Общие сведения

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-

' SE означает «Second Edition» — вторая редакция.

² Эта система вышла осенью 2000 года.

³ Слово «millennium» как раз и означает канун тысячелетия.

366_______________________________ Глава 11. Операционные системы Windows

чее окружение называется профилем (profile), и при включении такой возможнос­ти в системном каталоге образуется вложенный каталог¹ 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 аутентификации используются 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 Plug and Play — «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, User и 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. Наконец, компонент ядра, называемый GDI (Graphical Device Interface — графический интерфейс устрой-

' Вместо термина каталог (directory) в системах с графическим интерфейсом гораздо чаще использу-ют термин папка (folder).

Операционные системы Windows 9x______________________________________ 367

ства), 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. Для этого существуют универсальные драйверы, которые включают большую часть кода, необходимого конкретному классу уст­ройств для взаимодействия с компонентами операционной системы. 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.

Помимо этих драйверов, которые относятся к драйверам низкого уровня и непос­редственно завязаны на аппаратуру, в Windows 9x используются драйверы вирту­альных устройств. Эти драйверы предназначены для управления системными ре­сурсами, причем они позволяют разделять ресурс между несколькими процессами. Аббревиатура VxD (Virtual Device — виртуально устройство), которую мы можем встретить при детальном знакомстве с этими операционными системами, означа­ет, что речь идет именно о драйверах виртуальных устройств. Вместо средней бук­вы х в названии драйвера виртуального устройства может стоять, например, ла­тинская буква Р, которая означает, что речь идет о драйвере принтера. Если же название виртуального драйвера — VDD, то мы имеем дело с драйвером дисплея.

Драйверы VxD поддерживают все основные устройства персонального компьюте­ра, включая контроллеры на системной плате, контроллеры дисковых устройств, таймер, видеоконтроллеры, коммуникационные порты (параллельный и последо­вательный), принтеры, клавиатуры и многие другие. Они обеспечивают динами-

368 Глава 11. Операционные системы Windows

ческую поддержку драйверов устройств, а виртуальное устройство отслеживает состояние соответствующего реального аппаратного устройства для любого про­цесса, которое им используется. Поскольку системы Windows 9x обеспечивают мультизадачный режим, передача устройства от одного процесса другому проис­ходит очень часто. Каждое выполняемое приложение или системный процесс может прервать работу с устройством другого приложения. Поскольку такое вмешатель­ство в принципе могло бы вызвать полный крах процессов управления вводом-выводом, драйвер виртуального устройства проверяет и соответственно изменяет состояние устройства для любого приложения и/или системного процесса ввода-вывода. При этом, естественно, гарантируется, что устройство будет корректно функционировать с каждым из процессов, запрашивающим ту или иную опера­цию ввода-вывода па этом устройстве. Некоторые драйверы виртуальных устройств предназначены для управления программными компонентами операционной сис­темы; они содержат код, который эмулирует определенные программные средства или отслеживает, чтобы выполняющиеся процессы использовали только свои дан­ные. Во всех операционных системах Windows 9x в память загружаются только те драйверы виртуальных устройств, которые необходимы в данный момент. Это по­зволяет экономить оперативную память компьютера.

Одним из драйверов виртуальных устройств является системный драйвер, управ­ляющий файловой системой защищенного режима и драйверами блочных уст­ройств. Это супервизор ввода-вывода (Input/Output Supervisor, IOS). Он прини­мает запросы от файловых систем и загружает драйверы, обеспечивающие доступ к локальным дискам и дисковым устройствам.

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

- VFAT (Virtual FAT) — файловые операции на дисковых устройствах и взаимо­
действие 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 Microsoft
и Novell (Netware).

Все эти файловые системы управляются диспетчером устанавливаемых файловых систем (IFS). Помимо перечисленных в операционную систему можно установить и иные файловые системы. Например, при работе с Windows 98 мы можем устано­вить драйвер для доступа к дискам NTFS. Правда, реализация этого драйвера та­кова, что он игнорирует все расширенные атрибуты. В результате не работают раз­решения NTFS для ограничения на доступ к файлам, которые и составляют одно из основных достоинств этой файловой системы.

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.

Операционные системы Windows 9x______________________________________ 369

Операционные системы Windows являются сетевыми. В дистрибутивы входит все необходимое системное сетевое программное обеспечение, которое легко и быст­ро устанавливается и конфигурируется. Используется программный интерфейс NetBIOS и технология SMB (Server Message Blocks). Системы главным образом предназначены для работы в составе рабочих групп, то есть для построения одно­ранговых вычислительных сетей, хотя операционные системы Windows 95 и Win­dows 98 допускают работу в составе домена в сетях клиент-сервер. Для этого они имеют все необходимые программные модули и интерфейсные экранные формы. Однако, поскольку в случае их использования в корпоративных сетях существен­ным образом начинает страдать информационная безопасность, делать это не ре­комендуется.