Тема 4. Архитектура 32-разрядных операционных систем Windows

Наиболее популярной файловой системой, которая применяется в 32-разрядных операционных системах Windows является файловая система NTFS.

Особенности файловой системы NTFS:

1. Работа с большими дисками. NTFS способна работать с дисками очень больших размеров до 16 терабайт.

2. Устойчивость. Вместо таблиц FAT в NTFS для хранения информации о размещении файлов используется база данных MFT, причем используются две копии MFT. Этим обеспечивается повышенная защита целостности данных.

3. Защищенность. NTFS хранит не только информацию о размещении файлов но и права доступа к ним, что позволяет эффективно защищать информацию от несанкционированного доступа.

4. Восстанавливаемость. В NTFS встроены средства восстановления после сбоя, не нужно запускать утилиту восстановления.

5. Эффективность. При использовании NTFS значительно уменьшаются потери из-за фрагментации диска.

6. Компрессия данных. NTFS позволяет сжимать отдельные каталоги и файлы. Использование этой функции позволяет существенно экономить пространство на диске.

7. Поиск файлов. NTFS позволяет выполнять поиск файлов по имени его владельца. Кроме того можно легко определить какие файлы доступны пользователю и установить права доступа к отдельным файлам или папкам.

8. Присоединение дисковых ресурсов. С помощью этой функции можно присоединить любой дисковый ресурс в любое место файловой системы. Например можно присоединить жесткий диск D:\ в любую папку на диске C:\. Зайдя в эту папку на диске C:\ можно будет просмотреть содержимое корневого каталога диска D:\. Таким образом, пользователь, работая с одним диском, не будет знать, что фактически он работает с двумя дисками.

9. Динамические диски. NTFS позволяет создавать динамические разделы на жестком диске, которые могут быть объединены в один раздел. Это обеспечивает большую скорость при выполнении дисковых операций.

10. Зеркальные диски. Зеркальные диски состоят из двух физических дисков. Данные, записываемые на одном из дисков, автоматически дублируются на другом. Это не дает никаких преимуществ в плане скорости, но зато обеспечивает вдвое большую степень надежности сохранности данных.

Архитектура ОС Windows

ОС Windows содержат 5 основных частей:

1. Ядро

2. Уровень аппаратных абстракций

3. Системный реестр

4. Исполняющая система

5. Подсистемы среды

Ядро.

Ядро - это командный интерпретатор, ядро осуществляет преобразование команд с языков высокого уровня на язык машинных кодов, т.е. в формат двоичной системы счисления.

Ядро является основой модульного строения ОС, и координирует выполнение большинства базовых операций. Ядро отвечает за планирование процессов, синхронизацию выполнения процессов, обработку аппаратных прерываний и сбойных ситуаций.

Ядро ОС Windows состоит из 3 компонент:

User – управляет вводом команд с клавиатуры и мыши, а также управляет выводом информации на экран монитора.

Kernel – обеспечивает работу с файлами, управление оперативной памятью, планирование задач. Обеспечивает загрузку exe-файлов, в которых находятся компьютерные программы, и подключение к ним dll-файлов, в которых находятся данные, необходимые для работы программ.

GDI – графическая система, управляющая всем, что появляется на экране дисплея и поддерживающая обмен графической информацией с другими устройствами (принтер, сканер и т.д.).

Уровень аппаратных абстракций.

Это специализированное программное обеспечение, которое отвечает за автоматическую работу с драйверами различных устройств и настройку используемого оборудования.

Драйверы – это специализированные программы управления различными устройствами, входящими в состав ПК.

Системный реестр Windows

Реестр – это база данных, в которую система вносит сведения обо всех своих настройках и об установленных программах

Реестр содержит информацию об аппаратной и программной конфигурации локального компьютера.

Редактор реестра REGEDIT.EXE позволяет просматривать и редактировать реестр Windows. При ручном редактировании следует быть осторожным: редактор не распознает синтаксические ошибки и не предупреждает о создании некорректного элемента. Большинство параметров системы можно модифицировать через панель управления.

Реестр – древовидная иерархическая база данных, хранится в двух файлах: USER.DAT – настройки для пользователя и SYSTEM.DAT – настройки для компьютера. Узел иерархического дерева называется ключом. Любой ключ может содержать вложенные ключи. В ключе хранится произвольное число значений данного типа, каждое значение называется элементом реестра. Компоненты ключей следующие:

имя (уникально среди ключей того же уровня иерархии);

класс (имя класса объекта);

дескриптор защиты;

время последней записи;

элементы.

Список ключей:

HKEY_CLASSES_ROOT – сведения о встраивании и связывании объектов и ассоциации файлов с приложениями;

HKEY_LOCAL_MACHINE – спецификации рабочей станции, драйверов и другие системные настройки;

HKEY_CURRENT_CONFIG – информация о текущей конфигурации компьютера;

HKEY_USERS – информация обо всех пользователях данной рабочей станции;

HKEY_CURRENT_USER – настройки системы и программ, относящиеся к текущему пользователю;

HKEY_DYN_FATA – динамическая информация о состоянии различных устройств.

Исполняющая система.

Исполняющая система представляет собой программное обеспечение, предназначенное для поддержки системного сервиса.

Компоненты исполняющей системы:

1. Диспетчер КЭШа.

2. Драйверы файловой системы.

3. Сетевые драйверы.

4. Монитор безопасности.

Диспетчер КЭШа. Для увеличения производительности системы в оперативной памяти организуется область кэш-памяти, которой управляет диспетчер КЭШа. Вместо непосредственной записи и считывания с диска часто используемые файлы временно сохраняются в кэш-памяти. Работа с этими файлами происходит значительно быстрее, чем с файлами находящимися на диске. В зависимости от объема доступной оперативной памяти Диспетчер КЭШа может динамически увеличивать или уменьшать размер кэш-памяти.

Диспетчер КЭШа поддерживает технология замедленной записи, которая значительно увеличивает эффективность файловой системы. При замедленной записи в процессе редактирования файла все изменения регистрируются в кэш-памяти а не на диске, что обеспечивает более быструю обработку файла. Позднее, когда загрузка процессора снижена, Диспетчер КЭШа переписывает измененный файл из кэш-памяти на диск.

Драйверы файловой системы. Благодаря наличию этих драйверов Windows допускает использование множества различных файловых систем, включая существующие файловые системы типа FAT.

Сетевые драйверы. Сетевые драйверы обеспечивают поддержку работы с сетями различных типов и позволяют организовать работу с распределенными сетевыми программами.

Монитор безопасности. В многозадачной ОС Windows программы совместно используют ряд ресурсов: оперативную память, внешние устройства, файлы, процессор. Монитор безопасности отвечает за то, что бы программы не могли обратиться к этим ресурсам без соответствующего разрешения. Монитор безопасности проверят права доступа пользователя и подтверждает его доступ к ресурсам и объектам.

Подсистемы среды.

Это системное программное обеспечение, которое обеспечивает выполнение и поддержку программ разработанных для различных ОС.

Основные функции ОС Windows:

1. Поддержка нескольких мониторов. Это позволяет подключать к ПК несколько мониторов и запускать с них разные программы.

2. Управление питанием. При использовании средств управления питанием сокращается время запуска ПК, т.к. при этом все программы восстанавливаются в том состоянии, которое они имели на момент отключения. Кроме того, средства управления питанием позволяют перевести ПК в режим ожидания(спящий режим) для сохранения ресурсов питания.

3. Поддержка шины USB. Использование данной шины позволяет добавлять новые устройства, подключаемые к этой шине, без перезагрузки ПК.

4. Обеспечение повышенной надежности. Надежность ПК повышается за счет применения специализированных мастеров, служебных программ и ресурсов, обеспечивающих бесперебойную работу системы. В системе имеются архитектурные особенности, которые защищают программы от повреждений друг другом и от повреждений самой операционной системой. В системе имеется отказоустойчивая структура обработки аварийных ситуаций. ОС использует более надежную, восстанавливаемую файловую систему NTFS. В ОС обеспечивается защита от сбоев с помощью встроенной системы безопасности и усовершенствованных методов управления памятью.

5. Проверка системных файлов. Проверка системных файлов позволяет отслеживать наиболее важные файлы, обеспечивающие работу ПК. Если эти файлы повреждены или перемещены, программа проверки системных файлов их восстанавливает.

6. Проверка реестра. Проверка реестра является системной программой, позволяющей обнаруживать и устранять ошибки в реестре. Кроме того, программа проверки реестра каждый день выполняет резервирование реестра. Если обнаруживаются серьезные ошибки в реестре, реестр можно восстановить по резервной копии.

7. Архивация данных. Программа архивации предоставляет расширенные возможности архивации и восстановления данных. Файлы с жесткого диска можно резервировать на дискетах или на другом ПК сети. Если исходные файлы повреждены или потеряны, их можно восстановить из архива.

8. Повышенное быстродействие. В состав ОС входи ряд программ, совместная работа которых позволяет повысить производительность ПК.

9. Мастер обслуживания. Мастер обслуживания позволяет повысить производительность системы. Он позволяет быстрее выполнять программы, проверять жесткий диск на наличие ошибок и освобождать место на диске. Создав с помощью матера расписание для регулярного выполнения служебных программ можно добиться максимальной производительности ПК.

10. Мастер подключения к Интернету. Этот мастер автоматически выполняет шаги по настройке программного обеспечения, необходимые для доступа к Интернету.

11. Проверка диска. Проверка диска запускается автоматически после некорректного выключения ОС. Программа проверки диска обнаруживает повреждения файлов и папок и выполняет исправления обнаруженных ошибок. Кроме того, пользователь системы может самостоятельно запустить программу проверки диска.

12. Дефрагментация диска. При многократной записи и перезаписи файлов они сохраняются на диске в кластерах расположенных в разны частях жесткого диска. Такой разброс файлов по различным кластерам называется фрагментация. Фрагментация файлов приводит к снижению быстродействия работы жесткого диска и понижает производительность ПК в целом. Для восстановления производительности ПК выполняют упорядочение размещения файлов в соседних кластерах. Эта операция называется дефрагментация жесткого диска. Дефрагментация диска восстанавливает потерянную скорость загрузки ОС и скорость выполнения программ.

13. Общий доступ к подключению Интернета. ОС предоставляет возможность общего доступа к подключению Интернет для нескольких компьютеров, объединенных в сеть. При этом один первый компьютер имеет непосредственный доступ к подключению Интернета, а запросы к Интернет остальных компьютеров сети посылаются через первый компьютер.

14. Рабочий стол с функцией Active Desktop. Active Desktop позволяет выполнять настройку рабочего стола, запуск программ, переключение между файлами и отслеживание последних мировых новостей за счет объединения работы Web-программ и рабочего стола.

15. Технология Plug and Play. Эта технология предназначена для упрощения установки и конфигурирования новых устройств. Устройства, соответствующие данной технологии, сообщают ОС о своем наличии и о требуемых им ресурсах. ОС умеет распознавать такие устройства и автоматически подключать их, выделяя соответствующие ресурсы.

16. Универсальный драйвер. ОС работает с универсальным драйвером Direct X, который отвечает за обмен данными с целым рядом внешних устройств. Direct X в свою очередь обменивается информацией с драйверами конкретных устройств, которые управляют соответствующими внешними устройствами.

17. Масштабируемость. Система поддерживает мультипроцессорную конфигурацию, т.е. способна обеспечивать работу вычислительной системы, построенной на нескольких процессорах от 1 до 32.

18. Сетевые функции. Отличительной особенностью системы является наличие большого количества встроенных сетевых функций. Система по набору сетевых функций реализуется в двух вариантах Windows Professional – для установки на рабочие станции сети, и Windows Server – для установки на компьютер-сервер, управляющий компьютерной сетью (контроллер домена).

Системные программные средства операционной системы Windows:

1. Task Manager (Диспетчер задач) – это мощный и удобный программный модуль, предназначенный для управления процессами. Диспетчер задач работает в трех режимах:

Applications (Приложения) – в этом режиме отображается список работающих прикладных программ с указанием состояния программы, выполняется программа или не отвечает. В этом режиме Диспетчер задач позволяет завершить любую из выбранных программ. Кроме того Диспетчер задач позволяет запустить любую программу, используя командную строку.

Prosesses (Процессы) – в этом режиме отображается список процессов, активных в данный момент. Диспетчер задач позволяет добавлять или удалять процессы. При удалении процесса можно дать команду и на удаление процессов, которые он породил.

Performance (Быстродействие) – в этом режиме показывается информация о загрузке процессора и процессов в реальном времени, показывается загрузка оперативной памяти.

2. Active Directory (Администрирование) – это новое средство управления пользователями и сетевыми ресурсами. Этот модуль предназначен для работы сетевого администратора, на его основе строится система управления сетью и ее безопасности. Модуль администрирования обеспечивает работу в следующих режимах:

Единая регистрация сети. Для каждого пользователя сети организуется индивидуальная настройка рабочего стола и всей системы в целом. Пользователь по своему паролю может войти в систему своих настроек с любого компьютера сети.

Безопасность информации. В службу Администрирования встроены средства идентификации пользователя. Для каждого объекта в сети можно определить права доступа, в зависимости от групп и конкретных пользователей. Благодаря системе безопасности, можно осуществлять защищенную связь даже по открытым сетям, таким как Интернет. При этом данные, передаваемые по сети шифруются, а пароли хранятся не на клиентских машинах а на сервере сети.

Централизованное управление. Этот режим обеспечивает одновременное конфигурирование всех ПК, подключенных к сети. Благодаря этому при изменении каких-либо сетевых настроек, нет необходимости настраивать каждый ПК отдельно.

Гибкий интерфейс. В этом режиме администратор имеет возможность создавать и изменять структуру каталогов доступных объектов для пользователей сети. Например, он может с помощью мыши, подключить сетевой принтер к конкретным рабочим местам, при этом драйверы автоматически устанавливаются на ПК на этих рабочих местах. Администратор может перетаскивать структуру каталогов мышью с одного ПК сети на другой со всеми правами, папками и документами.

Интеграция с DNS. DNS – система адресов в локальной сети. Благодаря этому средству в локальной сети используются те же адреса ресурсов, что и в Интернет. Это способствует более тесному взаимодействию локальной и глобальной сети.

Масштабируемость. В этом режиме несколько отдельных сетевых доменов могут быть объединены вместе под одним управлением главного сервера.

Режим поиска. В этом режиме можно выполнять поиск объектов по множеству параметров, таких как: имя пользователя, имя компьютера, адрес электронной почты и т.д.

Режим DFS. Он позволяет создавать сетевые ресурсы, в которые может входить множество файловых систем на различных ПК. Это позволяет пользователю удобно работать с файлами, расположенными на различных ПК с различными файловыми системами.

Контрольные вопросы.

1. Особенность файловой системы NTFS работа с большими дисками;

2. Особенность файловой системы NTFS устойчивость;

3. Особенность файловой системы NTFS защищенность;

4. Особенность файловой системы NTFS восстанавливаемость;

5. Особенность файловой системы NTFS эффективность;

6. Особенность файловой системы NTFS компрессия данных;

7. Особенность файловой системы NTFS поиск файлов;

8. Особенность файловой системы NTFS присоединение дисковых ресурсов;

9. Особенность файловой системы NTFS динамические диски;

10. Особенность файловой системы NTFS зеркальные диски;

11. Основные части архитектуры ОС Windows(5);

12. Назначение ядра;

13. Назначение компонент ядра(3);

14. Назначение уровня аппаратных абстракций;

15. Назначение системного реестра;

16. Назначение файла REGEDIT.EXE;

17. Назначение файла USER.DAT;

18. Назначение файла SYSTEM.DAT;

19. Назначение ключа HKEY_CLASSES_ROOT;

20. Назначение ключа HKEY_LOCAL_MACHINE;

21. Назначение ключа HKEY_CURRENT_CONFIG;

22. Назначение ключа HKEY_USERS;

23. Назначение ключа HKEY_CURRENT_USER;

24. Назначение ключа HKEY_DYN_FATA;

25. Назначение исполняющей системы;

26. Компоненты исполняющей системы(4);

27. Назначение диспетчера КЭШа;

28. Назначение драйверов файловой системы;

29. Назначение сетевых драйверов;

30. Назначение монитора безопасности;

31. Назначение подсистемы среды;

32. Функция ОС Windows поддержка нескольких мониторов;

33. Функция ОС Windows управление питанием;

34. Функция ОС Windows поддержка шины USB;

35. Функция ОС Windows обеспечение повышенной надежности;

36. Функция ОС Windows проверка системных файлов;

37. Функция ОС Windows проверка реестра;

38. Функция ОС Windows архивация данных;

39. Функция ОС Windows повышенное быстродействие;

40. Функция ОС Windows мастер обслуживания;

41. Функция ОС Windows мастер подключения к интернету;

42. Функция ОС Windows проверка диска;

43. Функция ОС Windows дефрагментация диска;

44. Функция ОС Windows общий доступ к подключению Интернета;

45. Функция ОС Windows рабочий стол с функцией Active Desktop;

46. Функция ОС Windows технология Plug and Play;

47. Функция ОС Windows универсальный драйвер;

48. Функция ОС Windows масштабируемость;

49. Функция ОС Windows сетевые функции;

50. Системные программные средства операционной системы Windows;

51. Назначение Task Manager (Диспетчер задач);

52. Режимы Task Manager (Диспетчер задач) (3);

53. Особенности режима диспетчера задач Applications (Приложения);

54. Особенности режима диспетчера задач Prosesses (Процессы);

55. Особенности режима диспетчера задач Performance (Быстродействие);

56. Назначение Active Directory (Администрирование);

57. Особенности режима администрирования Единая регистрация сети;

58. Особенности режима администрирования Безопасность информации;

59. Особенности режима администрирования Централизованное управление;

60. Особенности режима администрирования Гибкий интерфейс;

61. Особенности режима администрирования Интеграция с DNS;

62. Особенности режима администрирования Масштабируемость;

63. Особенности режима администрирования Режим поиска;

64. Особенности режима администрирования Режим DFS.