Загальна характеристика операційної системи Windows NT.

Windows NT (Windows New Technology) - це 32-розрядна операційна система з пріоритетною багатозадачністю. Вона належить до ОС, які працюють у режимі витіснення, з вбудованими мережевими функціями та системою безпеки. Інші характеристики цієї ОС такі:

• наявність графічного інтерфейсу;

• сумісність з різними ОС (OS/2, MS-DOS, Windows З.х, 95, POSIX);

• можливість перенесення ОС на RISC- та CISC-процесори;

• масштабованість - можна працювати на одно- та багатопроцесорних системах, підтрим­ка кластерів комп' ютерів;

• система безпеки створює для кожного застосування повністю незалежне оточення;

• поліпшені можливості локалізації завдяки підтримці стандарту ISO Unicode.

ОС Windows NT буває двох конфігурацій:

• Windows NT Workstation (робоча станція Windows NT);

• Windows NT Server (сервер Windows NT).

Windows NT Workstation підтримує роботу до десяти користувачів. Вона може виконувати серверні функції у невеликих мережах робочих груп. Windows NT Server орієнтовано на виконання серверних функцій у великих мережах з інтенсивним трафіком.

ОС Windows NT має модульну структуру. Головні вирішення, вперше застосовані у ній, були свого часу новаторськими. Багато з них запозичили інші операційні системи, зокрема Windows 95. ОС Windows NT не можна однозначно віднести ні до однорангових мереж, ні до мереж з призначеним сервером. З одного боку, WindowsNT підтримує однорангову модель, і навіть сервер Windows NT не є призначеним (за ним може працювати користувач). З іншого, у мережі WindowsNT можна функціонально закріплювати за серверами та робочими станціями певні функції, конфігуруючи їх як файлові сервери, сервери баз даних, застосувань тощо. Така модель є гнучкішою, ніж у системах Netware. Цим пояснюється популярність WindowsNT як ОС для систем керування нижчого та середнього класу складності.

Рівень апаратних абстракцій (Hardware Abstraction Layer (HAL)) віртуалізує апаратні інтерфейси, робить решту операційної системи незалежною від конкретних особливостей апаратури. Цей рівень допомагає також переносити WindowsNT на іншу апаратну платформу (ідею віртуалізації ми вперше описали на прикладі віртуального термінала, файлу, емуляції систем). Рівень апаратних абстракцій дає змогу 'приховати' від інших рівнів ОС особливості реалізації симетричних багатопроцесорних систем.

Рівень апаратних абстракцій (Hardware Abstraction Layer (HAL)) віртуалізує апаратні інтерфейси, робить решту операційної системи незалежною від конкретних особливостей апаратури. Цей рівень допомагає також переносити WindowsNT на іншу апаратну платформу (ідею віртуалізації ми вперше описали на прикладі віртуального термінала, файлу, емуляції систем). Рівень апаратних абстракцій дає змогу 'приховати' від інших рівнів ОС особливості реалізації симетричних багатопроцесорних систем.

Ядро (Kernel) координує виконання базових операцій WindowsNT. Воно відповідає за плану­вання та диспетчеризацію роботи процесора(рів), зокрема диспетчеризацію різних потоків керування. Потік керування визначають у контексті процесу і він е деякою послідовністю команд. Процес у WindowsNT може мати декілька таких потоків, виконання яких відбувається на кількох процесорах. Ядро виконує диспетчеризацію так, щоб найефективніше завантажити наявні процесори та забезпечити пріоритетність опрацювання (визначено 32 рівні пріоритетів, структу-рованих у два класи: реального часу (real time) та змінний (variable)). Ядро керує двома типами об'єктів.

• Об'єкти диспетчеризації використовують для синхронізації системних операцій. Кожен з них має певний сигнальний стан. Об'єктами диспетчеризації є події, мутанти, мутекси, семафори, потоки керування та таймери.

• Об'єкти керування застосовують для реалізації функцій керування, однак безпосе­редньо вони на диспетчеризацію не впливають. До об'єктів керування належать асинхронні виклики процедур, переривання, процеси та профілі.

Ядро спеціально оптимізоване щодо розміру та ефективності функціонування. Воно постійно міститься у пам'яті.

Система виконання (executive) складається з окремих модулів, кожен з яких спроекто­вано для виконання визначеного набору функцій. Стосовно верхніх рівнів ієрархії у структурі ОС модулі працюють як сервери, за відповідними запитами надаючи сервісне обслуговування. Завдяки цьому досягається можлива оптимізація серверів на виконання своїх функцій, незалежність серверів та їхніх клієнтів, приховування деталей реалізації серверів від клієнтів, єдині інтерфейси запиту сервісів. Розглянемо функції окремих модулів.

Диспетчер об 'єктів створює, знищує та стежить за використанням об'єктів процесами системи. До об'єктів належать деякі елементи ОС часу виконання, такі як об'єкти каталогу, об'єкти символьних зв'язків, семафори, події, процеси, потоки керування, порти, файли та ін. Після створення об'єкта диспетчер видає його вказівник та дескриптор. Отже, у структурі WindowsNT значною мірою використана об'єктна парадигма.

Диспетчер процесів простежує об'єкти процесів та потоків керування. Для процесу визначають адресний простір, набір доступних об'єктів, сукупність потоків керування. Кожен потік керування має власний набір регістрів, стек ядра, блок середовища, стек користувача. Диспетчер процесів створює та закінчує процеси, однак не групує їх та не створює між ними відношень породження.

Диспетчер віртуальної пам 'яті виконує сторінковий обмін процесів. Кожен процес може використовувати до 4 Гб власної віртуальної пам'яті, половина з якої відведена для системи, а решта - для програми. Диспетчер віртуальної пам'яті відображає віртуальні адреси в адресному просторі процесу на фізичні сторінки у пам'яті комп'ютера, реалізує режим незалежності адрес­них просторів різних процесів, через що один процес не може змінювати пам'ять іншого без дозволу.

Засоби виклику локальних процедур. Застосування та підсистеми середовища взаємодіють як клієнти з серверами. Для реалізації такого механізму WindowsNT надає засоби виклику локальних процедур (Local Procedure Call (LPC)).

Диспетчер уведення-виведення. Головне призначення цього диспетчера-координування та керування роботою драйверів. WindowsNT використовує драйвери пристроїв, файлової системи, мережеві. Диспетчер реалізує їхню взаємодію. Кожен з типів драйверів відповідає за логічно завершений набір функцій. Драйвери нижнього рівня керують фізичними пристроями комп'ю­тера. Драйвери верхніх рівнів не вникають у деталі реалізації та роботи пристроїв, а просто звертаються до драйверів пристроїв згідно з визначеними інтерфейсами. До драйверів верхніх рівнів належать мережеві драйвери, файлові системи, мережеві редиректори.

Драйвери взаємодіють між собою, надсилаючи спеціальні пакети введення-виведення диспетчеру введення-виведення, який або блокує виконання застосування до завершення виведення (синхронне введення-виведення), або дає змогу продовжити роботу відразу ж після розміщення запиту на виведення у черзі (асинхронне введення-виведення). Після завершення асинхронної операції диспетчер сигналізує застосуванню.

Серед драйверів виділяється єдиний диспетчер кешу, функцією якого є ефективне керування кешом - завантаження та вивантаження інформації з кешу для всіх файлових систем та мережевих застосувань, динамічне вибирання розміру кешу залежно від ємності вільної пам'яті, підтримка служб відкладеного фіксування та відкладеного записування (записування інформації або фіксування транзакційних змін у реєстрах відбуваються після того, як зменшиться завантаження процесора). WindowsNT підтримує також кілька драйверів файлових систем (FAT, HPFS, NTFS).

Підсистеми середовища працюють у користувацькому режимі. Вони відображають верхній щодо системи виконання рівень абстракції. Головне завдання підсистем середовища -емулювати для застосування роботу у певній операційній системі. Вони є незалежними, захищеними процесами. Збій в окремій підсистемі не зумовить збою інших підсистем або ОС (за винятком центральної підсистеми Win32, збій у якій спричинює зависання системи).