При установке Windows на системный диск записываются файлы стандартного набора шрифтов. С этими шрифтами в дальнейшем работает как операционная система, так и приложения.

Установка и удаление шрифтов производится специальным приложением, запустить которое можно Пуск – Панель управления – Шрифты.

Подключение новых устройств

ОС Windows ввела новый стандарт самоустанавливающихся устройств (Plug and Play). Подключение нового устройства происходит автоматически. ОС сама распознает новое устройство и настраивается на работу с ним. (Эта технология должна поддерживаться программно, т.е. ОС, и аппаратно, т.е. устройством и BIOS). Это обеспечивается наличием в составе ОС драйверов устройств, однако в случае необходимости можно установить драйвер устройства вручную.

Функции технологии Plug and Play:

· Идентификация установленных устройств: распознавание самонастраивающихся компонентов и подключение их к компьютеру.

· Определение потребности устройств в системных ресурсах.

· Автоматическое обновление конфигурации системы и распознавание конфликтов.

· Загрузка и выгрузка драйверов устройств.

Вопросы для самопроверки.

· Опишите графический интерфейс ОС Windows.

· Каковы особенности объектно-ориентированного подхода

· Каковы особенности файловой системы.

· Как осуществляется обмен данными между приложениями.

· Как осуществляется подключение новых устройств к компьютеру. Какова роль ОС.

Архитектура ОС WINDOWS (на примере Windows 2000)

Краткая характеристика Windows 2000

Операционная система Microsoft Windows 2000 основана на технологии Windows NT.
В основе проекта Windows 2000 лежат следующие принципы.

· Совместимость. Windows 2000 имеет привычный интерфейс ОС семейства Windows, поддержку файловых систем NTFS 5, NTFS 4, FAT16 и FAT32. Большинство приложений, написанных для MS-DOS, Windows 9x, NT, а также некоторые программы для OS/2 и POSIX (стандарт UNIX) работают без проблем. При проектировании NT учитывалась возможность работы системы в различных сетевых средах, поэтому в поставку входят средства для работы в сетях на основе ОС Unix и Novell NetWare.

· Система безопасности. Потеря данных может принести огромный вред организации. Применение политик безопасности позволяет предотвратить повреждение пользователями конфигурации компьютера, защитить уязвимые участки сети. Политики безопасности определяют требования организации к использованию компьютеров, а также процедуры предотвращения нарушений безопасности и меры, принимаемые в случае таких нарушений.

· Надежность и отказоустойчивость. Архитектура Windows 2000 защищает приложения от повреждения друг другом и самой операционной системой. При этом используется отказоустойчивая структурированная обработка ошибок на всех архитектурных уровнях, которая включает восстанавливаемую файловую систему NTFS и обеспечивает защиту с помощью встроенной системы безопасности и усовершенствованных методов управления памятью.

· Локализация. Система предоставляет возможности для работы на разных языках, что достигается применением стандарта Unicode.

· Расширяемость. Благодаря модульному построению системы возможно добавление новых модулей на различных архитектурных уровнях ОС.

· Модель клиент - сервер. Взаимодействие программных компонентов ОС осуществляется в соответствии с моделью "клиент - сервер". Это означает, что часть программных модулей (клиентов) запрашивают услуги у других (серверов). Например, пользовательские приложения, пользуются услугами подсистем среды, обеспечивающих посредством исполнительной системы обмен данными с оборудованием.

Семейство ОС Windows 2000

В семейство Windows 2000 входит четыре продукта:

· Windows 2000 Professional – предназначена для настольных и мобильных компьютеров. Призвана заменить Windows 95/98/Me в качестве стандартной платформы для деловых приложений.

· Windows 2000 Server – базовый сервер для деловых приложений. Имеет универсальные средства, необходимые для рабочих групп и размещения файловых служб, серверов печати и приложений, коммуникационных и веб-серверов в масштабах подразделения.

· Windows 2000 Advanced Server – более мощный сервер среднего уровня, имеющий все возможности Windows 2000 Server и дополнительные средства для поддержания высокой надежности, необходимых для предприятия или крупного подразделения.

· Windows 2000 Datacenter Server – самая мощная и функционально полная серверная система из предлагаемых Microsoft для крупных корпоративных решений.

Архитектура

Архитектура ОС Windows 2000 является модульной. Структурно Windows 2000 можно разделить на две части. Первая часть работает в так называемом режиме пользователя (user mode). Вторая часть работает в режиме ядра (kernel mode).

Кольца защиты

В схеме защиты процессоров Intel (386 и выше) предусмотрены четыре кольца защиты, но большинство ОС используют только два (реже три) из них. Внутреннее кольцо имеет номер 0, в нем работает сама ОС (режим ядра). Внешнее кольцо – номер 3 – в нем работают приложения (режим пользователя). Драйверы устройств работают либо в кольце 0, либо в 3 в зависимости от их предназначения.

Windows использует кольца защиты для гарантии, что только компоненты ОС могут обращаться к внутренним механизмам Windows. Другими словами приложение не может изменить какие-либо параметры, способные привести к отказу всей системы.

Если приложение пытается обойти защиту, процессор порождает исключение – сигнал тревоги – оно вызывает обработчик исключения и работа приложения прекращается (пользователю выдается уведомление).

· Приложение в режиме ядра способно выделять и обращаться к любой области памяти компьютера. Если оно начнет некорректно работать, то способно повредить любую исполняемую компьютером программу.

· Приложение в пользовательском режиме способно обращаться только к памяти, предоставленной операционной системой. По сути, приложение "ограничено" в вопросах выделения памяти, поэтому крах приложения действует только на само приложение.

· Приложение в пользовательском режиме не имеет прямого доступа к аппаратуре. Это сделано в целях защиты от неверно работаю­щих приложений или от несанкционированного доступа. Запро­сы на использование аппаратных ресурсов должны быть разре­шены компонентом режима ядра.

· может быть выгружено из физической памяти в виртуальную па­мять на жестком диске. Виртуальная память ( virtual memory , VRAM ) использует пространство на жестком диске как дополни­тельную оперативную память.

· Приоритет процесса пользовательского типа ниже, чем у процессов режима ядра. Поэтому в сравнении с последним ему, как правило, предоставляется меньше процессорного времени. Это предохраняет ОС от снижения производительности или возникновения задержек, связанных с ожиданием завершения работы приложений.

Системная виртуальная машина (СВМ) – обеспечивает большую часть пользовательских функций. Содержит три основных элемента:

· 32-разрядные приложения. Все 32-разрядные приложения используют свои адресные пространства. ОС выполняет эти приложения в режиме вытесняющей многозадачности.

· оболочка ПРОВОДНИК – вся графическая оболочка, а не приложение Проводник для работы с файловой системой.

· Приложения POSIX (стандарт программного интерфейса UNIX). Поддерживаются только приложения, работающие в символьном режиме.

Приложения OS/2. Поддерживаются только символьные приложения.

Виртуальные машины DOS – эквивалент рабочей среды процессора 8086 (память, порты и другой интерфейс) – для каждой программы DOS создается своя виртуальная машина и иллюзия того, что работает одна эта программа на процессоре 8086. Каждая виртуальная машина имеет свое адресное пространство и обеспечивает для приложения доступ к ресурсам.

16-разрядные приложения запускаются в общем адресном пространстве внутри одной на всех виртуальной машины DOS. Но есть возможность запускать каждое приложение в отдельной виртуальной машине DOS. Эти приложения выполняются в режиме невытесняющей многозадачности.

Слой Windows API

API – программный интерфейс – интерфейс между программами и базовой частью ОС. Все приложения работают с ОС через функции API. Каждое приложение Windows получает доступ к ОС через API. Вызов API это, фактически, запрос к ОС на выполнение некоторой задачи. Код API располагается в системных файлах. API является реентерабельным ресурсом (не изменяется использующими его процессами, в любой момент времени может обслуживать несколько процессов), который позволяет ОС обрабатывать одновременно несколько запросов. Windows одновременно использует два API: 16-разрядный и 32-разрядный. Первый обслуживает все 16-разрядные функции, которые предоставлялись приложениям старой ОС. Второй – представляет собой подмножество функций, которые могут потребоваться 32-разрядным приложениям – более устойчив, чем 16-разрядный.

· 16-разрядное (Krnl386.exe) и 32-разрядное (Kernel32.dll) ядро – поддерживают функции нижнего уровня для работы с приложениями (выделение памяти…). Например, если приложению нужна память, то оно обращается к ядру.

· GDI – интерфейс графических устройств. Обеспечивает все функции, которые касаются графики – вывод на экран, управление цветом, функции печати и вывода изображения, управление шрифтами. Каждый раз для вывода изображения на экран приложение использует функции GDI. 16-разрядная версия находится в файле Gdi.exe и 32-разрядная – в Gdi32.dll.

· Модуль пользователя – диспетчер, который управляет всеми окнами, порождаемыми приложениями (User.exe и User32.dll)

Для поддержки нескольких ОС Windows 2000 должна предоставлять несколько уровней API (API-серверы): подсистему Windows, подсистему POSIX, подсистему OS/2.

Приложение-клиент, например приложение OS/2, вызывает конкретную подсистему API (в данном случае – API OS/2). Эта подсистема преобразует запросы приложения в форму понятную Windows 2000.

Базовая система (ядро ОС) содержит все низкоуровневые службы ОС.

 Компоненты базовой системы:

· Драйверы устройств. Интерфейсные программы ОС и устройств компьютера. Получает запросы служб ОС и отправляет их аппаратно-зависимому уровню (HAL) в формате, который понятен ему. Это – уровень абстрагирования от оборудования (Hardware Abstract Level, HAL), который представляет собой программную прослойку между исполнительной системой Windows 2000 и аппаратной платформой, на которой работает ОС. HAL скрывает аппаратно-зависимые детали, такие как интерфейсы ввода/вывода, контроллеры прерываний и механизмы межпроцессорных связей. Вместо того чтобы обращаться к аппаратуре непосредственно, исполнительная система Windows 2000 вызывает функции HAL, благодаря чему для нее исчезают различия между платформами и архитектурами. Поэтому ОС может функционировать на разных платформах с разными процессорами. 

Обеспечивается поддержка драйверов Windows Driver Model (WDM).

· Подсистема управления файлами – обеспечивает интерфейс со всеми устройствами, подключаемыми к компьютеру. Причем не важно, как выполнено подключение – физически или через сеть. Эта подсистема использует также аппаратно-зависимый уровень (HAL), позволяющий ей работать на компьютерах других типов (не семейства Intel 8086)

· Сетевая подсистема – обеспечивает поддержку работы локальных сетей. Windows 2000 расширяет средства работы с сетью. Включает не дисковые службы, например, безопасности и связи.

· Службы ОС – отвечает за аппаратные профили. Обслуживает запросы пользователя и ОС (например запрос времени). Windows 2000 предоставляет такой же уровень пользовательских служб, как и Windows 9X. Имеет достаточно полную поддержку Plug and Play. По сравнению с Windows 9X более устойчиво работает с аппаратными профилями, что позволяет переключаться между различными конфигурациями оборудования.

· Диспетчер виртуальных машин – этот компонент, который собирает все воедино. Заботится о графике выполнения задач, начинает и заканчивает выполнение каждого приложения. Управляет виртуальной памятью. Отвечает за взаимодействие задач. Приложения обращаются к этому компоненту используя API.

· Диспетчер объектов*. Создает, поддерживает и уничтожает объекты исполнительной системы Windows 2000 - абстрактные типы данных, представляющие системные ресурсы. Среда Windows 2000 намного сложнее и использует больше модульных компонентов, чем Windows 9X, поэтому в ней необходим этот компонент ядра.

· Монитор системных связей*. Windows 2000 обладает уровнем защиты, ограничивающим доступ к ресурсам компьютера и поддерживает новые стандарты безопасности. Данный компонент отслеживает системные ресурсы. Благодаря этому один процесс или поток не может захватить все имеющиеся ресурсы. Монитор системных связей собирает статистические сведения о производительности сети.

· Диспетчер процессов*. Создает и завершает процессы и потоки. Кроме того, приостанавливает и возобновляет исполнение потоков, что обеспечивает стабильность системы. Хранит и выдает информацию о процессах и потоках.

Процесс загрузки Windows 2000.

Начальные этапы загрузки ОС Windows – самотестирование и инициализация – совпадают с аналогичными этапами загрузки MS DOS, т.к. не зависят от конкретной ОС, а определяются BIOS.