Организация операционной системы

В операционной системе W2K трудно однозначно выделить микроядро. Вместо этого W2K имеет структуру, которую фирма Microsoft называет модифицированной архитектурой микроядра. Как и обычной архитектуре микроядра, операционной системе W2K присуще четкое разделение на модули. Каждая функция системы управляется только одним компонентом операционной систе­мы. Остальные ее части и все приложения обращаются к этой функции через стандартный интерфейс. Доступ к основным системным данным можно получить только через определенные функции. В принципе любой модуль можно удалить, обновить или заменить, не переписывая всю систему или стандартный интерфейс прикладного программирования (application program interface — API). Однако в отличие от систем с четко выделенным микроядром, у W2K многие функции системы, которые не входят в микроядро, выполняются в режиме ядра, что сде­лано с целью повышения производительности. Разработчики системы W2K об­наружили, что использование традиционного подхода с выделением микроядра приводит к тому, что многие функции, не входящие в микроядро, требуют на­личия нескольких переключателей процессов или потоков, переключателей ре­жимов, а также используют дополнительные буферы памяти.

Одной из целей создателей операционной системы W2K была ее переноси­мость, т.е. возможность ее использования на самых разнообразных аппаратных платформах. Для достижения этой цели большая часть исполняющей системы W2K рассматривает лежащее в основе аппаратное обеспечение с одной и той же точки зрения, используя представленную ниже структуру уровней.

• Уровень аппаратных абстракций. На этом уровне формируется отображение
между общими командами и ответными сигналами аппаратного обеспечения,
и таковыми для конкретной платформы. Этот уровень отделяет операционную систему от особенностей используемой аппаратной платформы, благодаря
чему системная шина, контроллер прямого доступа к памяти, контроллер
прерываний, системные таймеры и память выглядят с точки зрения ядра
одинаково. Кроме того, на этом уровне поддерживается симметричная многопроцессорность, принцип работы которой объясняется далее.

Рис. 2.13. Архитектура операционной системы Windows 2000

• Микроядро. В микроядро входят наиболее часто используемые компоненты
операционной системы. Ядро отвечает за распределение ресурсов между
процессами, их переключение и синхронизацию. В отличие от остальной
части исполняющей системы и от процессов, исполняемых на уровне пользователя, код микроядра не разделяется на потоки. Таким образом, это
единственная часть операционной системы, которая не может быть вытеснена или выгружена на диск.

• Драйверы устройств. К ним относится как файловая система, так и драйверы аппаратных устройств, которые преобразуют поступившие от пользова­теля вызовы функций ввода-вывода в запросы для конкретных устройств.

Исполнительная система W2K включает модули, обеспечивающие поддерж­ку ее функций и предоставляющие работающим в пользовательском режиме программам соответствующий API. Ниже приведено краткое описание каждого из модулей исполнительной системы.

• Диспетчер ввода-вывода. Поддерживает доступность для приложений устройств ввода-вывода. Кроме того, этот диспетчер отвечает за координацию
работы драйверов устройств, выполняющих дальнейшую обработку. Диспетчер ввода-вывода реализует все API ввода-вывода W2K и (с помощью
диспетчера объектов) следит за безопасностью и именованием устройств и
файловых систем. Система ввода-вывода W2K рассматривается в главе 11,
"Управление вводом-выводом и дисковое планирование".

• Диспетчер объектов. Создает и удаляет объекты и абстрактные типы данных исполнительной системы W2K, а также управляет ими. Эти объекты и
абстрактные типы данных используются для представления таких ресурсов,
как процессы, потоки и объекты синхронизации. Диспетчер объектов обеспечивает выполнение стандартных правил поддержки объектов, именования
и безопасности. Кроме того, этот диспетчер создает дескрипторы объектов, в
которых содержится информация о правах доступа и указатель на объект.
Объекты операционной системы W2K обсуждаются немного позже.

• Монитор безопасности обращений. Обеспечивает выполнение правил прав
доступа и аудита. Объектно-ориентированная модель операционной системы
W2K позволяет сформировать согласованный и единообразный взгляд на
безопасность фундаментальных составляющих исполняющей системы. Так,
для авторизации доступа и аудита всех защищенных объектов, включая
файлы, процессы, адресные пространства и устройства ввода-вывода, опера­ционная система W2K использует одни и те же служебные программы.
Безопасность W2K обсуждается в главе 15, "Безопасность".

• Диспетчер процессов и потоков. Создает и удаляет объекты, а также следит
за процессами и потоками. Управление процессами и потоками в операционной системе W2K рассматривается в главе 4, "Потоки, симметричная
мультипроцессорная обработка и микроядра".

• Средства локального вызова процедур. В рамках одной системы устанавли­вают взаимосвязь между приложениями и исполняющими подсистемами по
модели клиент/сервер. Этот модуль похож на средства удаленного вызова
процедур, который используется при распределенной обработке данных.

• Диспетчер виртуальной памяти. Отображает виртуальные адреса адресного
пространства процессов на физические страницы памяти компьютера.
Управление виртуальной памятью в операционной системе W2K описано в
главе 8, "Виртуальная память".

• Диспетчер кэша. Повышает производительность файлового ввода-вывода
путем хранения в основной памяти тех данных с диска, к которым недавно
производилось обращение. Кроме того, обеспечивает отложенную запись на
диск, некоторое время храня в памяти обновления дисковых файлов.

• Графические модули. Создают оконный экранный интерфейс и управляют
графическими устройствами.