Реферат: Windows

функционирование протокола TCP/IP и стандартный браузер World-Wide Web.

Появились некоторые изменения в подсистеме дистанционного доступа, Remote Access

Service (RAS). Теперь имеется возможность использовать защищенные каналы связи,

новый протокол Point-To-Point Tunneling Protocol (PPTP), возможность

использовать несколько модемов для организации каналов связи с удаленными

сетями.

Особенности сетевой архитектуры прежних версий Windows NT (многоуровневая модель

защиты от несанкционированного доступа, специфика модульного построения системы

и проч.) ограничивали ее пропускную способность при работе в сетях Fast

Internet. В версии 4.0 были улучшены алгоритмы кэширования сетевых запросов,

оптимизированы модули подсистемы разделения ресурсов, изменен механизм генерации

прерываний (при переходе к высокоскоростным сетям эта функция неожиданно стала

источником проблем для сетевых ОС). Второе изменение, на которое указывает

Microsoft - увеличенная производительность ОС при выполнении графических

операций. Разработчики, которые "переодевали" Windows NT, перенесли часть кода

модулей USER и GDI в ядро системы, что позволило ускорить выполнение графических

операций на 15-20 %. Однако реальную выгоду от этого улучшения оценить трудно -

операции вывода на экран представляют собой лишь малую часть работы, которую

выполняют типичные программы для Windows NT. Выводы от более быстрой графики

получат преимущественно САПР и ПО для мультимедиа, но даже в этом случае

преимущества далеко не очевидны - быстро выполнив запросы на вывод изображения,

операционная система, как правило, отдает освободившееся время процессам с более

высокими приоритетами.

Сочетание мощной сетевой ОС и графического интерфейса, созданного для

неквалифицированных пользователей, выглядит довольно непривычно. Windows NT 4.0

- это не просто очередная версия популярной операционной системы. Она

представляет собой основу для нового поколения программных продуктов,

ориентированных на работу в сети Internet. Возможность создания инфраструктуры

intranet, простота в обращении и хорошая репутация прошлых версий Windows NT в

сочетании с усиливающейся тенденцией к созданию однородных сетей делают ее

привлекательной для пользователей из сферы бизнеса.

Обзор архитектуры

Windows 3.х

Сегодня легко отыскивать недостатки в архитектуре Microsoft Windows 3.x, которая

создавалась в те времена, когда наиболее распространенными были процессоры 286 и

ОЗУ малой емкости. Но стоит также вспомнить, что значила Windows 3.х для

персонального компьютера: усовершенствованный графический интерфейс

пользователя, "невидимое" управление памятью, масштабируемые шрифты и

унифицированная модель воспроизведения изображений, многозадачность и

32-разрядные драйверы виртуальных устройств (VxD) - лишь наиболее важные

нововведения.

В основе организации Windows 3.х лежит 16-разрядная архитектура. Ее ядро,

большинство важнейших компонентов и собственные прикладные программы

представляют собой 16-разрядные коды. (Ее редко используемый интерфейс Win32 API

дает возможность выполнять 32-разрядные прикладные программы, но не позволяет

работать с несколькими потоками.)

Все собственные прикладные программы Windows 3.х и все ее системные библиотеки

DLL отображаются в общее сегментированное виртуальное адресное пространство

размером 4 Гбайт. Все эти компоненты видимы (и часто доступны на уровне записи)

друг для друга. В нижней части этого адресного пространства, обычно ниже метки 1

Мбайт, размещаются драйверы устройств реального режима, обеспечивающие

взаимодействие с периферийными подсистемами, такими, как видеоплаты или

принтеры. В Windows 3.11 драйверы VxD файловой системы используются для

отыскания маршрута доступа к диску в защищенном режиме.

Упрощенная организация системы позволяет получить очень малое рабочее множество

(working set - прикладной и системный код, который необходимо загрузить в память

для любой данной задачи), поэтому Windows 3.1х может успешно выполняться на

компьютерах с ОЗУ ограниченного размера. Такая архитектура также способствует

повышению эффективности исполнения кода, так как программы могут вызывать

функции API из собственного пространства памяти. Недостаток архитектуры состоит

в слабой защите от сбоев при неправильной работе программ. Программы и системные

компоненты видимы друг для друга, модуль, содержащий ошибки, может легко

испортить содержимое памяти, принадлежащей другому процессу. Хотя Windows 3.1х

способна восстанавливать свою работоспособность после некоторых нарушений защиты

общего характера (General Protection Fault), зачастую результатом становится

крах всей системы.

Windows 3.1х одновременно выполняет несколько прикладных программ с помощью

простого механизма планирования, называемого кооперативной многозадачностью. В

этой системе каждая прикладная программа должна добровольно уступить управление,

когда, проверив свою очередь сообщений, она обнаруживает, что та пуста. Но если

прикладная программа не проверит свою очередь сообщений либо по причине

занятости, либо вследствие зависания, то другие прикладные программы лишатся

доступа к совместно используемым ресурсам.

Другой недостаток, долгое время вызывавший недовольство пользователей Windows

3.1х, - ограниченность ресурсов модулей GDI и USER. Эти ограничения возникают в

связи с тем, что системные библиотеки GDI и USER используют несколько 64-Кбайт

динамических областей (хипов) для хранения разнообразных скрытых структур

данных, создаваемых выполняющимися в данный момент прикладными программами.

Когда эти небольшие хипы переполняются, вы получаете сообщение о нехватке памяти

даже если в системе остается много свободной памяти.

WINDOWS 95

Windows 95 представляет собой продукт эволюционного развития системы Windows

3.1х и не означает полного разрыва с прошлым. Хотя она несет в себе много важных

изменений по сравнению с 16-разрядной архитектурой Windows, в ней сохранены

некоторые важнейшие свойства ее предшественницы. Результатом стало появление

гибридной ОС, способной работать с 16-разрядными прикладными программами

Windows, программами, унаследованными от DOS, и старыми драйверами устройств

реального режима и в то же время совместимой с истинными 32-разрядными

прикладными программами и 32-разрядными драйверами виртуальных устройств.

Среди наиболее важных усовершенствований явившихся в Windows 95, - изначально

заложенная в ней способность работать с 32-разрядными многопотоковыми

прикладными программами, защищенные адресные пространства, вытесняющая

многозадачность, намного более широкое и эффективное использование драйверов

виртуальных устройств и возросшее применение 32-разрядных хипов для хранения

структур данных системных ресурсов. Ее наиболее существенный недостаток состоит

в относительно слабой защищенности от плохо работающих программ, содержащих

ошибки.

Каждая собственная прикладная программа Windows 95 видит неструктурированное

4-Гбайт адресное пространство, в котором размещается она сама плюс системный код

и драйверы Windows 95. Каждая 32-разрядная прикладная программа выполняется так,

как будто она монопольно использует весь ПК. Код прикладной программы

загружается в это адресное пространство между отметками 2 и 4 Гбайт. Хотя

32-разрядные прикладные программы "не видят" друг друга, они могут обмениваться

данными через буфер обмена (Clipboard), механизмы DDE и OLE. Все 32-разрядные

прикладные программы выполняются в соответствии с моделью вытесняющей

многозадачности, основанной на управлении отдельными потоками. Планировщик

потоков, представляющий собой составную часть системы управления

виртуальнойпамятью ( VMM), распределяет время среди группы одновременно

выполняемых потоков на основе оценки текущего приоритета каждого потока и его

готовности к выполнению. Вытесняющее планирование позволяет реализовать намного

более плавный и надежный механизм многозадачности, чем кооперативный метод,

используемый в Windows 3.1х.

Системный код Windows 95 размещается выше границы 2 Гбайт. В пространстве между

отметками 2 и 3 Гбайт находятся системные библиотеки DLL кольца 3 и любые DLL

используемые несколькими программами. (В 32- разрядных процессорах фирмы Intel

предоставляются четыре уровня аппаратной защиты, поименованные, начиная с кольца

0 до кольца 3. Кольцо 0 наиболее привилегированно.) Компоненты кольца 0 в

системе Windows 95 отображаются в пространство между 3 и 4 Гбайт. Эти важные

участки кода с максимальным уровнем привилегий содержат подсистему управления

виртуальными машинами (VMM), файловую систему и драйверы VxD.

Область памяти между 2 и 4 Гбайт отображается в адресное пространство каждой

32-разрядной прикладной программы, т. е. оно совместно используется всеми

32-разрядными прикладными программами в вашем ПК. Такая организация позволяет

обслуживать вызовы API непосредственно в адресном пространстве прикладной

программы и ограничивает размер рабочего множества. Однако за это приходится

расплачиваться снижением надежности. Ничто не может помешать программе,

содержащей ошибку произвести запись в адреса, принадлежащие системным DLL, и

вызвать крах всей системы.

В области между 2 и 3 Гбайт также находятся все запускаемые вами 16-разрядные

прикладные программы Windows. С целью обеспечения совместимости эти программы

выполняются в совместно используемом адресном пространстве, где они могут

испортить друг друга так же, как и в Windows 3.1х.

Адреса памяти ниже 4 Мбайт также отображаются в адресное пространство каждой

прикладной программы и совместно используются всеми процессами. Благодаря этому

становится возможной совместимость с существующими драйверами реального режима,

которым необходим доступ к этим адресам. Это делает еще одну область памяти

незащищенной от случайной записи. К самым нижним 64 Кбайт этого адресного

пространства 32-разрядные прикладные программы обращаться не могут, что дает

возможность перехватывать неверные указатели, но 16-разрядные программы,

которые, возможно, содержат ошибки, могут записывать туда данные.

Некоторые системные DLL Windows 95, в частности USER и GDI, все еще содержат

16-разрядный код. Одно из прискорбных следствий этого состоит в том, что 64-

Кбайт локальные хипы модулей USER и GDI и сопутствующие им ограничения системных

ресурсов по-прежнему остаются. К счастью, в Windows 95 некоторые структуры

данных переместились в 32-разрядные хипы, благодаря чему теперь стало намного

сложнее истощить системные ресурсы, чем в среде Windows 3.1х. Другая проблема,

связанная c l6-разрядным системным кодом, - эффект Win16Mutex. Так как

16-разрядный системный код нереентерабелен, только один поток может обращаться к

16-разрядным DLL в каждый момент времени, потенциально затормаживая другие

процессы, которым нужен доступ к этим библиотекам.

Windows NT Workstation

Windows NT Workstation 3.51 по существу представ лает собой операционную систему

сервера, приспособленную для использования на рабочей станции. Этим обусловлена

архитектура, в которой абсолютная защита прикладных программ и данных берет верх

над соображениями скорости и совместимости. Чрезвычайная надежность Windows NT

обеспечивается ценой высоких системных затрат, поэтому для получения приемлемой

производительности необходимы быстродействующий ЦП и по меньшей мере 16-Мбайт

ОЗУ. В системе Windows NT безопасность нижней памяти достигается за счет отказа

от совместимости с драйверами устройств реального режима. В среде Windows NT

работают собственные 32-разрядные NT-прикладные программы, а также большинство

прикладных программ Windows 95. Так же как и Windows 95, система Windows NT

позволяет выполнять в своей среде 16-разрядные Windows- и DOS-программы.

Схема распределения памяти Windows NT разительно отличается от распределения

памяти системы Windows 95. Собственным прикладным программам выделяется 2 Гбайт

особого адресного пространства, от границы 64 Кбайт до 2 Гбайт (первые 64 Кбайт

полностью недоступны). Прикладные программы изолированы друг от друга, хотя

могут общаться через буфер обмена Clipboard, механизмы DDE и OLE.

В верхней части каждого 2-Гбайт блока прикладной программы размещен код,

воспринимаемый прикладной программой как системные библиотеки DLL кольца 3. На

самом деле это просто заглушки, Выполняющие перенаправление вызовов, называемые

DLL клиентской стороны (client-side DLLs). При вызове большинства функций API из

прикладной программы библиотеки DLL клиентской стороны обращаются к локальным

процедурам (Local Process Communication - LPC), которые передают вызов и

связанные с ним параметры в совершенно изолированное адресное пространство, где

содержится собственно системный код. Этот сервер-процесс (server process)

проверяет значение параметров, исполняет запрошенную функцию и пересылает

результаты назад в адресное пространство прикладной программы. Хотя

сервер-процесс сам по себе остается прикладного уровня, он полностью защищен от

вызывающей его программы и изолирован от нее.

Между отметками 2 и 4 Гбайт расположены низкоуровневые системные компоненты

Windows NT кольца 0, в том числе ядро, планировщик потоков и диспетчер

виртуальной памяти. Системные страницы в этой области наделены привилегиями

супервизора, которые задаются физическими схемами кольцевой защиты процессора.

Это делает низкоуровневый системный код невидимым и недоступным по записи для

программ прикладного уровня, но приводит к падению производительности во время

переходов между кольцами.

Для 16-разрядных прикладных Windows-программ Windows NT реализует сеансы Windows

on Windows (WOW). Windows NT дает возможность выполнять 16-разрядные программы

Windows индивидуально всобственных пространствах памяти или совместно в

разделяемом адресном пространстве. Почти во всех случаях 16- и 32-разрядные

прикладные программы Windows могут свободно взаимодействовать, используя OLE

(при необходимости через особые процедуры thunk) независимо от того, выполняются

они в отдельной или общей памяти. Собственные прикладные программы и сеансы WOW

выполняются в режиме вытесняющей многозадачности, основанной на управлении

отдельными потоками. Множественные 16-разрядные прикладные программы Windows в

одном сеансе WOW выполняются в соответствии с кооперативной моделью

многозадачности. Windows NT может также выполнять в многозадачном режиме

несколько сеансов DOS. Поскольку Windows NT имеет полностью 32-разрядную

архитектуру, не существует теоретических ограничений на ресурсы GDI и USER.

Windows NT 4.0

С целью увеличить производительность и снизить требования к памяти разработчики

Windows NT 4.0 решили переместить многие службы API операционной системы из

подсистемы Win32 в ядро ОС. На рис. 6, 7 показано, как это отразилось на

архитектуре операционной системы. В новом модуле Win32K Executive располагаются

три важных элемента операционной системы: диспетчер окон, интерфейс графических

устройств (GDI) и драйверы графических устройств, передающие результаты работы

GDI на экран и на принтер. В Windows NT 3.x эти компоненты были частью

подсистемы Win32 ( см. рис. 8, 9). В ОС Windows NT 4.0 они вошли в состав модуля

Windows NT Executive, где доступ к ним, как и к другим службам ядра, можно

получить в контексте вызывающих процессов.

Новая архитектура обещает резко повысить производительность, особенно при работе

с графикой. Все операции вывода на экран выполняются через обращения к функциям

GDI. Теперь, когда GDI стала частью ядра, прикладные программы могут

непосредственно обращаться к функциям GDI, избегая сопряженных с большими

накладными расходами переключений контекста, видеодрайверы могут быстрее

получать доступ к аппаратным средствам, а службы Win32 API - обращаться к

службам в модуле Windows NT Executive, не переходя через границы колец.

Обращение к служебным функциям GDI и диспетчера окон из прикладной программы

кольца 3 по-прежнему приводит к переходу через границы колец, но фирма Microsoft

вновь нашла несколько остроумных способов оптимизации, позволяющих добиться

максимальной производительности. Один пример: если несколько функций GDI

вызываются последовательно одна за другой, то они организуются в очередь в

пользовательском режиме и затем направляются в ядро единым пакетом, что сводит к

минимуму число переходов через границу кольца. По утверждению Microsoft, новая

архитектура GDI позволит программам, интенсивно использующим графические

средства, таким, как PowerPoint, выводить изображения на экран на 15-20%

быстрее.

Производительность в остальных областях также улучшилась. Перемещение диспетчера

окон в ядро исключает основное узкое место, ограничивавшее скорость передачи

информации между диспетчером окон и прикладными программами, которые обращаются

к службам диспетчера окон.

Теперь, когда основная часть программ и данных, реализующих службы Win32 API

операционной системы, отображается в адресное пространство каждого процесса,

необходимость в серверных потоках и совместных буферах памяти исчезает.

Следовательно, требования системы к памяти снижаются. Однако полученная экономия

почти полностью "съедается" увеличившимся размером оболочки пользовательского

интерфейса. Поэтому хотя утверждение, что Windows NT 4.0 использует память более

эффективно, чем версия 3.x, правильно, однако верно и то, что для достижения

приемлемой производительности по-прежнему понадобится по меньшей мере 16-Мбайт

ОЗУ.

Фрагменты операционной системы, перенесенные из подсистемы Win32 в модуль

Windows NT Executive, сейчас защищены не хуже, чем раньше, хотя теперь это

сделано по-иному. Критики указывают на то, что плохо отлаженный видеодрайвер или

драйвер принтера теперь может привести к краху ядра, тогда как раньше он мог ли

лишь вызвать сбой подсистемы Win32. Фирма Microsoft возражает - и обоснованно, -

что как Windows NT 3.x, так и версия 4.0 стабильны в той мере, насколько это

обеспечивается драйверами устройств, используемыми вместе с ОС. Вот почему фирма

Microsoft проводит тестирование драйверов для Windows NT, в том числе

разработанных независимыми поставщиками, и сертифицирует лишь безупречные

продукты. Если качество графических драйверов Windows NT 4.0 окажется таким же

или превзойдет качество графических драйверов версии 3.x, то нет причин, по

которым Windows NT может оказаться менее надежной, чем 3.x. С другой стороны,

инсталляция несертифицированного графического драйвера в системе Windows NT 4.0

теоретически более рискованна, чем инсталляция того же драйвера в системе 3.x,

поскольку графические драйверы Windows NT 4.0 работают в привилегированном

режиме ядра ЦП.

Что касается безопасности, то Windows NT 4.0 спроектирована с учетом требований

стандартов безопасности точно так же, как и ее предшественники. Архитектурные

изменения не затронули подсистему защиты информации, которая, как и другие

подсистемы, выполняется в виде отдельного процесса в пользовательском режиме.

Тонкие изменения, внесенные в архитектуру Windows NT в версии 4.0, отражают

новое отношение к системе со стороны ее разработчиков. Первоначально Windows NT

замышлялась как операционная система "равных возможностей", способная выполнять

прикладные программы других ОС так же легко, как и свои собственные. Но теперь,

когда центральное место отводится службам Win32 API, система Windows NT

оптимизирована на выполнение программ Win32 с большей скоростью, чем раньше.

Windows NT 4.0 работает гораздо быстрее, чем ее предшественники, и при этом,

очевидно, не поступается теми качествами, которые сделали ее знаменитой. Взвесив

все обстоятельства, можно сказать, что пользователи вряд ли могут пожелать

чего-то лучшего.

Заключение

Конечно же Windows наиболее распространенная операционная система, и для

большинства пользователей она наиболее подходящая ввиду своей простоты,

неплохого интерфейса, приемлемой производительности и огромного количества

прикладных программ для нее. Однако Windows, естественно, не единственная

операционная система и далеко не самая лучшая. Я имел возможность работать не

только с операционными системами Microsoft ( от DOS и Windows 3.0 до beta-версии

Windows 97 ), но и с ОС IBM OS/2 Warp версии 3.0 и 4.0, несколькими реализациями

UNIX. По моему мнению наиболее удачной является OS/2 Warp, которая предоставляет

наиболее совершенную защиту, чем Windows 95, более быстродействующая нежели

Windows NT, более продуманный интерфейс и много разных других мелочей, делающих

эту ОС более привлекательной ( хотя бы интеграция с Internet и встроенная

поддержка распознавания речи ). Насчет UNIX можно сказать то, что она является

прообразом для многих современных ОС и до сих, на мой взгляд, до сих пор держит

первенство, особенно там, где требуется высокая надежность систем. Большим

недостатком OS/2 и UNIX является довольно скудный выбор программных средств. Я,

в принципе, являюсь противником Microsoft и Windows, Windows - не та

операционная система, которую мне бы хотелось использовать, я бы предпочел OS/2

Warp фирмы IBM, но из-за огромного количества программ для Windows и в ввиду

того, что все новейшие программы работают только под Windows 95, у меня

установлена Windows 95.

Приложение А.

Сравнительные характеристики.

       Windows 3.11Windows 95Windows NT 3.51Windows NT 4.0

      Рекомендуемый объем ОЗУ, Мбайт281616

      Требуемый процессор386SX486DX486DXPentium-60

      Минимально необходимое пространство на диске, Мбайт73090120

      Файловые системыFATFAT, FAT32FAT, NTFS, HPFSFAT, NTFS, HPFS

      Поддержка Plug&Playнетда 

      Поддержка APMнетданетнет

      Пароль при запуске ПКнетдадада

      Программы DOSдададада

      Программы Windows 3.1 дададада

      вместе в одной виртуальной DOS-машинедаданетнет

      каждая в своей виртуальной DOS-машиненетнетдада

      32-разрядные программы Windows 95нетдадада

      Стандартные клиенты сети и протоколыMicrosoft Windows Network, Microsoft

      Mail, Shedule+Microsoft Exchange, Microsoft Network, Novell Netware 3.x,

      4.x, IPX/SPX, Microsoft DLC, NetBEUI, TCP/IPClient Service for NetWare,

      FTP Server, FTP telnet, SLIP, PPP, TCP/IP, Remote Access, AppleTalk, DLC,

      NetBEUI, IPX/SPX, TCP/IPClient Service for NetWare, FTP Server, FTP

      telnet, SLIP, PPP, TCP/IP, Remote Access, AppleTalk, DLC, NetBEUI,

      IPX/SPX, TCP/IP

Приложение В.

Цены ( согласно прайс-листу фирмы "Контакт")

       Windows NT 4.0 WorkstationWindows NT 4.0 ServerWindows 95Microsoft

      Plus!Windows 3.11

      Цена, $3839821655792

      Upgrade, $19149298N/AN/A

Литература

Стефан Фойц "Windows 3.1" , Киев, BHV

Камилл Ахметов "Windows 95 для всех", Москва, Кпмпьютерпресс

Журнал "КомпьютерПресс" 6'93.

"Решения Microsoft", Microsoft

Журнал "PC Magazine/Russian Edition" 8'95, 1'96, 10'96, 1'97

Журнал "Мир ПК" 7-8'96, 9'96, 11-12'96