нескольких компонентов ; каждая из них предназначена для поддержки определённого
системного сервиса. Так, один из компонентов - монитор безопасности (Security
Reference Monitor) - функционирует совместно с защищёнными подсистемами и
обеспечивает реализацию модели безопасности системы.
Подсистемы среды представляют собой защищённые серверы пользовательского режима
(user-mode), которые обеспечивают выполнение и поддержку приложений,
разработанных для различного операционного окружения (различных операционных
систем ). Примером подсистем среды могут служить подсистемы Win32 и OS/2.
Уровень аппаратных абстракций Уровень аппаратных абстракций ( HAL ) представляет
собой создаваемый производителями аппаратных средств слой программного
обеспечения, который скрывает (или абстрагирует ), особенности и различия
аппаратуры от верхних уровней операционной системы. Таким образом, благодаря
обеспечиваемому HALом фильтру, различные аппаратные средства выглядят аналогично
с точки зрения операционной системы ; снимается необходимость специальной
поднастройки операционной системы под используемое оборудование.
При создании уровня аппаратных абстракций ставилась задача подготовки процедур,
которые позволяли бы единственному драйверу конкретного устройства поддерживать
функционирование этого устройства для всех платформ. HAL ориентирован на большое
число разновидностей аппаратных платформ с однопроцессорной архитектурой ; таким
образом для каждого из аппаратных вариантов не требуется отдельной версии
операционной системы.
Процедуры HAL называются как средствами операционной системы (включая ядро), так
и драйверами устройств. При работе с драйверами устройств уровень аппаратных
абстракций обеспечивает поддержку различных технологий ввода - вывода (вместо
традиционной ориентации на одну аппаратную реализацию или требующей значительных
затрат адаптации под каждую новую аппаратную платформу ).
Уровень аппаратных абстракций позволяет также “скрывать” от остальных уровней
операционной системы особенности аппаратной реализации симметричных
мультипроцессорных систем.
Ядро Ядро (Kernel) является “сердцем ” Windows NT и работает в тесном контакте с
уровнем аппаратных абстракций. Этот модуль, в первую очередь, занимается
планированием действий компьютерного процессора. В случае если компьютер
содержит несколько процессоров, ядро синхронизирует их работу с целью достижения
максимальной производительности системы.
Ядро осуществляет диспетчеризацию нитей управления (threads, иногда называются
подзадачами, ответвлениями или потоками ), которые являются основными объектами
в планируемой системе. Нити управления определяются в контексте процесса
;процесс включает адресное пространство, набор доступных процессу объектов и
совокупность выполняемых в контексте процесса нитей управления. Объектами
являются управляемые операционной системой ресурсы.
Ядро производит диспетчеризацию нитей управления таким образом, чтобы
максимально загрузить процессоры системы и обеспечить первоочередную обработку
нитей с более высоким приоритетом. ( Всего существует 32 значения приоритета,
которые сгруппированы в два класса приоритетов : real-time и variable ).
Подобный подход позволяет достичь максимальной эффективности операционной
системы.
Под компоненты исполняющей системы, такие как диспетчер ввода вывода и диспетчер
процессов, используют ядро для синхронизации действий. Они также взаимодействуют
с ядром для более высоких уровней абстракции, называемых объектами ядра
;некоторые из этих объектов экспортируются внутри пользовательских вызовов
интерфейса прикладных программ (API).
Ядро управляет двумя типами объектов.
Объекты диспетчеризации (dispatcher objects) характеризуются сигнальным
состоянием ( signaled или nonsignaled ) и управляют диспетчеризацией и
синхронизацией системных операций. Эти объекты включают события, мутанты,
мутэксы, семафоры, нити управления и таймеры ( events, mutants, mutexes,
semaphores, threads, timers ).
Управляющие объекты ( control objects ) используются для операций управления
ядра, но не воздействуют на диспетчеризацию или синхронизацию.
Управляющие объекты включают в себя асинхронные вызовы процедур, прерывания,
уведомления и состояния источника питания, процессы и профили (asynhcronous
procedure calls, interupts, power notifies, power statuses, processes,
profiles).
Исполняющая система Windows NT Исполняющая система ( Executive ), в состав
которой входит ядро и уровень аппаратных абстракций HAL, обеспечивает общий
сервис системы, который могут использовать все подсистемы среды. Каждая группа
сервиса находится под управлением одной из отдельных составляющих исполняющей
системы : диспетчера объектов (Object Manager) диспетчера виртуальной памяти
(Virtual Memory Manager); диспетчера процессов (Process Manager) средства вызова
локальных процедур (Local Procedure Call Facility); диспетчера ввода - вывода
(E/O Maneger); мониторы безопасности (Security Reference Monitor).
Монитор безопасности совместно с процессором входа в сиситему ( Logon ) и
защищёнными подсистемами реализует модель безопасности Windows NT.
Верхний уровень исполняющей системы называется системным сервисом (System
Services ). Показанный на следующем рисунке системный сервис представляет собой
интерфейс между подсистемами среды пользовательского режима и привилегированным
режимом.
Диспетчер кэша Архитектура ввода - вывода содержит единственный диспетчер кэша
(Cache Manager), который осуществляет кэширование для всей системы ввода -
вывода. Кэширование (Caching) - метод, используемый файловой системой для
увеличенияэффективности. Вместо непосредственной записи и считывания с диска,
часто используемые файлы временно сохраняются в кэш - памяти ;таким образом,
работа с этими файлами выполняется в памяти. Операции с данными, находящимися в
памяти, производятся значительно быстрее операций с данными на диске.
Диспетчер кэша использует модель отображения файла, которая интегрированна с
диспетчером виртуальной памяти Windows NT. Диспетчер кэша обеспечивает службу
кэширования для всех файловых систем и сетевых компонентов, функционирующих под
управлением диспетчера ввода - вывода. В зависимости от объёма доступной
оперативной памяти диспетчер кэша может динамически увеличивать или уменьшать
размер кэша. Когда процесс открывает файл, который уже находился в кэше,
диспетчер кэша просто копирует данные из кэша в виртуальное адресное
пространство.
Диспетчер кэша поддерживает службы типа ленивой записи ( lazy write) и ленивой
фиксации (lazy commit), которые могут значительно увеличить эффективность
файловой системы. В процессе ленивой записи изменения регистрируются в кэше
файловой структуры, обеспечивающем более быстрый доступ. Позднее, когда загрузка
центрального процессора снижена, диспетчер кэша заносит изменения на диск.
Ленивая фиксация подобна ленивой записи. Вместо немедленной маркировки
транзакции как успешно завершившейся, переданная информация кэшируется и позднее
в фоновом режиме записывается в журнал файловой системы.
Драйверы файловой системы В архитектуре ввода - вывода Windows NT управление
драйверами файловой системы осуществляет диспетчер ввода - вывода. Windows NT
допускает использование множества файловых систем, включая существующие файловые
системы типа FAT. Для обеспечения совместимости снизу вверх с операционными
системами MS-Dos, Windows 3. x и OS/2, Windows NT поддерживает файловые системы
FAT и HPFS. Кроме того, Windows NT также поддерживает NTFS - новую файловую
систему, разработанную специально для использования с Windows NT. NTFS
обеспечивает множество возможностей, включая средства восстановления файловой
системы, поддержку Unicode, длинных имён файлов и поддержку для POSIX.
Архитектура ввода - вывода Windows NT не только поддерживает традиционные
файловые системы, но и обеспечивает функционирование сетевого редактора и
сервера в качестве драйверов файловой системы. С точки зрения диспетчера ввода -
вывода, нет никакой разницы между работой с файлом, сохранённым на удалённом
компьютере сети, и работой с файлом на локальном жёстком диске. Редиректоры и
серверы могут быть загружены и выгружены динамически, так же как и любые другие
драйверы ;на одном компьютере может одновременно находиться большое число
редиректоров и серверов.
Сетевые драйверы Следующим типом драйверов, присутствующих в качестве компонента
в архитектуре ввода - вывода, являются сетевые драйверы. Windows NT включает
интегрированные возможности работы с сетями и поддержку для распределённых
приложений. Как показано на следующем рисунке работа с се -9тями обеспечивается
рядом сетевых драйверов.
Редиректоры и серверы функционируют как драйверы файловой системы и выполняются
на уровне интерфейса поставщика или ниже, где находятся NetBIOS и Windows -
сокет.
Драйверы транспортного протокола общаются с редиректорами и серверами через
уровень, называемый интерфейсом транспортного драйвера (TDI - Transport Driver
Interface). Windows NT включает следующие транспортные средства : Протокол
управления передачей / межсетевой протокол TCP/IP, который обеспечивает
возможность работы с широким диапазоном существующих сетей.
NBF, потомок расширенного интерфейса пользователя NetBIOS (NetBEUI ), который
обеспечивает совместимость с существующими локальными вы- числительными сетями
на базе LAN Manager, LAN Server и MS-Net.
Управление передачей данных (DLC - Data Link Control), которое обеспечи-вает
интерфейс для доступа к мэйнфрэймам и подключённым к сети прин-терам.
NWLink, реализация IPX/SPX, обеспечивающаясвязь с Nowell NetWare.
В нижней части сетевой архитектуры находится драйвер платы сетевого адаптера.