчер кэша
обеспечивает службу кэширования для всех файловых
систем и сетевых ком-
понентов ,функционирующих под управлением диспетчера
ввода - вывода. В
зависимости от объёма доступной оперативной памяти
диспетчер кэша мо -жет динамически увеличивать или уменьшать размер кэша
.Когда процесс
открывает файл ,который уже находился в кэше
,диспетчер кэша просто копи-
рует данные из кэша в виртуальное адресное
пространство .
Диспетчер кэша поддерживает службы
типа ленивой записи ( lazy
write) и ленивой фиксации (lazy commit), которые
могут значительно увеличить
эффективность файловой системы . В процессе
ленивой записи изменения
регистрируются в кэше файловой структуры
,обеспечивающем более быстрый
доступ .Позднее ,когда загрузка центрального
процессора снижена , диспет-
чер кэша заносит изменения на диск .Ленивая фиксация
подобна ленивой за-
писи .Вместо немедленной маркировки транзакции
как успешно завершив-
шейся ,переданная информация кэшируется и позднее в
фоновом режиме за-
писывается в журнал файловой системы .
Драйверы файловой системы
В архитектуре ввода - вывода
Windows NT управление драйверами
файловой системы осуществляет диспетчер ввода -
вывода . Windows NT до-
файловые системы типа FAT . Для обеспечения
совместимости снизу вверх
с операционными системами MS-Dos , Windows 3.x и
OS/2 , Windows NT под -
держивает файловые системы FAT и HPFS .
Кроме того ,Windows NT также
поддерживает NTFS - новую файловую
систему ,разработанную специально для использования
с Windows NT . NTFS
обеспечивает множество возможностей , включая
средства восстановления
файловой системы , поддержку Unicode ,длинных имён
файлов и поддержку
для POSIX .
Архитектура ввода - вывода Windows NT
не только поддерживает тра-
диционные файловые системы ,но и обеспечивает
функционирование сете-
вого редактора и сервера в качестве драйверов
файловой системы . С точки
зрения диспетчера ввода - вывода , нет никакой
разницы между работой с
файлом ,сохранённым на удалённом компьютере сети ,и
работой с файлом на
локальном жёстком диске . Редиректоры и серверы
могут быть загружены и
выгружены динамически ,так же как и любые другие
драйверы ;на одном ком-
пьютере может одновременно находиться большое
число редиректоров и
серверов .
Сетевые драйверы
Следующим типом драйверов ,присутствующих в
качестве компонента
в архитектуре ввода - вывода ,являются сетевые
драйверы .Windows NT вклю-
чает интегрированные возможности работы с сетями
и поддержку
для рас-
пределённых приложений .Как показано на следующем
рисунке работа с се-
-9-
тями обеспечивается рядом сетевых драйверов .
Редиректоры и серверы функционируют
как драйверы файловой сис-
темы и выполняются на уровне интерфейса поставщика
или ниже , где нахо-
дятся NetBIOS и Windows - сокет .
Драйверы транспортного протокола
общаются с редиректорами и сер-
верами через уровень , называемый интерфейсом транспортного
драйвера
(TDI - Transport Driver Interface). Windows NT
включает следующие транспорт-
ные средства :
·
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 нижней части сетевой архитектуры
находится драйвер платы сетево-
го адаптера .Windows NT в настоящее время
поддерживает драйверы уст-
-10-
ройств ,выполненные в соответствии со спецификацией
NDIS (Network Device
Inerface Specification ) версии 3.0 .NDIS
предоставляет гибкую среду обмена данными между транспортными протоколами и
сетевыми адаптерами .NDIS 3.0 позволяет отдельному компьютеру иметь несколько
установленных в нём
плат сетевого адаптера .В свою очередь ,каждая плата
сетевого адаптера может поддерживать несколько транспортных протоколов для
доступа к раз-
личным типам сетевых станций .
Модель безопасности Windows
NT
Модель безопасности Windows NT представлена
монитором безопас-
ности (Security Reference Monitor),а также двумя
другими компонентами : про-
цессором входа в систему (Logon Process) и
безопасными защищёнными под-
системами .
В многозадачной операционной системе ,
каковой является Windows NT приложения совместно используют ряд ресурсов
системы ,включая память
компьютера ,устройства ввода - вывода ,файлы и
процессор(ы) системы. Windows NT включает набор компонентов безопасности
,которые гарантируют,
что приложения не смогут обратиться к этим ресурсам
без соответствующего разрешения .
Монитор безопасности отвечает за
проведение в жизнь политики проверки правильности доступа и контроля
,определённой локальной подсистемой безопасности .Монитор безопасности
обеспечивает услуги по подтверждению доступа к объектам ,проверке привилегий
пользователя и ге- нерации сообщений как для привилегированного режима ,так и
для режима пользователя .Монитор безопасности ,подобно другим частям
операционной системы ,выполняется в привилегированном режиме .
Процесс входа в систему в Windows NT
предусматривает обязатель- ный вход в систему безопасности для идентификации
пользователя .Каждый пользователь должен иметь бюджет и должен использовать
пароль для обра- щения к этому бюджету .
Прежде чем пользователь сможет обратиться к
любому ресурсу компьюте- ра с Windows NT ,он должен войти в систему через
процесс входа в систему для того ,чтобы подсистема безопасности могла
распознать имя пользовате- ля и пароль .Только после успешного установления
подлинности монитор без-опасности выполняет процедуру проверки правильности
доступа для опреде-ления права пользователя на обращение к этому объекту .
Защищённость ресурсов - одна из
особенностей ,предоставляемая моделью безопасности .Задачи не могут обращаться
к чужим ресурсам (типа памяти) иначе ,чем через применение специальных
механизмов совместного использования .
Windows NT также предоставляет
средства контроля ,которые позво- ляют администратору фиксировать действия
пользователей .
Итоги
Подводя итоги всему вышеописанному хочу
сказать ,что это только маленькая часть всех возможностей , которые заложены
в Windows NT .Хочу
-11-
кратко перечислить достоинства Windows NT :
1. Это современная ОС
,отвечающая требованиям современной аппаратуры !
2. Это прекрасно совместимая с
другими ОС !
3. Это многозадачная
(мультизадачная) ОС !
4. Это хорошо защищённая ОС !
5. И это удобная и надёжная ОС
!
Для составления реферата я пользовался
материалами еженедельника ComputerWeek Moscow и материалами книги “Ресурсы
Windows NT” издатель-ства “BHV - Санкт-Петербург”.