Операционные системы Windows9x

Операционные системы Windows 9x создавались для работы только на IBM -со­вместимых персональных компьютерах. Они не являются переносимыми и на дру­гих платформах (на процессорах, не совместимых с архитектурой ia32) не работа­ют. Как и для всего остального программного обеспечения от Microsoft, исходные коды операционных систем закрыты, поэтому подробного описания ее архитекту­ры практически нет; имеются только многочисленные публикации о том, как сле­дует использовать эти системы.

Операционные системы семейства Windows 9x предназначены, главным образом, Для домашнего, а не корпоративного применения. Уже многие годы они являются самыми распространенными в мире. Хотя они допускают возможность работы с компьютером нескольких пользователей (естественно, по очереди, поскольку сис­темы являются однотерминальными), в них не поддерживается механизм учет­ных записей, как в остальных 32-разрядных операционных системах. Каждый пользователь может иметь свое собственное рабочее окружение, то есть свои вид Рабочего стола(desktop), состав панели задач(taskbar) и меню Пуск (Start), пара­метры настройки используемых программ и многое другое. Это собственное рабо чееокружение называется профилем(profile), и при включении такой возможнос­ти в системном каталоге образуется вложенный каталог с именем Profiles, в кото­ром и размещаются профили пользователей. Независимо от того, имеет каждый пользователь свой профиль или не имеет, он должен зарегистрироваться, если си­стема сконфигурирована для работы в вычислительной сети. Для выполнения про­цедуры аутентификациииспользуются файлы с расширением pwl, к которым, к со­жалению, имеется свободный доступ, в результате узнать пароль того или иного пользователя не составляет большой проблемы для злоумышленника. Для облегчения работы с компьютером все эти системы поддерживают механизм автоматического обнаружения подключенных к нему устройств (так называемый механизм PlugandPlay - «включай и работай»). Эту задачу выполняет специаль­ный модуль - диспетчер конфигурации (Configuration Manager). Он гарантирует, что каждое устройство, входящее в состав персонального компьютера, сможет ис­пользовать линии IRQ (Interrupt Request - запрос на прерывание), адреса портов ввода-вывода, каналы прямого доступа к памяти и прочие ресурсы без конфлик­тов с другими устройствами. Кроме того, диспетчер конфигурации отслеживает текущие изменения в конфигурации компьютера. Поскольку операционные сис­темы Windows 9x получили самое широкое распространение, все выпускаемое периферийное оборудование имеет необходимые драйверы, причем достаточно правильно написанные и успешно работающие. Поэтому серьезные проблемы на сегодняшний день с этим механизмом мало кто испытывает. Динамическое кон­фигурирование аппаратно-программной среды значительно упрощает использо­вание операционной системы и позволяет без лишних операций ручной настройки работать на компьютере пользователям, не являющимся специалистами в вычис­лительной технике.

С точки зрения базовой архитектуры операционные системы семейства Windows 9x являются 32-разрядными и мультизадачными(многопоточными) системами с вытесняющей многозадачностью. Ядра у всех этих операционных систем построе­ны по макроядерной архитектуре. Ядро состоит из трех основных компонентов: Kernel, Userii GDI. Модуль Kernel обеспечивает основную функциональность опе­рационной системы, в том числе: планирование процессов; поддержку потоков выполнения; синхронизацию объектов; работу с файлами, отображаемыми на па­мять; управление памятью; файловый ввод-вывод; обработку исключений; работу консолей; взаимодействие 32-разрядного и 16-разрядного кода с преобразованием 16-разрядного формата кода и данных в 32-разрядный (и наоборот) посредством механизма шлюзования; некоторые другие функции. Компонент User управляет вводом с клавиатуры и координатных устройств (типа мыши) и выводом через пользовательский интерфейс. Когда то или иное устройство ввода генерирует прерывания, обработчик прерываний, используя модель асинхронного ввода, преобразует их в сообщения и посылает потоку необработанного ввода, который распределяет их по соответствующим очередям сообщений. Компонент называемый GDI (Graphical Device Interface - графический интерфейс устройства), представляет собой графическую подсистему, которая отвечает за прори­совку графических примитивов, операции с растровыми изображениями и взаи­модействие с аппаратно-независимыми графическими драйверами. GDI управля­ет выводом на экран, принтеры и другие устройства.

Все операционные системы Windows 9x централизованно хранят всю системную ин­формацию об аппаратных средствах, установленном системном и прикладном про­граммном обеспечении и его настройке, в том числе и индивидуальных параметрах каждого пользователя. Такая централизованная информационная база данных назы­вается реестром(registry). Реестр избавляет от необходимости иметь дело с множе­ством INI -файлов, как это было в системах Windows 3.x. Физически содержимое рее­стра определяется файлами system.dat и user.dat, которые располагаются в каталоге с файлами операционной системы. В режиме, когда каждый пользователь имеет соб­ственный профиль, определяющий персональную настройку его рабочего окружения, в состав реестра включается еще файл user.dat того пользователя, который в этот мо­мент работает на компьютере. Файлы с именем user.dat располагаются в профилях пользователей и определяют права пользователей в операционной системе.

В операционных системах Windows 9x для работы с периферийными устройства­ми используется архитектура универсальный драйвер: мини-драйвер.Она позво­ляет упростить разработку драйверов для создателей нового оборудования.

Опера­ционные системы Windows 9x сами предоставляют базовые услуги для различных классов аппаратных устройств. Поэтому из­готовителям оборудования необходимо написать относительно небольшой код минидрайвера, который должен содержать какие-либо дополнительные функции, нужные для управления конкретным устройством и учитывающие именно его спе­цифику. Во многих случаях универсальные драйверы реализуют практически все функции, которые необходимы для управления операциями ввода-вывода при обмене данными с периферийным устройством, и иметь дополнительный мини-драйвер не требуется.

Драйверы файловых систем являются компонентами кода с нулевым уровнем при­вилегий. Они поддерживают следующие файловые системы:

· VFAT (Virtual FAT) — файловые операции на дисковых устройствах и взаимодействие с подсистемой блочного ввода-вывода;

· CDFS — работа с компакт-дисками;

· UDF (Universal Disk Format) — соответствует спецификациям, принятым организацией Optical Storage Technology Association, и предназначена для доступа к дискам DVD-ROM и CD-ROM (эта файловая система не поддерживается в Windows 95);

· сетевые редиректоры для обеспечения связи с серверами компаний Micioso и Novell (Netware).

Все эти файловые системы управляются диспетчером устанавливаемых файловых.систем (IFS). Помимо перечисленных в операционную систему можно установи и иные файловые системы. Например, при работе с Windows 98 мы можем установить драйвер для доступа к дискам NTFS.

По умолчанию системы Windows 98 и Windows ME позволяют работать с файловой системой FAT12 (для работы с дискетами), FAT16 и FAT32. Последняя является основной для этих операционных систем.

Организация многозадачности

Одним из наиболее актуальных вопросов, которые решает любая многозадачная операционная система, в том числе и системы Windows 9x, состоит в организации по возможности простого, но эффективного способа предоставления процессор­ного времени различным параллельно выполняющимся программам. Другими сло­вами, речь идет о диспетчеризации задач. Многозадачность,в общем случае, означает способность операционной системы обеспечивать совместное использование процессора несколькими программами. Большинство разработчиков операционных систем называют работающие программы задачами, поэтому задачей можно считать загруженную в память программу, которая что-то делает. В большинстве операционных систем, в том числе и в Windows NT, и в UNIX, выполнение приложения называется про­цессом. Однако в уже упомянутых операционных системах Windows 3.x почти все­гда использовался термин «задача», и лишь изредка - «процесс». Имейте в виду, что в операционных системах Windows 9x используется исключительно термин «процесс», а понятие задачи было официально исключено из терминологии Win­dows. Вкладывая совершенно такой же смысл в слово «процесс», разработчики Microsoft тем самым попытались поставить операционные системы семейства Windows 9x как бы на один уровень с другими операционными системами, таки­ми, например, как Windows NT. В большей части документации по Windows 3.1 мы можем обнаружить оба упомянутых слова. Основная причина изменения тер­минологии - реализация мультизадачности при сохранении мультипрограммно­го режима работы. Другими словами, речь идет о поддержке в этих операционных системах возможности многопоточноговыполнения приложений. Поэтому поми­мо отхода от термина задача и использования термина процесс, мы должны отметить, что во всех этих операционных системах стал использоваться термин поток выполнения,или тред(thread).

Поддержкой многозадачности занимается планировщик (scheduler). Он имеет дело главным образом с временем и событиями. Процессу в Windows 95/98 выделяется квант времени, который определяет, как долго данный процесс может использовать процессор. По окончании кванта Бремени планировщик определяет следует ли передать процессор в распоряжение другого процесса. В отличие от Window NT, Windows 95/98 не поддерживает мультипроцессорные системы, в которых планировщик может выделять процессам больше одного процессора. Решения, принимаемые планировщиком, определяются событиями.

При вытесняющем планировании только система может решать, в каком порядке, как долго и какие задачи (в нашем случае — потоки) будут выполняться. Планировщик может в любой момент отнять процессор у одного из потоков выполнения и передать его в распоряжение другого. Обычно такой акт вытеснения происходит в результате реакции на событие, требующее внимания. Планировщик присваивает каждому из работающих процессов приоритет (priority). По токи его наследуют, хотя при создании нового потока ему можно задать и иной приоритет. В случае если происходит событие, относящееся к потоку, обладающему более высоким приоритетом, планировщик приостанавливает (вытесняет) текущий поток и начинает выполнять тот, у которого приоритет больше.

Диспетчер задач (потоков выполнения) использует следующие три механизма, с по­мощью которых он пытается равномерно распределять время процессора между всеми вычислениями в целях обеспечения бесперебойной и одновременно быст­рой реакции системы.

· Динамическое изменение приоритета. Диспетчер на время может повысить или понизить приоритет того или иного потока. Так, например, нажатие клавиши или щелчок мыши говорит ему о том, что приоритет потока, к которому отно­сится действие пользователя, должен быть повышен.

· Постсинхронизированное снижение приоритета. Ранее повышенное значение приоритета постепенно возвращается к исходному значению.

· Наследование приоритета. Служит для быстрого повышения приоритета. Обыч­но это делается для того, чтобы позволить потоку с низким приоритетом быстро закончить работу с выделенным для монопольного использования ресурсом, который необходим потокам с высоким приоритетом. Windows 95/98 восста­навливает исходное значение унаследованного приоритета сразу же после удов­летворения конфликтного условия.