Операционная система Windows 2000

4.Модель операционной  системы(ОС) и ее загрузка.

4.1.Структура ОС

Windows 2000 является монолитной ОС – большая часть ее кода и драйверов использует одно и то же пространство защищенной памяти режима ядра.

Windows 2000  не является ОС на основе микроядра в классическом понимании этого термина. В подобных системах основные компоненты ОС выполняются как отдельные процессы в собственных адресных пространствах и представляют надстройки над примитивными сервисами микроядра.

Большая часть Windows 2000  работает в режиме ядра, но компоненты ОС  полностью защищены от сбойных приложений ,поскольку такие программы не имеют прямого доступа к коду и данным привилегированной части операционной системы. Эта защита- одна из причин ,по которым Windows 2000  заслужила репутацию отказоустойчивой и стабильной в качестве сервера приложений и платформы рабочих станций , обеспечивающей быстродействие основных системных сервисов. Компоненты Windows 2000   режима ядра ,так же как в микроядерной структуре, построены на принципах объективно-ориентированного программирования(ООП). Для передачи параметров доступа к структурам данных и их изменения используются формальные интерфейсы.

Большая часть системного кода Windows 2000  рассчитана на различные аппаратные платформы, включая как CISC –системы , так и RISC-системы и поддержку архитектуры х86.

Переносимость Windows 2000  между системами с различной архитектурой и платформами достигается главным образом двумя способами:

• несколько потоков одного процесса можно параллельно выполнять на разных процессорах;
• тонкая синхронизация внутри ядра, драйверов устройств и серверных процессов позволяет выполнять больше компонентов на нескольких процессорах одновременно(Рис.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.Упрощенная схема архитектуры Windows 2000

 

Процессы поддержки системы, сервисов, приложений и подсистем  окружения имеют свое адресное пространство.

Типы пользовательских процессов:

• фиксированные процессы поддержки системы например, процесс обработки входа в систему и диспетчер сеансов не являющиеся сервисами Windows 2000  (т.е. не запускаемые диспетчером управления сервисами.);
• процессы сервисов- носители Win32-сервисов;
• пользовательские приложения: Win32, Windows 3.1,MS-DOS,POSIX и OS/1.2;
• подсистемы окружений- предоставляют сервисы, встроенные в операционную систему, через набор функций, образуя окружение операционной среды. Windows 2000  поставляется с тремя подсистемами окружения: Win32, POSIX, OS/2;

 

В Windows 2000 пользовательские приложения не могут вызывать встроенные сервисы ОС напрямую, вместо этого они работают с одной или несколькими DLL подсистемами. Их назначение заключается в трансляции документированных функций в соответствующее внутренние вызовы системных сервисов Windows 2000.

Windows 2000 включает следующие компоненты ядра:

• исполнительная система, содержащая базовые сервисы операционной системы, которые обеспечивают управление памятью, процессами и потоками, защиту, ввод/вывод  и взаимодействие между процессами;
• ядро, содержащее низкоуровневые функции операционной системы;
• драйверы устройств. Состав: драйверы аппаратных устройств, специфичные, сетевые драйверы, драйверы файловых систем;
• уровень абстрагирования от оборудования, изолирующий ядро, драйверы и исполнительную систему Windows 2000 от специфики оборудования на данной аппаратной платформе
• подсистемами поддержки окон и графики

 

Таблица 1

Основные системные  файлы Windows 2000

Имя файла	Компоненты
Ntoskrnl.exe   Ntkrnlpa.exe	Исполнительная система  и ядро   Исполнительная система  и ядро с поддержкой механизма PAE, позволяющего адресовать 64 Гб физической памяти
Hal.dll   Win32k.sys   Ntdll.dll       Kernel32.dill, Advapi32.dll, User32.dll, Gdi32.dll	Уровень абстрагирования  от оборудования Часть подсистемы Win32, работающая в режиме ядра Внутренние функции поддержки  и интерфейсы диспетчера системных сервисов с функциями исполнительной системы Основные DLLподсистемы Win32

 

4.2.Запуск систем  Windows 2000

Процессы , происходящие при успешном запуске компьютера, работающего под управлением Windows 2000:

1. Самотестирование при включении;
2. Инициализация при запуске;
3. Работа загрузчика: выбор ОС; опознавание аппаратных средств; выбор конфигурации; 
4. Загрузка ядра, инициализация ядра;
5. Регистрация пользователя;

Процесс запуска начинается либо при включении компьютера, либо при его перезагрузке.

Чтобы система Windows 2000 начала загружаться необходимо соблюдение следующих условий:

• корректная инициализация аппаратных средств ПК;
• наличие всех файлов, необходимых для загрузки системы.

 5.Диски и файловые системы

Windows 2000 поддерживает следующие файловые системы*: FAT, FAT32 и NTFS. На выбор файловой системы оказывают влияние следующие факторы:

• цель, для которой предполагается использовать компьютер;
• аппаратная платформа;
• количество жестких дисков и их объем;
• требования к безопасности;
• используемые в системе приложения.

Windows 2000 поддерживает распределенную файловую систему и шифрованную файловую систему.

5.1. Файловые системы FAT и FAT32

FAT представляет собой простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Ее название происходит от названия метода, применяемого для организации файлов — таблица размещения файлов (File Allocation Table, FAT). Эта таблица размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем хранятся две копии FAT.

Таблица 2

FAT16	FAT32
Поддерживается большинством операционных систем, в числе которых MS-DOS, Windows 98, Windows NT, OS/2 и UNIX	На текущий момент поддерживается только операционными системами  Windows 98 (и Windows 98 Second Edition), Windows 95 OSR2 и Windows XP
Эффективна только на логических дисках, размер которых не превышает 256 Мбайт	Не поддерживаются диски, размер которых менее 512 Мбайт
Поддерживает сжатие диска  с помощью таких утилит, как Drvspace	Не поддерживает сжатие диска
Ограничена по размеру  до 65 525 кластеров. Каждый кластер имеет фиксированный размер в зависимости от размера логического диска. Ограничения по количеству кластеров, и их размеру (32 Кбайт) приводят к общему ограничению по размеру диска (не более 2 Гбайт). Помимо этого, FAT12/16 обычно имеет ограничения по количеству файлов и папок, которые могут содержаться в корневом каталоге (в зависимости от диска максимальное значение колеблется от 200 до 400)	Максимальный размер кластера — 32 Кбайт, максимальный размер диска — 2 Тбайт
Поскольку с увеличением  размера диска размер кластера FAT16 увеличивается, хранение файлов на таких дисках становится неэффективным. Например, если файл размером 10 Кбайт хранится в кластере размером 32 Кбайт, то 22 Кбайт дискового пространства не используются	Для дисков размером менее 8 Гбайт размер кластера — 4 Кбайт

FAT32 обеспечивает следующие  преимущества по сравнению с  прежними реализациями FAT:

• Поддержка дисков размером до 2 Тбайт. Следует, правда, отметить, что команда format, включенная в Windows XP, не позволяет форматировать для использования FAT32 тома, размер которых превышает 32 Гбайт. Поэтому при форматировании томов объемом более 32 Гбайт следует использовать файловую систему NTFS. Однако драйвер FASTFAT, имеющийся в составе Windows XP, позволяет монтировать и поддерживать любые тома FAT32, в том числе и такие, объем которых превышает 32 Гбайт. За исключением упомянутого выше ограничения FAT32 в Windows XP работает точно так же, как в Windows 95 OSR2 и Windows 98.
• Более эффективное расходование дискового пространства. FAT32 использует более мелкие кластеры (см. табл. 7.1), что позволяет повысить эффективность использования дискового пространства на 10—15% по сравнению с FAT.
• Повышенная надежность и более быстрая загрузка программ. В отличие от FAT 12 и FAT 16, FAT32 обладает возможностью перемещать корневой каталог и использовать резервную копию FAT, если первая копия получила повреждения. Кроме того, загрузочный сектор FAT32 был расширен по сравнению с FAT16 и содержит резервные копии жизненно важных структур данных. Повышенная устойчивость FAT32 обусловлена именно этими факторами.

5.2. Файловая система NTFS

Файловая система Windows NT (NTFS) обеспечивает такое сочетание производительности, надежности и эффективности, которое невозможно предоставить с помощью любой из реализаций FAT (как FAT16, так и FAT32). Основными целями разработки NTFS являлись обеспечение скоростного выполнения стандартных операций над файлами (включая чтение, запись, поиск) и предоставления дополнительных возможностей, включая восстановление поврежденной файловой системы на чрезвычайно больших дисках.

NTFS обладает характеристиками  защищенности, поддерживая контроль доступа к данным и привилегии владельца, играющие исключительно важную роль в обеспечении целостности жизненно важных конфиденциальных данных. Папки и файлы NTFS могут иметь назначенные им права доступа вне зависимости от того, являются они общими или нет. NTFS — единственная файловая система в Windows NT/XP, которая позволяет назначать права доступа к отдельным файлам. Однако, если файл будет скопирован из раздела или тома NTFS в раздел или на том FAT, все права доступа и другие уникальные атрибуты, присущие NTFS, будут утрачены.

Файловая система NTFS, как  и FAT, в качестве фундаментальной  единицы дискового пространства использует кластеры. В NTFS размер кластера по умолчанию (когда он не задается ни командой format, ни в оснастке Управление дисками) зависит от размера тома. Если для форматирования тома NTFS используется утилита командной строки FORMAT, то нужный размер кластера можно указать в качестве параметра этой команды.

Основную информацию о  томе NTFS содержит загрузочный сектор раздела (Partition Boot Sector), который начинается с сектора 0 и может иметь длину до 16 секторов. Он состоит из двух структур:

• Блок параметров BIOS. Эта структура содержит информацию о строении тома и структурах файловой системы.
• Код, описывающий, как найти и загрузить файлы для любой из установленных на компьютере операционных систем. Для систем Windows NT/XP, установленных на компьютерах х86, этот код вызывает загрузку NTLDR.

Форматирование тома для NTFS приводит к созданию нескольких системных файлов и главной таблицы файлов (Master File Table, MFT). MFT содержит информацию обо всех файлах и папках, имеющихся на томе NTFS. NTFS — это объектно-ориентированная файловая система, которая обрабатывает все файлы как объекты с атрибутами. Практически все объекты, существующие на томе, представляют собой файлы, а все что имеется в файле, представляет собой атрибуты — включая атрибуты данных, атрибуты системы безопасности, атрибуты имени файла. Каждый занятый сектор на томе NTFS принадлежит какому-нибудь файлу. Частью файла являются даже метаданные файловой системы (информация, которая представляет собой описание самой файловой системы).

NTFS — наилучший выбор  для работы с томами большого  объема. При этом следует учесть, что если к системе предъявляются  повышенные требования (к числу которых относятся обеспечение безопасности и использование эффективного алгоритма сжатия), то часть из них можно реализовать только с помощью NTFS. Поэтому в ряде случаев нужно использовать NTFS даже на небольших томах

6.Реестр Windows 2000

Реестр ОС Windows 2000 представляет централизованную базу данных  параметров настройки системы и работающих в ней приложений. Реестр содержит информацию обо всех аппаратных  средствах, программном обеспечении, ОС и сетевых параметрах компьютера.

В реестре хранятся данные, которые необходимы для правильного  функционирования Windows. К ним относятся профили всех пользователей, сведения об установленном программном обеспечении и типах документов, которые могут быть созданы каждой программой, информация о свойствах папок и значках приложений, а также установленном оборудовании и используемых портах.

Практически любой процесс, работающий в ОС Windows, использует системный реестр в своих целях. Реестр можно представить как банк данных, в котором хранится всевозможная информация, необходимая для программ, служб, драйверов. Высокоуровневые службы, обеспечивающие работоспособность ОС, используют реестр с самого начала загрузки Windows и до завершения работы. Системный реестр также используется и драйверами устройств для загрузки и инициализации.

Реестр становится необходимым  уже на самых ранних этапах загрузки ОС. Большинство проблем с загрузкой  Windows, как правило, является следствием неправильной эксплуатации системного реестра. При этом в проблеме может быть виноват как пользователь, который своими некорректными действиями нарушил работоспособность реестра, так и приложение, которое внесло в реестр неверные данные, в результате чего система не может нормально функционировать.

Основу реестра Windows составляют корневые разделы. Каждый корневой раздел содержит вложенные подразделы и параметры – элементы данных реестра.

 

 

Типы данных в реестре  Windows 2000:

Тип данных	Описание
REG_BINARY	Необработанные двоичные данные. Большинство сведений об аппаратных компонентах хранится в виде двоичных данных и выводится в редакторе  реестра в шестнадцатеричном  формате.
REG_DWORD	Данные представлены в  виде значения, длина которого составляет 4 байта (32-разрядное целое). Этот тип данных используется для хранения параметров драйверов устройств и служб. Значение отображается в окне редактора реестра в двоичном, шестнадцатеричном или десятичном формате.
REG_EXPAND_SZ	Строка данных переменной длины. Этот тип данных включает переменные, обрабатываемые при использовании данных программой или службой.
REG_MULTI_SZ	Многострочный текст. Этот тип, как правило, имеют списки и другие записи в формате, удобном для чтения. Записи разделяются пробелами, запятыми или другими символами.
REG_SZ	Текстовая строка фиксированной  длины.