Операционные системы Windows NT/2000/XP

Компания Microsoft в 1990 году объявила о начале работ по созданию принципи­ально новой операционной системы для персональных IBM PC-совместимых компьютеров с прицелом на корпоративный сектор, которая помимо банальной муль­тизадачности и поддержки виртуальной памяти обладала бы, в частности, такими качествами, как:

· микроядерная архитектура — сказалось влияние идей проекта Mach 3, выпол­ненного в университете Карнеги Меллон (Carnegie Mellon University), которое в то время было очень велико;

· аппаратная независимость (platform independent), что должно было обеспечить легкую переносимость системы;

· мультипроцессорная обработка и масштабируемость (в то время операцион­ные системы семейства UNIXобеспечивали работу на мультипроцессорных компьютерах и фактически доминировали как мощные корпоративные сервер­ные системы);

· возможность выполнения приложений, созданных для других операционных систем, в частности приложений для UNIX и 16-разрядных программ OS/2;

· защита информации и вычислений от несанкционированного доступа;

· наличие высокопроизводительной и надежной файловой системы и возмож­ность работать с несколькими файловыми системами;

· встроенные сетевые функции и поддержка распределенных вычислений.

Однако Windows NT 3.1 в качестве рабочей станции уступала системе OS/2, поскольку требовала существенно больше оперативной памяти и имела от­носительно низкое быстродействие. Кроме этого, при работе с дисками, отформа­тированными под файловую систему FAT, она не поддерживала длинные имена.

Системы Windows NT 3.x не смогли тогда завоевать признание ни в качестве сер­верных, ни в качестве обычных настольных систем, поскольку требовали очень больших (по меркам того времени) вычислительных ресурсов.
Как ни странно, но еще одним недостатком этих первых систем Windows NT было гтоогое следование идеям микроядерной архитектуры. Желая исправить эти недочеты, Microsoft запустила проект Cairo и в 1996 г. выпустила операционные системы Windows NT 4.0 Server и Windows NT 4.0 Workstation.

К сожалению, в своей новой операционной системе компания Microsoft отказа­лась от поддержки высокопроизводительной файловой системы HPFS, с которой работают операционные системы OS/2, хотя при желании пользователь мог сам до­бавить соответствующие драйверы из дистрибутива предыдущей Windows NT 3.x.

Желая противопоставить свою серверную операционную систему известным се­тевым операционным системам корпоративного уровня Nowell Netware 4.x и Netware 5х, компания Microsoft разработала новое семейство операционных систем класса NT, которое должно было изначально называться Windows NT 5.0, однако из маркетинговых соображений было переименовано в Windows 2000. В семей­ство этих систем вошли четыре операционные системы.

· Windows 2000 Professional — для использования в качестве рабочей станции вместо Windows NT 40 Workstation или Windows 98. Эта операционная систе­ма может работать на 2-процессорных компьютерах.

· Windows 2000 Server— для использования в качестве контроллера домена и/или сервера (файлов, приложений, баз данных, web и/или FTP, печати и т. д.) в относительно небольшой сети, которую могут себе позволить иметь предприятия малого и среднего бизнеса. Эта операционная система поддерживает 4-процессорные конфигурации.

· Windows 2000 Advanced Server — для тех же целей, что и Windows 2000 Server, но с упором на выполнение функций сервера приложений и сервера баз дан­ных. Обладает возможностью работать на компьютере с восемью процессора­ми и, самое главное, организовать кластер из двух машин.

· Windows 2000 Datacenter Server — специальная версия операционной систе­мы, предназначенная для работы в вычислительных сетях крупных предприя­тий. Система хорошо масштабируется, позволяет построить 4-узловой кластер, причем каждая из машин может иметь вплоть до 16 процессоров.

Наверное, самыми главными особенностями этих операционных систем (по сравне­нию с предыдущими Windows NT 4.0) следует назвать поддержку механизма Plug and Play (как и в системах Windows 9х) и использование службы каталогов как ос­новы для построения сетей клиент-сервер. Служба каталогов Microsoft, получила наименование Active Directory. Принципиальной особенностью этой технологии яв­ляется ее глубокая интеграция с ТСР/IP.

Осенью 2001 года Microsoft обновила операционную систему Windows 2000 Professional до Windows ХР (eXPerience). При этом она выпустила две редакции. Одна из них представляла собой «облегченный» вариант системы для домашнего при­менения. Она получила название Windows ХР Home Edition. Системы Windows XP в еще большей мере стали мультимедийными и ориентированными на Интер­нет. Интересным новшеством для систем Windows стала возможность организо­вать одновременную работу с компьютером двух пользователей: для одного непо­средственно (локально), а для второго удаленно с другого компьютера.

Наконец, весной 2003 года на замену семейству Windows 2000 вышли несколько серверных операционных систем, которые получили в название число 2003. Это следующие 32-разрядные операционные системы для микропроцессоров с архитек­турой iа-32.

· Windows Small Business Server 2003 — предназначена для построения неболь­ших локальных вычислительных сетей.

· Windows Server 2003 Web Edition — это самая «облегченная» система, она не может выступать в роли контроллера домена и быть сервером приложений.

· Windows Server 2003 Standard Edition — основная многоцелевая операционная система, пришедшая на смену Windows 2000 Server.

· Windows Server 2003 Enterprise Edition — аналог Windows 2000 Advanced Server.

· Windows Server 2003 Datacenter Edition.

Последние две операционные системы имеют разновидности для 64-разрядных процессоров Itanium 2 производства компании Intel.

Ничего революционного эти системы не привнесли, но существенно обновили предыдущие серверные операционные системы. В качестве основных особенностей новых систем Microsoft отмечает упрощение администрирования, более безопас­ную инфраструктуру и более высокую надежность, интеграцию в системы актив­но продвигаемой технологии NET (произносится как «дот нет»).
^ Основные особенности архитектуры

Наиболее принципиальным отличием между системами класса Windows 9х и Windows NT является то, что у них разная архитектура.

Большинство операционных систем использует такую особенность современных процессоров, как возможность работать в одном из двух режимов: привилегирован­ном (режиме ядра, или режиме супервизора) и пользовательском (режиме выпол­нения приложений).

Поскольку при. создании Windows NT разработчики хотели обеспечить ее мобиль­ность, то есть легкую переносимость на другие платформы, они приняли решение использовать только два уровня привилегий из четырех, имеющихся в микропро­цессорах Intel семейства i80x86.

Одним из важнейших компонентов операционных систем Windows NT/2000/XP, который появился вследствие следования микроядерному принципу их построе­ния, является исполняющая система (Win32 Executive). Она выполняет такие ба­зовые функции операционной системы, как управление процессами и потоками, управление памятью, взаимодействие между процессами, защиту, операции вво­да-вывода (включая файловые операции, кэширование, работу с сетью и некото­рые другие). Ниже перечислены компоненты исполняющей системы.

· Диспетчер процессов (Process Manager) создает, отслеживает и удаляет про­цессы. Для выполнения этих функций создается соответствующий дескриптор, определяются базовый приоритет процесса и карта адресного пространства, создается и поддерживается список всех готовых к выполнению потоков.

· Диспетчер виртуальной памяти (Virtual Memory Manager) предоставляет вир­туальную память выполняющимся процессам. Каждый процесс имеет отдель­ное адресное пространство, используется страничное преобразование линей­ных адресов в физические, поэтому потоки одного процесса не имеюг доступа к физическим страницам, отведенным для другого процесса.

· Диспетчер объектов (Object Manager) создает и поддерживает объекты. В част­ности, поддерживаются дескрипторы объектов и атрибуты защиты объектов. Объектами считаются каталоги, файлы, процессы и потоки, семафоры и собы­тия и многие другие.

· Монитор безопасности (Security Reference Monitor) обеспечивает санкционирование доступа к объектам, контроль полномочий доступа и ведение аудита. Совместно с процессом входа в систему (logon) и защищенными подсистемами реализует модель безопасности Windows NT.

· Диспетчер ввода-вывода (Input/Output Manager) управляет всеми операция­ми ввода-вывода в системе. Организует взаимодействие и передачу данных между всеми драйверами, включая драйверы файловых систем, драйверы фи­зических устройств, сетевые драйверы, для чего используются структуры дан­ных, называемые пакетами запросив на ввод-вывод (I/O Request Packet, IRP). Запросы на ввод-вывод обрабатываются в порядке приоритетов, а не в порядке их поступления. Операции ввода-вывода квитируются, этим процессом управ­ляет диспетчер кэша (Cache Manager). Поддерживаются различные файловые системы, причем драйверы этих систем воспринимаются диспетчером ввода-вывода как драйверы физических устройств. Специальное сетевое системное программное обеспечение (редиректор и сервер) трактуются как сетевые драй­веры и также имеют непосредственную связь с диспетчером ввода-вывода.

· Средства вызова локальных процедур (Local Procedure Call, LPC) обеспечивают выполняющиеся подсистемы среды выполнения и приложения пользователей коммуникационным механизмом, в котором взаимодействие строится по прин­ципу клиент-сервер.