Архитектурные модули Windows NT

Архитектурные модули Windows NT.

Основными модулями Windows NT являются (перечислены в по- I рядке следования от нижнего уровня архитектуры к верхнему): уровень аппаратных абстракций HAL (Hardware Abstraction Layer), ядро (Kernel), исполняющая система (Executive), защищенные подсистемы [ (protected subsystems) и подсистемы среды (environment subsystems).

Уровень аппаратных абстракций виртуализирует аппаратные ин­терфейсы, обеспечивая тем самым независимость остальной части операционной системы от конкретных аппаратных особенностей. I Подобный подход позволяет обеспечить легкую переносимость Windows NT с одной аппаратной платформы на другую.

Ядро является основой модульного строения системы и координирует выполнение большинства базовых операций Windows NT. Этот компонент специальным образом оптимизирован по занимае­мому объему и эффективности функционирования. Ядро отвечает I за планирование выполнения потоков, синхронизацию работы не­скольких процессоров, обработку аппаратных прерываний и исклю­чительных ситуаций.

Исполняющая система включает в свой состав набор программ­ных конструкций привилегированного режима (kernel mode), пред­ставляющих базовый сервис операционной системы подсистемам среды. Исполняющая система состоит из нескольких компонент, каждая из них предназначена для поддержки определенного систем­ного сервиса. Так, один из компонент — монитор безопасности (Se­curity Reference Monitor) — функционирует совместно с защищенными подсистемами и обеспечивает реализацию модели безопасно­сти системы.

Подсистемы среды представляют собой защищенные серверы пользовательского режима (user-mode), которые обеспечивают выполнение и поддержку приложений, разработанных для различною операционного окружения (различных операционных систем). Примером подсистем среды могут служить подсистемы Win32 и OS/2

Уровень аппаратных абстракций (HAL) представляет собой создаваемый производителями аппаратных средств слой программного обеспечения, который скрывает (или абстрагирует) особенности и различия аппаратуры от верхних уровней операционной системы. Таким образом, благодаря обеспечиваемому HAL фильтру, различ­ные аппаратные средства выглядят аналогично с точки зрения опе­рационной системы; снимается необходимость специальной настройки операционной системы под используемое оборудование.

Ядро (Kernel) работает в тесном контакте с уровнем аппаратных абстракций. Этот модуль в первую очередь занимается планирова­нием действий процессора. В случае, если компьютер содержит несколько процессоров, ядро синхронизирует их работу с целью до­стижения максимальной производительности системы.

Ядро осуществляет диспетчеризацию потоков (threads — нитей управления, которые иногда называются подзадачами, ответвления­ми), которые являются основными объектами в планируемой системы. Потоки определяются в контексте процесса; процесс включает адресное пространство, набор доступных процессу объектов и сово­купность выполняемых в контексте процесса потоков управления. Объектами являются управляемые операционной системой ресурсы.

Подкомпоненты исполняющей системы, такие, как диспетчер ввода-вывода и диспетчер процессов, используют ядро для синхронизации действий. Они также взаимодействуют с ядром для более высоких уровней абстракции, называемых объектами ядра; некоторые из этих объектов экспортируются внутри пользовательских вы зовов 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, мутанты, мутэксы, семафоры, потоки управления и таймеры (events, mutants, mutexes, semaphores, threads, timers).

Управляющие объекты (control objects) используются для операций управления ядра, но не воздействуют на диспетчеризацию или синхронизацию.

Управляющие объекты включают в себя асинхронные вызовы процедур, прерывания, уведомления и состояния источника пита­ния, процессы и профили (asynhcronous procedure calls, interupts, po wer notifies, power statuses, processes, profiles).

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);

• средства вызова локальных процедур (Local Procedure Call Fa­cility);

• диспетчера ввода-вывода (I/O Manager);

• монитора безопасности (Security Reference Monitor).

Монитор безопасности совместно с процессором входа в систе­му (Logon) и защищенными подсистемами реализует модель безопас­ности Windows NT.

Диспетчер кэша. Архитектура ввода-вывода содержит единственный диспетчер кэша (Cache Manager), который осуществляет кэширование для всей системы ввода-вывода. Кэширование (Caching) метод, используемый файловой системой для увеличения эффективности. Вместо непосредственной записи и считывания с диска часто используемые файлы временно сохраняются в кэш-памяти; таким образом, работа с этими файлами выполняется в памяти. Операции с данными, находящимися в памяти, производятся зна­чительно быстрее операций с данными на диске.

Драйверы файловой системы. В архитектуре ввода - вывода Windows NT управление драйверами файловой системы осуществляй диспетчер ввода-вывода. Windows NT допускает 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 поддерживает файловые системы FAT и HPFS.

Кроме того, Windows NT также поддерживает NTFS — новую файловую систему, разработанную специально для использования с Windows NT. NTFS обеспечивает ряд возможностей, включая средства восстановления файловой системы, поддержку Unicode, длинных имен файлов и поддержку для POSIX.

Сетевые драйверы. Следующим типом драйверов, присутствующих в качестве компонентов в архитектуре ввода-вывода, являются сетевые драйверы. Windows NT включает интегрированные возможности работы с сетями и поддержку для распределенных приложений.

Модель безопасности Windows NT — представлена монитором безопасности (Security Reference Monitor), а также двумя другими компонентами: процессором входа в систему (Logon Process) и без­опасными защищенными подсистемами.

В многозадачной операционной системе, каковой является Win­dows NT, приложения совместно используют ряд ресурсов системы, исключая 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.