2. Обзор семейства операционных систем Microsoft Windows. Базовая архитектура Windows 2000, программные компоненты системы.

Обзор семейства операционных систем Microsoft Windows.

Графические интерфейсы и расширения для DOS.

Эти версии Windows не были полноценными операционными системами, а являлись надстройками к операционной системе MS-DOS и были по сути многофункциональным расширением, добавляя поддержку новых режимов работы процессора, поддержку многозадачности, обеспечивая стандартизацию интерфейсов аппаратного обеспечения и единообразие для пользовательских интерфейсов программ. Предоставляли встроенные средства (GDI и USER, первые версии Windows вообще состояли из трех модулей — KERNEL, GDI и USER, первый из них предоставлял вызовы управления памятью, запуском EXE файлов и загрузкой DLL файлов, второй — графику, третий — окна) для создания графического интерфейса пользователя. Они работали с процессорами начиная с Intel 8086.

• Windows 1.0 (1985)

• Windows 2.0 (1987)

• Windows 2.1 (Windows 386) (1987) — в системе появилась возможность запуска DOS-приложений в графических окнах, причём каждому приложению предоставлялись полные 640 Кб памяти. Полная поддержка процессора 80286. Появилась поддержка процессоров 80386.

• Windows 3.0 (1990) — улучшена поддержка процессоров 80386 и защищённого режима.

• Windows 3.1 (1992) — серьёзно переработанная Windows 3.0; устранены UAE (Unrecoverable Application Errors — фатальные ошибки прикладных программ), добавлен механизм OLE, печать в режиме WYSIWYG («что видите, то и получите»), шрифты TrueType, изменён Проводник (диспетчер файлов), добавлены мультимедийные функции.

• Windows для рабочих групп (Windows for Workgroups) 3.1/3.11 — первая версия ОС семейства с поддержкой локальных сетей. В WFWG 3.11 также испытывались отдельные усовершенствования ядра, применённые позднее в Windows 95.

Семейство Windows 9x.

Включает в себя Windows 95, Windows 98 и Windows Me.

Windows 95 была выпущена в 1995 году. Её отличительными особенностями являются новый пользовательский интерфейс, поддержка длинных имён файлов, автоматическое определение и конфигурация периферийных устройств Plug and Play, способность исполнять 32-битные приложения и наличие поддержки TCP/IP прямо в системе. Windows 95 использует вытесняющую многозадачность и выполняет каждое 32-битное приложение в своём адресном пространстве.

Операционные системы этого семейства не являлись безопасными многопользовательскими системами как Windows NT, поскольку из соображений совместимости вся подсистема пользовательского интерфейса и графики оставалась 16-битной и мало отличалась от той, что в Windows 3.x. Так как этот код не был thread-safe, все вызовы в подсистему оборачивались в мьютекс по имени Win16Lock, который кроме того еще и находился всегда в захваченном состоянии во время исполнения 16битного приложения. Таким образом, «повисание» 16-битного приложения немедленно блокировало всю ОС.

Программный интерфейс был подмножеством Win32 API поддерживаемым Windows NT, но имел поддержку юникода в очень ограниченном объёме[9]. Также в нём не было должного обеспечения безопасности (списков доступа к объектам и понятия «администратор»).

В составе Windows 95 присутствовал MS-DOS 7.0, однако его роль сводилась к обеспечению процесса загрузки и исполнению 16-битных DOS приложений. Исследователи заметили, что ядро Windows 95 — VMM — обращается к DOS под собой, но таких обращений довольно мало, главнейшая функция ядра DOS — файловая система FAT — не использовалась. В целом же интерфейс между VMM и нижележащей DOS никогда не публиковался, и DOS была замечена (тем же Эндрю Шульманом) в наличии недокументированных вызовов только для поддержки VMM.

Семейство Windows NT.

Операционные системы этого семейства в настоящее время работают на процессорах с архитектурами x86, x64, и Itanium,ARM. Ранние версии (до 4.0 включительно) также поддерживали некоторые RISC-процессоры: Alpha, MIPS, и Power PC. Все операционные системы этого семейства являются полностью 32- или 64- битными операционными системами, и не нуждаются в MS-DOS даже для загрузки.

Только в этом семействе представлены операционные системы для серверов. До версии Windows 2000 включительно они выпускались под тем же названием, что и аналогичная версия для рабочих станций, но с добавлением суффикса, например «Windows NT 4.0 Server» и «Windows 2000 Datacenter Server». Начиная с Windows Server 2003, серверные операционные системы называются по-другому.

• Windows NT 3.1 (1993)

• Windows NT 3.5 (1994)

• Windows NT 3.51 (1995)

• Windows NT 4.0 (1996)

• Windows 2000 (2000) — Windows NT 5.0

• Windows XP (2001) — Windows NT 5.1

• Windows XP 64-bit Edition (2006) — Windows NT 5.2

• Windows Server 2003 (2003) — Windows NT 5.2

• Windows Vista (2006) — Windows NT 6.0

• Windows Home Server (2007) — Windows NT 5.2

• Windows Server 2008 (2008) — Windows NT 6.0

• Windows Small Business Server (2008) — Windows NT 6.0

• Windows 7 — Windows NT 6.1 (2009)

• Windows Server 2008 R2 — Windows NT 6.1 (2009)

• Windows Home Server 2011 — Windows NT 6.1 (2011)

• Windows 8 — Windows NT 6.2 (2012)

• Windows Server 8 — Windows NT 6.2 (2012)

В основу семейства Windows NT положено разделение адресных пространств между процессами. Каждый процесс имеет возможность работать с выделенной ему памятью. Однако он не имеет прав для записи в память других процессов, драйверов и системного кода.

Семейство Windows NT относится к операционным системам с вытесняющей многозадачностью. Разделение процессорного времени между потоками происходит по принципу «карусели». Ядро операционной системы выделяет квант времени (в Windows 2000 квант равен примерно 20 мс) каждому из потоков по очереди при условии, что все потоки имеют одинаковый приоритет. Поток может отказаться от выделенного ему кванта времени. В этом случае система перехватывает у него управление (даже если выделенный квант времени не закончен) и передаёт управление другому потоку. При передаче управления другому потоку система сохраняет состояние всех регистров процессора в особой структуре в оперативной памяти. Эта структура называется контекстом потока. Сохранение контекста потока достаточно для последующего возобновления его работы.

Семейство ОС для карманных компьютеров.

Это семейство операционных систем реального времени было специально разработано для мобильных устройств. Поддерживаются процессоры ARM, MIPS, SuperH и x86. В отличие от остальных операционных систем Windows, операционные системы этого семейства продаются только в составе готовых устройств, таких как смартфоны, карманные компьютеры, GPS навигаторы, MP3 проигрыватели, и другие.

В настоящее время под термином «Windows CE» понимают только ядро операционной системы. Например Windows Mobile 5.0 включает в себя ядро Windows CE 5.0, хотя в некоторых устройствах ядро Windows CE используется и без Windows Mobile.

• Windows CE

• Windows Mobile

• Windows Phone

Семейство встраиваемых ОС Windows Embedded.

Windows Embedded — это семейство операционных систем реального времени, было специально разработано для применения в различных встраиваемых системах. Ядро системы имеет общее с семейством ОС Windows CE и поддерживает процессоры ARM, MIPS, SuperH и x86. Windows Embedded включает дополнительные функции по встраиванию, среди которых фильтр защиты от записи (EWF и FBWF), загрузка с флеш-памяти, CD-ROM, сети, использование собственной оболочки системы и т. п.

В отличие от операционных систем Windows, операционные системы этого семейства продаются только в составе готовых устройств, таких как: банкоматы, медицинские приборы, навигационное оборудование, «тонкие» клиенты, VoIP-терминалы, медиапроигрыватели, цифровые рамки (альбомы), кассовые терминалы, платёжные терминалы, роботы, игровые автоматы, музыкальные автоматы, и другие.

В настоящее время выпускаются следующие варианты ОС Windows Embedded:

• Windows Embedded CE,

• Windows Embedded Standard,

• Windows Embedded POSReady,

• Windows Embedded Enterprise,

• Windows Embedded NavReady,

• Windows Embedded Server.

Microsoft Windows N.

Microsoft Windows N — версии Microsoft Windows, из которых корпорацией Microsoft были удалены компоненты, не совместимые с законодательством стран Европейского союза.

Базовая архитектура Windows 2000, программные компоненты системы.

Windows 2000, вышедшая 17 февраля 2000 г. операционная система Microsoft. Она основана на технологии Windows NT, что отражено в первоначальном названии проекта Windows NT 5.0. NT.

NT представляет из себя модульную (более совершенную, чем монолитная) операционную систем/ состоящую из отдельных взаимосвязанных относительно простых модулей. Основными модулями NT являются: уровень аппаратных абстракций HAL (Hardware Abstraction Layer), ядро (Kernel), исполняющая система (Executive), защищенные подсистемы (protected subsystems) и подсистемы среды (environment subsystems). Модули перечислены в порядке следования от нижнего уровня архитектуры к верхнему.

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

Ядро является основой модульного строения системы и координирует выполнение большинства базовых операций NT.

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, 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), -соторые обеспечивают выполнение и поддержку приложений, разработанных для различного операционного окружении (операционных систем). Примером подсистем среды могу г служить подсистемы Win32, OS/2 и POSIX.

Wmdpws 2000 - полностью 32-разрядная ОС с приоритетной многозадачностью и улучшенной реализацией работы с памятью. В основе проекта Windows 2000 лежат те же принципы, которые когда-то обеспечили успех NT:

1. Совместимость (Compatibility). Система имеет привычный интерфейс ОС семейства Windows, поддержку файловых систем "NTFS5, NTFS4, FAT16 и FAT32 Большинство приложений, написанных под MSDOS, W9x, NT4, а также некоторые программы под OS/2 и POSIX запускаются и функционируют без проблем. При проектировании NT учитывалась возможность работы системы в различных сетевых средах, по этому в поставку входят средства для работы в Unix и Novell сетях

2 Переносимость {Portability), Система работает на раз личных процессорах семейства х86 производства Intel и AMD. Реализация поддержки процессоров других архитектур возможна, но потребует определенных усилий.

3. Масштабируемости}, (Scalability). В W2k реализована поддержка технологий SMP и COW (Cluster Of Workstations). Количество процессоров при использовании SMP может достигать 32 (64, при использовании ядра и HAL-a, написанного производителем компьютера).

4. Система безопасности (Security) полностью удовлетворяет спецификации С2 по терминологии АНБ США. Правда для полной поддержки потребуется оборудование, которое также удовлетворяет этой спецификации.

5. Распределенная обработка (Distributed processing). W2k имеет встроенные в систему сетевые возможности, что обеспечивает возможность связи с различными типами компьютеров-хостов благодаря наличию разнообразных транспортных протоколов и технологии «клиент-сервер».

6. Надежность и отказоустойчивость (Reliability and robustness). Архитектура ОС защищает приложения от повреждения друг другом и самой операционной системой. При этом используется отказоустойчивая структурированная обработка особых ситуаций на всех архитектурных уровнях, которая включает восстанавливаемую файловую систему NTFS и обеспечивает защиту с помощью встроенной системы безопасности и усовершенствованных методов управления памятью.

7. Локализация (Localization). Система предоставляет возможности для работы во многих странах мира на национальных языках, что достигается применением стандарта ISO Unicode.

8 Расширяемость (Extensibility). Благодаря модульному построению системы становится возможно добавление новых модулей на различные архитектурные уровни ОС.

Windows 2000 вышла в нескольких редакциях: Windows 2000 Professional, Windows 2000 Server, Windows 2000 Advanced Server и Windows 2000 DataCcnter Server. Отличаются они друг от друга, во-первых, количеством служб и программ, входящих в поставку, во-вторых, степенью поддержки аппаратного обеспечения. Например, Professional не поддержит больше 2 процессоров, Server поддержит уже 4 процессора, Advanced Server — 8 процессоров, a DataCentcr — 64. Кроме этого, они сильно различаются но цене.