Windows NT - OC нового покоління!
На даний момент світова комп'ютерна індустрія розвивається дуже стрімко.
Продуктивність систем зростає, а отже зростає можливість
обробки великих обсягів даних.
Операційні системи класу MS-DOSа вже не справляються з таким потоком даних і
не можуть цілком використовувати ресурси сучасних комп'ютерів. Тому в
Останнім часом відбувається перехід на більш потужні і найбільш досконалі
операційні системи класу UNIX, прикладом яких і є Windows NT,
випущена корпорацією Microsoft.
Перш ніж почати говорити про Windows NT я хотів би запропонувати статтю з
тижневика ComputerWeek Moscow від 1-7 лютого 1996, яка висловлює думку
виробників комп'ютерних систем з питання про перспективність Windows NT: "
Виробники комп'ютерів покладають великі надії на NT.
Виробники готові кинути на ринок лавину робочих станцій і серверів з
попередньо встановленими Windows NT і Gibraltar, новим серверним ПЗ для
Internet. Microsoft не публікує дані про інстальованої базі NT, однак
стверджує, що більше 40 компаній збираються використовувати NT Workstation в
якості ОС більш ніж на 10. 000 ПК. До того ж, за даними декількох
консалтингових фірм, на місяць продається більше 30. 000 копій ОС NT Server. Ці
цифри змушують замислитися про те, як би не спізнитися.
"Ніхто не заперечує, NT - це удача Microsoft", - вважає Маріса Хейнс, начальник відділу
маркетингу продуктів MIPS - NT компанії NEC Technologies.
Ось чому Compaq, Dell, Gateway 2000, NEC, NetFrame та інші виробники
комп'ютерів представляють нові NT - системи.
11 грудня NEC перейшла в наступ одночасно на ринку серверів і настільних
комп'ютерів, випустивши RISC server 2250 і RISC station 2250. Вартість систем -
від 5500 до 23500 US $, їх конфігурація може включати в себе два мікропроцесора
Mips R4400 з тактовою частотою 250 Мгц. RISC station компанії NEC має
вбудовані засоби обробки тривимірних графічних додатків, написаних на
OpenGL, і призначаються для застосування в області САПР і мультимедіа -
додатків. RISC server, який визначається як комунікаційний сервер загального
призначення, підтримують пакет Microsoft BackOffice.
У промислових колах говорять, що NEC готує ще ряд серверів з встановленим
ПО Gibraltar, які вона збирається випустити на ринок на початку цього року.
"Скоро ми дізнаємося детальніше про ці плани", - впевнена Хейнс.
Компанія NetFrame послідувала прикладу NEC і закинула NetWare.
Вона щойно розпочала випуск Cluster Server 8500 - чотирьохканального
багатопроцесорного сервера з високою вимогливого. Його мінімальна ціна -
31900 US $.
"Ходить багато розмов про відмовостійких NT - серверах, але сьогодні тільки ми
поставляємо такі системи ", - заявив Кевін Кін, начальник відділу маркетингу
продукції компанії NetFrame.
Принаймні один реселлер NetFrame - корпорація Lantec - з ентузіазмом
очікує нові сервери. "У нас багато контрактів на NT, - говорить Джеррі Біл,
провідний інженер сервісної служби Lantec, - NetFrame допоможе нам частково
задовольнити ці замовлення ".
Тим часом Compaq, Dell і Getway готують NT - сервери на базі мікропроцесорів
Pentium Pro компанії Intel. Очікується, що NT стане провідною ОС для Pentium Pro,
оскільки Windows 95 містить 16 - ти розрядний код і працює на Pentium Pro не
так швидко, як повністю 32-х розрядна NT. У 1996 році обсяг продажів NT буде
наростати, швидше за все, як сніжний ком. "Далі я постараюся найбільш коротко
розповісти про внутрішній устрій Windows NT і про взаємодію її внутрішніх
модулів.
Коли користувач вперше бачить операційну систему Microsoft Windows NT, йому
в очі впадає виразне зовнішню схожість з улюбленим інтерфейсом системи
Windows 3. x. Однак це видиму подібність є лише незначною частиною
Windows NT.
Windows NT є 32-ух розрядної операційною системою з пріоритетною
багатозадачністю. В якості фундаментальних компонентів до складу операційної
системи входять засоби забезпечення безпеки і розвинений мережевий сервіс.
Windows NT також забезпечує сумісність з багатьма іншими операційними і
файловими системами, а також з мережами.
Windows NT здатна функціонувати як на комп'ютерах, оснащених CISC -
процесорами зі складною системою команд (complex instruction set computing),
так і на комп'ютерах з RISC - процесорами, що мають скорочений набір
інструкцій (reduced instruction set computing). Операційна система Windows
NT також підтримує високопродуктивні системи з мультипроцесорної
конфігурацією.
Знайомим в Windows NT є тільки зовнішній вигляд. За графічним
призначеним для користувача інтерфейсом ховаються потужні можливості. Наводячи оглядові
відомості за складовими Windows NT компонентів я постараюся більш детально
розглянути деякі з них.
Завдання, поставлені під час створення Windows NT Система Windows NT не є
подальшим розвитком раніше існуючих продуктів. Її архітектура створювалася
з нуля з урахуванням пропонованих до сучасної операційній системі вимог.
Особливості нової системи, розробленої на основі цих вимог, перераховані
нижче.
Прагнучи забезпечити сумісність (compatible) нової операційної сис теми,
розробники Windows NT зберегли звичний інтерфеіс Windows і реалізували
підтримку існуючих файлових систем (таких, як FAT) і різних додатків
(написаних для MS - Dos, OS/2 1. x, Windows 3. x і POSIX). Розробники також
включили до складу Windows NT засоби роботи з різними мережевими засобами.
Досягнуто переносимість (portability) системи, що може тепер працювати
як на CISC, так і на RISC - процесорах. До CISC відносяться Intel сумісні
процесори 80386 і вище; RISC представлені системами з процесорами MIPS R4000,
Digital Alpha AXP і Pentium серії P54 і вище.
Масштабованість (scalability) означає, що Windows NT не прив'язана до
однопроцесорній архітектурі комп'ютерів, а здатна повністю використовувати
можливості, що надаються симетричними мультіпроцесорними системами. В
даний час Windows NT може функціонувати на комп'ютерах з числом
процесорів від 1 до 32. Крім того, у разі ускладнення що стоять перед
користувачами завдань і розширення пред'являються до комп'ютерної середовищі вимог,
Windows NT дозволяє легко додавати більш потужні і продуктивні сервери і
робочих станцій до корпоративної мережі. Додаткові переваги дає
використання єдиного середовища розробки і для серверів, і для робочих станцій.
Windows NT має однорідну систему безпеки (security), що задовольняє
специфікаціям уряду США і відповідну стандарту безпеки В2. В
корпоративному середовищі критичним додаткам забезпечується повністю
ізольоване оточення.
Розподілена обробка (distributed processing) означає, що Windows NT
має вбудовані в систему мережні можливості. Windows NT також дозволяє
забезпечити зв'язок з різними типами хост - комп'ютерів завдяки підтримці
різноманітних транспортних протоколів і використання коштів "клієнт-сервер"
високого рівня, включаючи іменовані канали, виклики віддалених процедур (RPC -
remote procedure call) і Windows - сокети.
Надійність і відмовостійкість (reliability and robustness) забезпечують
архітектурними особливостями, які захищають прикладні програми від
пошкодження один одним і операційною системою. Windows NT використовує
відмовостійку структуровану обробку особливих ситуацій на всіх
архітектурних рівнях, яка включає відновлювану файлову систему NTFS
і забезпечує захист за допомогою вбудованої системи безпеки і
вдосконалених методів управління пам'яттю.
Можливості локалізації (allocation) представляють засоби для роботи в багатьох
країнах світу на національних мовах, що досягається застосуванням стандартаISO
Unicod (розроблено міжнародною організацією зі стандартизації).
Завдяки модульній побудові системи забезпечується розширюваність
(insibility) Windows NT, що, як буде показано в наступному поділу-ле,
дозволяє гнучко здійснювати додавання нових модулів на різні рівні
операційної системи.
Архітектурні модулі Windiws NT Як показано на наступному малюнку, Windows NT
представляє із семодульную (більш досконалу, ніж монолітна) операційну
систему, яка складається з окремих взаємопов'язаних відносно простих
модулів.
Основними модулями Windows NT є (перелічені в порядку проходження від
нижнього рівня архітектури до верхнього): рівень апаратних абстракцій HAL
(Hardware Abstraction Layer), ядро (Kernel), що виконує система (Executive),
захищені підсистеми (protected subsystems) і підсистеми середовища (environment
subsystems).
Модульна структура Windows NT

 Короткий опис модульної структури Windows NT представлено далі. Подальший
матеріал присвячений детального розгляду кожного з компонентів Windows NT,
починаючи з рівня апаратних абстракцій HAL, який розташовується між
апаратними засобами комп'ютера і іншою частиною операційної системи.
Рівень апаратних абстракцій віртуалізується апаратні інтерфейси, забезпечуючи
тим самим незалежність іншої частини операційної системи від конкретних
апаратних особливостей. Подібний підхід дозволяє забезпечити легку
переносимість Windows NT з однієї апаратної платформи на іншу.
Ядро є основою модульної будови системи і координує виконання
більшості базових операцій Windows NT. Цей компонент спеціальним чином
оптимізовано за займаним обсягом і ефективності функціонування. Ядро
відповідає за планування виконання потоків, синхронізацію роботи кількох
процесорів, обробку апаратних переривань і виняткових ситуацій.
Виконуюча система включає до свого складу набір програмних конструкцій
привілейованого режиму (kernel - mode), що представляють базовий сервіс
операційної системи підсистем середовища. Виконуюча система складається з
кількох компонентів, кожна з них призначена для підтримки певного
системного сервісу. Так, один із компонентів - монітор безпеки (Security
Reference Monitor) - функціонує разом із захищеними підсистемами і
забезпечує реалізацію моделі безпеки системи.
Підсистеми середовища являють собою захищені сервери режиму користувача
(user-mode), які забезпечують виконання та підтримку програм,
розроблених для різного операційного оточення (різних операційних
систем). Прикладом підсистем середовища можуть служити підсистеми Win32, OS/2.
Рівень апаратних абстракцій Рівень апаратних абстракцій (HAL) являє
собою створюваний виробниками апаратних засобів шар програмного
забезпечення, що приховує (або абстрагує), особливості та відмінності
апаратури від верхніх рівнів операційної системи. Таким чином, завдяки
забезпечуваному HALом фільтру, різні апаратні засоби виглядають аналогічно
з точки зору операційної системи; знімається необхідність спеціальної
поднастройкі операційної системи під використовуване обладнання.
При створенні рівня апаратних абстракцій ставилося завдання підготовки процедур,
які дозволяли б єдиному драйверу конкретного пристрою підтримувати
функціонування цього пристрою для всіх платформ. HAL орієнтований на велику
кількість різновидів апаратних платформ з однопроцесорній архітектурою; таким
чином для кожного з апаратних варіантів не потрібно окремої версії
операційної системи.
Процедури HAL називаються як засобами операційної системи (включаючи ядро), так
і драйверами пристроїв. При роботі з драйверами пристроїв рівень апаратних
абстракцій забезпечує підтримку різних технологій введення - виведення (замість
традиційної орієнтації на одну апаратну реалізацію або що потребує значних
витрат адаптації під кожну нову апаратну платформу).
Рівень апаратних абстракцій дозволяє також "приховувати" від інших рівнів
операційної системи особливості апаратної реалізації симетричних
мультипроцесорних систем.
Ядро Ядро (Kernel) є "серцем" Windows NT і працює в тісному контакті з
рівнем апаратних абстракцій. Цей модуль, в першу чергу, займається
плануванням дій комп'ютерного процесора. У випадку якщо комп'ютер
містить кілька процесорів, ядро синхронізує їх роботу з метою досягнення
максимальної продуктивності системи.
Ядро здійснює диспетчеризацію ниток управління (threads, іноді називаються
підзадачами, відгалуженнями або потоками), які є основними об'єктами
в планованої системі. Нитки управління визначаються в контексті процесу
; процес включає адресний простір, набір доступних процесу об'єктів і
сукупність виконуваних у контексті процесу ниток управління. Об'єктами
є керовані операційною системою ресурси.
Ядро виробляє диспетчеризацію ниток управління таким чином, щоб
максимально завантажити процесори системи і забезпечити першочергову обробку
ниток з більш високим пріоритетом. (Всього існує 32 значення пріоритету,
які згруповані у два класи пріоритетів: real-time і variable).
Подібний підхід дозволяє досягти максимальної ефективності операційної
системи.
Під компоненти виконуючою системи, такі як диспетчер введення виводу і диспетчер
процесів, використовують ядро для синхронізації дій. Вони також взаємодіють
з ядром для вищих рівнів абстракції, що називаються об'єктами ядра
; деякі з цих об'єктів експортуються всередині викликів для користувача
інтерфейсу прикладних програм (API).
Ядро керує двома типами об'єктів.
Об'єкти диспетчеризації (dispatcher objects) характеризуються сигнальним
станом (signaled або nonsignaled) і керують диспетчеризацією і
синхронізацією системних операцій. Ці об'єкти включають події, мутанти,
мутекси, семафори, нитки управління й таймери (events, mutants, mutexes,
semaphores, threads, timers).
Керуючі об'єкти (control objects) використовуються для операцій управління
ядра, але не впливають на диспетчеризацію або синхронізацію.
Керуючі об'єкти включають асинхронні виклики процедур, переривання,
повідомлення та стану джерела живлення, процеси й профілі (asynhcronous
procedure calls, interupts, power notifies, power statuses, processes,
profiles).
Виконуюча система Windows NT Виконуюча система (Executive), до складу
якої входить ядро й рівень апаратних абстракцій HAL, забезпечує загальний
сервіс системи, який можуть використовувати всі підсистеми середовища. Кожна група
сервісу знаходиться під управлінням однієї з окремих складових виконуючою
системи: диспетчера об'єктів (Object Manager) диспетчера віртуальної пам'яті
(Virtual Memory Manager); диспетчера процесів (Process Manager) засоби виклику
локальних процедур (Local Procedure Call Facility); диспетчера введення - виведення
(E/O Maneger); монітори безпеки (Security Reference Monitor).
Монітор безпеки разом із процесором входу в сиситему (Logon) і
захищеними підсистемами реалізує модель безпеки Windows NT.
Верхній рівень виконуючою системи називається системним сервісом (System
Services). Показаний на наступному малюнку системний сервіс є
інтерфейс між підсистемами середовища режиму користувача і привілейованим
режимом.

Диспетчер кеша Архітектура введення - виведення містить єдиний диспетчер кеша
(Cache Manager), який здійснює кешування для всієї системи введення -
виводу. Кешування (Caching) - метод, який використовується файловою системою для
увеліченіяеффектівності. Замість безпосереднього запису та зчитування з диска,
часто використовувані файли тимчасово зберігаються в кеш - пам'яті; таким чином,
робота з цими файлами виконується в пам'яті. Операції з даними, що знаходяться в
пам'яті, виробляються значно швидше операцій з даними на диску.
Диспетчер кеша використовує модель відображення файлу, яка інтегрована з
диспетчером віртуальної пам'яті Windows NT. Диспетчер кеша забезпечує службу
кешування для всіх файлових систем та мережевих компонентів, що функціонують під
управлінням диспетчера введення - виведення. Залежно від обсягу доступної
оперативної пам'яті диспетчер кеша?? ожете динамічно збільшувати або зменшувати
розмір кеша. Коли процес відкриває файл, який вже знаходився в кеші,
диспетчер кеша просто копіює дані з кеша у віртуальний адресний
простір.
Диспетчер кеша підтримує служби типу ледачою записи (lazy write) і ледачою
фіксації (lazy commit), які можуть значно збільшити ефективність
файлової системи. У процесі ледачою запису зміни реєструються в кеші
файлової структури, що забезпечує більш швидкий доступ. Пізніше, коли завантаження
центрального процесора знижена, диспетчер кеша заносить зміни на диск.
Ледача фіксація подібна ледачою запису. Замість негайної маркування
транзакції як успішно завершилася, передана інформація кешується і пізніше
у фоновому режимі записується в журнал файлової системи.
Драйвери файлової системи В архітектурі введення - виведення Windows NT управління
драйверами файлової системи здійснює диспетчер введення - виведення. Windows NT
допускає використання багатьох файлових систем, включаючи існуючі файлові
системи типу FAT. Для забезпечення сумісності знизу вгору з операційними
системами MS-Dos, Windows 3. x і OS/2, Windows NT підтримує файлові системи
FAT і HPFS. Крім того, Windows NT також підтримує NTFS - нову файлову
систему, розроблену спеціально для використання з Windows NT. NTFS
забезпечує безліч можливостей, включаючи засоби відновлення файлової
системи, підтримку Unicode, довгих імен файлів і підтримку для POSIX.
Архітектура введення - виведення Windows NT не тільки підтримує традиційні
файлові системи, але й забезпечує функціонування мережного редактора і
сервера в якості драйверів файлової системи. З точки зору диспетчера введення -
виводу, немає ніякої різниці між роботою з файлом, збереженим на віддаленому
комп'ютері мережі, і роботою з файлом на локальному жорсткому диску. Редиректори і
сервери можуть бути завантажені і вивантажені динамічно, так само як і будь-які інші
драйвери; на одному комп'ютері може одночасно знаходитися велике число
редиректор і серверів.
Мережні драйвери Наступним типом драйверів, присутніх в якості компонента
в архітектурі введення - виведення, є мережеві драйвери. Windows NT включає
інтегровані можливості роботи з мережами і підтримку для розподілених
додатків. Як показано на наступному малюнку робота з се-9тямі забезпечується
поруч мережевих драйверів.
Редиректори і сервери функціонують як драйвери файлової системи і виконуються
на рівні інтерфейсу постачальника або нижче, де знаходяться NetBIOS і Windows -
сокет.
Драйвери транспортного протоколу спілкуються з редиректорами і серверами через
рівень, званий інтерфейсом транспортного драйвера (TDI - Transport Driver
Interface). Windows NT включає наступні транспортні засоби: Протокол
управління передачею/міжмережевий протокол TCP/IP, що забезпечує
можливість роботи з широким діапазоном існуючих мереж.
NBF, нащадок розширеного інтерфейсу користувача NetBIOS (NetBEUI), який
забезпечує сумісність з існуючими локальними ви-числівниками мережами
на базі LAN Manager, LAN Server і MS-Net.
Управління передачею даних (DLC - Data Link Control), що забезпечують-кість
інтерфейс для доступу до мейнфреймам і підключеним до мережі прин-обмеження зачіпає також.
NWLink, реалізація IPX/SPX, обеспечівающаясвязь з Nowell NetWare.
У нижній частині мережної архітектури знаходиться драйвер плати мережного адаптера.
Windows NT в даний час підтримує драйвери пристроїв, виконані в
відповідно до специфікації NDIS (Network Device Inerface Specification)
версії 3. 0. NDIS надає гнучку середовище обміну даними між транспортними
протоколами і мережевими адаптерами. NDIS 3. 0 дозволяє окремій комп'ютера
мати кілька встановлених в ньому плат мережного адаптера. У свою чергу,
кожна плата мережного адаптера може підтримувати кілька транспортних
протоколів для доступу до різних типів мережевих станцій.
Модель безпеки Windows NT Модель безпеки Windows NT представлена
монітором безпеки (Security Reference Monitor), а також двома іншими
компонентами: процесором входу в систему (Logon Process) і безпечними
захищеними підсистемами.
У багатозадачного операційній системі, якою є Windows NT програми
спільно використовують ряд ресурсів системи, включаючи пам'ять комп'ютера, пристрої
введення - виведення, файли і процесор (и) системи. Windows NT включає набір
компонентів безпеки, які гарантують, що додатки не зможуть
звернутися до цих ресурсів без відповідного дозволу.
Монітор безпеки відповідає за проведення в життя політики перевірки
правильності доступу й контролю, певної локальної підсистемою
безпеки. Монітор безпеки забезпечує послуги з підтвердження доступу
до об'єктів, перевірці привілеїв користувача і створення повідомлень як для
привілейованого режиму, так і для режиму користувача. Монітор безпеки,
подібно іншим частинам операційної системи, виконується в привілейованому
режимі.
Процес входу в систему в Windows NT передбачає обов'язковий вхід у систему
безпеки для ідентифікації користувача. Кожен користувач повинен мати
бюджет і повинен використовувати пароль для звернення до цього бюджету.
Перш ніж користувач зможе звернутися до будь-якого ресурсу комп'ютера з Windows
NT, він повинен увійти в систему через процес входу в систему для того, щоб
підсистема безпеки могла розпізнати ім'я користувача і пароль. Тільки після
успішного встановлення автентичності монітор безпеки виконує процедуру
перевірки правильності доступу для визначення права користувача на звернення до
цьому об'єкту.
Захищеність ресурсів - одна з особливостей, що надається моделлю
безпеки. Завдання не можуть звертатися до чужих ресурсів (типу пам'яті) інакше,
ніж через застосування спеціальних механізмів спільного використання.
Windows NT також надає засоби контролю, які дозволяють
адміністратору фіксувати дії користувачів.
Підсумки Підводячи підсумки всьому вищеописаному хочу сказати, що це тільки маленька
частина всіх можливостей, які закладені в Windows NT. Хочу коротко перерахувати
гідності Windows NT: Це сучасна ОС, що відповідає вимогам сучасної
апаратури! Це прекрасно сумісна з іншими ОС! Це багатозадачна
(мультизадачності) ОС! Це добре захищена ОС! І це зручна і надійна ОС!