|
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
computing
), так и на компьютерах с RISC - процессорами , имеющими сокра-
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-
лее
.Дальнейший материал посвящён детальному
рассмотрению каждого из
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-
редную обработку нитей с более высоким
приоритетом . ( Всего существует
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-
пускает использование множества файловых систем , включая существующие
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".
|
|
|
