Операционные системы Windows NT

Содержание:

Введение……………………………………………………………………2

Краткая историческая справка……………………………………………3

Основные особенности  архитектуры…………………………………….9

Модель безопасности……………………………………………………...16

Распределение оперативной памяти……………………………………..20

Заключение…………………………………………………………………27

Литература…………………………………………………………………28

Приложение………………………………………………………………..29 
 

    Введение

    На  сегодняшний момент операционная система Windows фирмы Microsoft во всех ее проявлениях бесспорно считается самой распространенной операционной системой на ПК: в мире более 150 млн. IBM PC-совместимых компьютеров, и система Windows установлена на 100 млн. из них. Очевидно, что ознакомление с ПК необходимо начинать с ознакомления с Windows, ведь без нее работа на ПК немыслима для большинства пользователей. Знание системы Windows - необходимый кирпичик в стене познания ПК.

    Семейство операционных систем windows NT, 2000, XP являются прорывом в организации общения пользователя и операционной системы, предоставляя более обширное число возможностей для сетевых операций, периферийного оборудования, также расширяя возможности «машинной части» ПК. Поэтому в этой курсовой работе я бы хотел показать основные характеристики этих ОС. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Краткая историческая справка

    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 Mellone 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 UNIX обеспечивали 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.

    Этот  проект изначально имел название OS/2 version 3.0, однако впоследствии Microsoft назвала его Windows NT. Аббревиатура NT означала «New Technology», что подчеркивало принципиальную новизну этой операционной системы. Операционная система вышла в 1993 г. в двух вариантах и имела название Windows NT 3.1 и Windows NT Advanced Server 3.1. Эти системы обладали большими возможностями. 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.

    Основным  конкурентом серверной системы  был сервер Novell Netware 3.x. После выхода первой версии Windows NT Microsoft выпустила Windows NT 3.5 для рабочих станций и одноименную серверную операционную систему. Последняя имела встроенное программное обеспечение для связи с серверами от Novell, поддерживала длинные имена при работе с дисками FAT, и много других усовершенствований. В те годы в качестве серверов для локальных вычислительных сетей преимущественно использовалась операционная система Netware 3.x компании Novell. В последующем эта сетевая операционная система была заменена существенно более мощной Netware 4.x, которая была предназначена для больших корпоративных сетей и имела службу каталогов, предназначенную для централизованного хранения информации о сетевых ресурсах. Она имела продуманные механизмы администрирования и была высокоэффективной. Завершилось поколение операционных систем Windows NT 3.x версиями под номером 3.5.1.

    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 [1].

    Как ни странно, но еще одним недостатком  этих первых систем Windows NT было строгое следование идеям микроядерной архитектуры. Согласно идеологии клиент-сервер, которой придерживались разработчики Windows NT 3.x, только ядро и низкоуровневые драйверы работали в нулевом кольце привилегий. А драйверы графической подсистемы, модули GDI, менеджер окон (Window Manager) и другие компоненты графической подсистемы работали как службы, то есть в пользовательском режиме работы процессора. Такое решение обеспечивало высокую надежность системы, но отрицательно сказывалось на ее производительности, поскольку приходилось многократно переключаться из режима ядра в пользовательский режим и обратно. Полезно напомнить, что сделать это можно только через механизм шлюзования. К тому же интерфейс этих первых операционных систем класса NT соответствовал обычной 16-разрядной системе Windows 3.x, быстро уходившей в прошлое, и заметно отличался от интерфейса Windows 95. Желая исправить эти недочеты, Microsoft запустила проект Cairo и в 1996 г. выпустила операционные системы Windows NT 4.0 Sever и Windows NT 4.0 Workstation.

    Операционные  системы Windows NT 4.0 оказались на редкость удачными. К моменту их выхода вычислительные ресурсы среднего персонального компьютера уже были достаточными для эффективной работы. Эти операционные системы в качестве основного ресурса требовали оперативную память. Официально серверная система требовала 16 Мбайт, а рабочая станция — 12 Мбайт, в то время как для реальной работы памяти нужно было иметь раза в четыре больше. И поскольку стоимость модулей полупроводниковой памяти для персональных компьютеров в те годы очень заметно снизилась, организации и отдельные пользователи стали массово осваивать эти операционные системы. А упомянутый перевод части кода, ответственного за работу графической подсистемы, в привилегированный режим работы процессора существенно увеличил быстродействие при обработке графики и позволил в последующем начать перенос пользовательских операционных систем на NT.

    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.

    Это был один из тех мелких уколов, которые  в совокупности помогали компании Microsoft «уводить» пользователей от операционных систем OS/2.

    Желая противопоставить свою серверную операционную систему известным сетевым операционным системам корпоративного уровня Novell Netware 4.x и Netware 5.x, 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 [3].

    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 TCP/IP. Кроме этого, нельзя не отметить, что новые операционные системы получили переработанную систему управления файлами, которая получила наименование NTFS5. Интересно отметить, что были удалены все остатки кода, до этого позволявшие устанавливать файловую систему HPFS.

    Для этого поколения операционных систем Microsoft сочла нецелесообразным переносить их на платформы Alpha (DEC), PowerPC, MIPS.

    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 Ноmе Edition. Эту операционную систему Microsoft считает основной для современного персонального компьютера. Вторая — полноценная система с предназначением работать в качестве рабочей станции, которая, как правило, подключается к локальной вычислительной сети с выходом в Интернет. Эти операционные системы, прежде всего, получили возможность выполнять приложения, которые использовали оба подмножества функций Win32 API: и для Windows 9х, и для систем класса NT. Системы Windows ХР 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. В принципе, в этом нет ничего особенного. Например, операционная система UNIX позволяет без проблем организовать не только такое взаимодействие, но и полноценную мультитерминальную работу. Но для систем Windows — это явно новая возможность.

    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, а 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.

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). При описании своей системы Windows NT Microsoft для указания этих режимов использует термины kernel mode и user mode соответственно.

    Программные коды, которые выполняются процессором в привилегированном режиме, имеют доступ и к системным аппаратным средствам, и к системным данным. Чтобы защитить операционную систему и данные, располагающиеся в оперативной памяти, от ошибок приложений или их преднамеренного вмешательства в чужие вычисления, только системному коду, относящемуся к управляющей (супервизорной) части операционной системы, разрешают выполняться в привилегированном режиме работы процессора. Все остальные программные модули должны выполняться в пользовательском режиме.

    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 180x86. Как мы уже знаем, нулевой уровень привилегий в микропроцессорах с архитектурой iа32 обеспечивает возможность выполнять любые команды и иметь доступ ко всем регистрам процессора. Наименьшие привилегии имеются у кода, выполняемого в третьем кольце защиты, которое и предназначается для выполнения обычных приложений. Напомним, что код, работающий в этом режиме, не может ни при каких обстоятельствах получить доступ к данным, расположенным в нулевом кольце защиты. Поэтому, если бы системный код использовал не два уровня привилегий, а все четыре, то появились бы очевидные проблемы при переносе системы на другой процессор.