Операционная система Windows.

Введение

На сегодняшний момент операционная система Windows фирмы Microsoft во всех ее

проявлениях бесспорно считается самой распространенной операционной системой на

ПК: в мире более 150 млн. IBM PC-совместимых компьютеров, и система Windows

установлена на 100 млн. из них. Очевидно что ознакомление с ПК необходимо

начинать с ознакомления с Windows, ведь без нее работа на ПК немыслима для

большинства пользователей. Знание системы Windows - необходимый кирпичик в стене

познания ПК.

История создания и этапы развития

Начало

В те времена, когда работа над Windows только начиналась, считалось, что будущее

принадлежит интегрированным средам. Фирма VisiCorp - создатель первой

электронной таблицы VisiCalc, занималась созданием пакета Vision, работавшего в

текстовом режиме с возможностью управления манипулятором "мышь". Пакет

предназначался для объединения нескольких приложений одной многооконной

оболочкой. Фирма Quarterdesk в то время разрабатывала пакет DESQ, который

впоследствии стал основой для ее многозадачной среды DESQView.

Позиция фирмы Microsoft была иной. После посещения исследовательского центра

Xerox PARC президент фирмы Билл Гейтс решил заняться созданием графической

среды, которая послужила бы стандартной платформой для разработчиков прикладных

программ. Тогда же этот центр посетил и Стив Джобб, создатель компьютеров

Macintosh и, позднее, NeXT. Какое впечатление на обоих молодых людей оказало

увиденное, хорошо известно. Итак, Microsoft поставила себе задачу по созданию

платформы для разработчиков. Предполагалось обеспечить разработчиков встроенными

функциями для реализации пользовательского интерфейса и его компонентов - окон,

меню, панелей диалога, которые могли бы управляться с помощью клавиатуры или

мыши.

Когда работа над средой Windows только начиналась, в распоряжении Microsoft был

компьютер с процессором 8088 и максимальным объемом памяти 640 Кбайт.

Предполагалось, что пользователи этой среды имеют порядка 256 Кб памяти, а

жесткий диск им не доступен из-за высокой цены. Налучшим графическим адаптером в

те времена был CGA с разрешением 320 на 200 при работе с четырьмя цветами.

Адаптер Hercules обеспечивавший разрешение 720 на 348 в монохромном режиме был

тогда новинкой. Работа графической среды в таких условиях была безумно

медленной. В 1983 г стали просачиваться первые cведения о разработке Windows.

К концу 1984 года казалось, разработка Windows не завершится никогда. В ноябре

1984 года фирма Microsoft объявила, что поставка Windows отложена до июня

следующего года. К тому времени на рынке присутствовали два аналогичных продукта

- TopView фирмы IBM и VisiОn фирмы VisiCorp, оба работавшие в текстовом режиме.

В то время Билл Гейтс возлагал большие надежды на графическую пользовательскую

среду (концепции "компьютер в каждом доме и на каждом столе" и "мгновенно

доступная информация" пришли несколько позже). Несмотря на высокую цену и низкую

производительность, на рынке ощущалось некоторое влияние компьютеров Macintosh,

хотя в 1984 году появились компьютеры IВМ РС и Compaq.

И, наконец, Windows 1.0

Когда фирма Microsoft созвала пресс-конференцию на выставке Comdex, проходившей

в ноябре 1985 года в Лас-Вегасе, многие посчитали это событие последним шансом,

особенно после того как среда Windows не была выпущена, как было обещано, в июне

того же года. Пресс-конференция плавно перетекла в презентацию нового продукта -

Microsoft Windows 1.0.

По сравнению с интерфейсом Macintosh, среда Windows 1.0 выглядела, мягко говоря,

"бледно". Окна на экране не перекрывались (а располагались, заполняя экран, что

называется tile), но имели кнопки для изменения размера и могли перемещаться

мышью. В первой версии Windows не была реализована метафора "рабочей

поверхности" (desktop), к тому времени уже имевшаяся в среде Мас и в графической

оболочке GEM фирмы Digital Research. Программа управления файлами MS- DOS

Executive работала в текстовом режиме.

Среда Microsoft Windows 1.0 не была требовательна к ресурсам: для ее работы было

достаточно 256 Кбайт памяти и компьютера с двумя дисководами. Но как показал

опрос первых пользователей, наличие жесткого диска и 640 Кбайт памяти

существенно повышали производительность среды. Ряд проблем был решен, когда

фирма Microsoft ввела поддержку расширенной памяти (LIM), стандарт которой был

изначально разработан фирмой Lotus для работы электронной таблицы 1-2-3.

Используя расширенную память, среда Windows 1.03 могла свопировать код и данные

в расширенную память вместо жесткого диска, но программы могли выполняться

только в оперативной памяти. Для Windows 1.0 поставлялось немного прикладных

программ Aldus Page Maker 1.0 ( перенесенный с Macintosh) и графический пакет

In-A-Vision фирмы Micrografx. Обе программы работали чрезвычайно медленно, даже

на компьютерах класса PC AT.

Очевидно, что для того, чтобы Windows заняла лидирующее положение, требовались

коренные изменения. В 1987 году произошло два значительных события: была

объявлена первая версия системы управления электронными таблицами Excel for

Windows (почему-то версии 2.0) и новая версия среды Windows.

Улучшения: Windows 2.0

По сравнению с версией 1.0, версия Windows 2.0 имела ряд усовершенствований.

Тогда как программа MS-DOS Executive по-прежнему работала в текстовом режиме и

не было графической программы управления файлами и рабочей области, появились

перекрывающиеся окна с кнопками максимизации и минимизации. Поддержка

перекрывающихся окон стала одной из причин длительных судебных процессов между

фирмой Apple и фирмами Digital Research (графическая оболочка GEM) и Microsoft.

Окна могли перемещаться по экрану; была реализована поддержка клавиатурных

эквививалентов для большинства стандартных команд и функций меню.

Не менее важным было введение протокола динамического об мена данными (DDE), и

пакет Excel явился первым примером использования этой концепции. Протокол давал

возможность установить динамическую связь между приложениями. Аналогичный

протокол был реализован, фирмой Apple только в рамках операционной системы

System 7 в 1990 году.

Использование процессора 80386

Годом позже среда Windows была поделена на два продукта, символизируя тем самым

разделение рынка на системы с процессором 386 и без него. Версия Windows/286

была улучшенной версией Windows 2.0 с поддержкой протокола управления

расширенной памятью EMS 4.0. Версия Windows/386 предоставляла несколько больше

возможностей. Используя аппаратные преимущества процессора 80386, эта среда

могла эмулировать расширенную память в дополнительной памяти и выполнять

одновременно несколько программ, работая в виртуальном 8086 режиме процессора

80386.

Но даже при наличии Windows/386, высокопроизводительных процессоров,

значительного количества памяти и поддержке VGA-графики среде Windows не

доставало большого количества прикладных программ. Большинство фирм -

производителей программного обеспечения делали ставку на OS/2. К их числу

относились Borland и Lotus. В их планы разработка приложений для среды Windows в

ближайшее время не входила.

Windows 3.0. Похоже на то, что обещали

Крупным шагом вперед стал выпуск в мае 1990 года версии Windows 3.0. Фирма

Microsoft ввела поддержку защищенного режима процессоров 80286 и 80386, что

давало прикладным программам больше памяти. Поддержка 386 расширенного режима

была перенесена из Windows/386. Прикладным программам теперь отводилось до 16

Мбайт памяти, причем не странично организованной, как в LIM EMS, а доступной для

одновременного использования. Была реализована псевдомногозадачность и

возможность выполнения DOS- программ в окне.

Заметно улучшился пользовательский интерфейс. Программы управления файлами File

Manager и Program Manager были выполнены в стиле самой среды, появилась

программа конфигурации Control Panel, были добавлены пропорциональные шрифты, а

также объемные интерфейсные элементы: полосы прокрутки и кнопки.

Изменения в работе дисплейных драйверов и возможность адресации большего объема

памяти позволили Windows работать существенно быстрее. Наконец-то, и

пользователи, и разработчики программных продуктов получили именно ту среду,

которую они так долго ждали.

Среди фирм - производителей программного обеспечения началась поистине

Windows-истерия: все, что можно и нельзя было перенести в эту среду, получало

название for Windows: компиляторы, электронные таблицы, графические пакеты,

коммуникационные программы, игры - все шло на алтарь Windows. В такой гонке

многие фирмы задыхались, отставали, другие вырывались вперед. Друзей не было и

нет, небольшие и крупные фирмы, вовремя не развернувшиеся в сторону Windows,

сметались с пути, их скупали, с ними объединялись, обменивались акциями, одним

словом, неповоротливые клиенты просто уничтожались. Многие фирмы росли как на

дрожжах: еще вчера они предлагали один - два продукта, работающих в среде DOS, а

сегодня - широкий спектр Windows-продуктов. Пусть не очень высокого качества, но

зато сегодня.

Windows 3.1. Еще лучше чем было.

Несмотря на все улучшения, в среде Windows 3.0 были и существенные упущения:

недостаток системных ресурсов, что делало невозможным использование имеющейся

памяти, и знаменитые системные ошибки (UAE), происходившие намного чаще, чем

этого можно было ожидать. Решение этих проблем привело к появлению версии

Windows 3.1, которая изначально планировалась как небольшое улучшение версии

3.0. На самом деле введение поддержки масштабируемых шрифтов технологии TrueType

и исправление ряда принципиальных ошибок превратило Windows 3.1 в

самостоятельный проект, к которому в результате добавились значительные

новшества. Так, был реализован протокол создания составных документов OLE,

документирован протокол Drag-and-Drop, улучшен интерфейс с протоколом DDE

(библиотека DDEML), введены панели диалога общего назначения (COMMDLG), в ответ

на многочисленные запросы были открыты ранее недокументированные функции и

рабочие области ядра (TOOLHELP). Одним словом, среда Windows превратилась в

хороший инструмент для разработчиков и удобный графический интерфейс для

пользователей.

Windows for Workgroups 3.11: интеграция сетевых средств

В ноябре 1992 года фирма Microsoft выпустила несколько обновленную версию

Windows - Windows for Workgroups 3.11, первую операционную систему Windows,

включающую в свой состав сетевые средства. Данная система логически продолжает

линию Windows и позволяет соединить в единую сеть отдельные компьютеры по

бессерверной схеме (одноранговая сеть), а также позволяет работать как сетевой

клиент для сервера Windows NT. Теперь для организации сети необходимо иметь

только Windows и соответствующее оборудование - сетевые карты, кабели и т.д. В

Windows for Workgroups впервые стали использоваться 32-разрядные драйверы

виртуальных устройств (VxD) и 32-разрядный доступ к жесткому диску, что

значительно повысило производительность. Еще одним новшеством стало то, что

Windows for Workgroups работала только в 386-м расширенном режиме, тем самым

подписывая смертный приговор устаревшим 286-м процессорам.

Windows NT 3.51- новая технология Microsoft

Windows NT, выпущенная в июле 1993 года, разработана как операционная система

высокого класса для компьютеров класса high-end. Она изначально разрабатывалась

как сетевая операционная система для работы как в качестве сервера, так и в

качестве рабочей станции. Windows NT это не последовательница Windows 3.х, а в

корне новая операционная система, открывающая новую линию Windows. Внешне

Windows NT очень сильно похожа на Windows 3.х, но ее внутренняя структура в

корне отличается от Windows 3.х. Архитектура Windows NT разрабатывалась таким

образом, чтобы система обладала максимальной устойчивостью и надежностью. И надо

сказать это разработчикам удалось, Windows NT обеспечивает стабильность вполне

сравнимую с серверами UNIX. Windows NT функционирует не только на платформе

Intel, но и на RISC-процессорах: PowerPC, MIPS R4000, DEC Alpha. Windows NT

может исполнять приложения DOS, Win16, Win32, POSIX и приложения OS/2, не

использующее графический интерфейс. Одним из важнейших новшеств стало

использование новой файловой системой NTFS, обеспечивающей высокую надежность

файловой системы и практически любого восстановления сбоев, кроме того могут

использоваться старая система FAT и HPFS (OS/2 Warp), которые позволяют

использовать Windows NT на одном разделе жесткого диска с DOS и OS/2. Также

нововведением стала поддержка симметричной мультипроцессорной обработки и

технологии OpenGL, позволяющей работать с 3-хмерными объектами. К сожалению эту

операционную систему даже сейчас не могут себе позволить большинство

пользователей, так как она чрезвычайно требовательна к аппаратуре, официальные

требования составляют: процессор 386/25, 12 Мбайт ОЗУ, 90 Мбайт свободного места

на диске.

Долгожданная Windows 95

24 августа 1995 года в продажу поступила новая операционная система Windows 95.

Еще до выхода было продано около 400 тыс. экземпляров beta-версий этой системы.

Вся компьютерная общественность буквально помешалась на этой системе - выход

Windows 95 стал главнейшим событием 1995 года. Начался шквал: все журналы писали

о Windows 95, стали выходить книги, проводилась широкая рекламная компания, все

производители программного обеспечения стали переделывать свои продукты для этой

новой операционной системы, производители компьютеров и комплектующих старались

получить логотип Designed for Windows 95. Причина же, по которой Windows 95

оказалась в центре всеобщего внимания, проста: это самое важное обновление

системы Windows со времени появления в 1990г. Windows 3.0.

Пользователи теперь получили теперь преимущества объектно-ориентированного

интерфейса, включая настоящий "рабочий стол" и пиктограммы, копирование и

удаление техникой перетаскивания (drag-and-drop), вложенные папки и легко

доступный диалог для задания свойств. Файловая система распознает длинные имена

файлов и хорошо соответствует метафоре "рабочего стола".

Windows 95 внесла значительные улучшения в архитектуру Windows, в том числе

истинно 32-разрядный интерфейс прикладного программирования (API), защищенные

адресные пространства для ее собственных 32-разрядных прикладных программ,

вытесняющую многозадачность, разделение прикладных программ на потоки и более

широкое использование виртуальных драйверов устройств. Модель защиты памяти

реализована с серьезными компромиссами, целью которых было достигнуть

совместимости с существующими 16-разрядными прикладными программами и драйверами

устройств. Но на практике устойчивость системы оказывается лучше, чем у Windows

3.1х. Производительность же Windows 95 на удивление высока. На медленных

системах, оснащенных ОЗУ не более 4 Мбайт, ее показатели почти такие же, а

иногда и лучше результатов Windows 3.1х, в зависимости от выполняемой операции.

На более быстродействующих системах с большей памятью она остается весьма

конкурентоспособной в одно- и многозадачном режимах работы.

Windows NT с новым лицом - Windows NT 4.0

Осенью 1996 года на прилавках магазинов появилась Windows NT 4.0. Ее новый

интерфейс полностью совпадает с применяемым в Windows 95.

Не все, что есть в Windows 95, имеется в NT 4.0. Наиболее заметно

отсутствие поддержки для конфигурирования устройств по принципу Plug &

Play. На сегодня добавить периферийное устройство к системе на базе NT

намного сложнее, чем в случае Windows 95. Встроенного управления

электропитанием тоже нет, и пользователи блокнотных компьютеров, возможно, будут

жаловаться на то, что аккумуляторы у них садятся быстрее, чем при работе с

Windows 95. Ни то, ни другое не планируется добавлять до появления следующей

полноценной версии NT, которая должна выйти в 1998 г. Некоторые изменения

коснулись и архитектуры: достигнута более высокое быстродействие и снижены

потребности в памяти, однако новый объектно-ориентированный интерфейс сводит эти

достижения на нет и в общем остается такой же прожорливой на память.

Windows будущего

К концу 1996 года фирма Microsoft планировала выпустить новую операционную

систему Windows 96 под кодовым названием "Nashvill". Однако этого не удалось и

сроки были переназначены на середину 1997 года, кроме того было изменено кодовое

название на "Memphis". Все же, как заявляет фирма Microsoft, выпустить систему к

этим срокам не удастся и срок перенесен на 1998 год. Новая версия будет иметь

"браузерный" (Web-ified) интерфейс, стирающий грань между перемещениями в

пределах Рабочего стола и по компьютерным сетям и содержащий как новые

технологии, так и - в преобразованном виде - привычные возможности. Если в

Проводнике Windows 9.х выбрать в меню View (просмотр) новую опцию Web View

(Web-просмотр), перемещение по жесткому диску вашего компьютера будет

обеспечивать Internet Explorer 4.0. Значки файлов и древесно-списочное

представление структуры каталогов исчезнут, замененные, как обещают

представители Microsoft, наглядной трехпанельной схемой гиперсвязей с окнами

просмотра, производящей впечатление хорошо спроектированной Web-страницы. А

средство Active Desktop позволит с помощью компонентов ActiveX добавлять

непосредственно к Рабочему столу просмотр Web, вывод новостей в режиме реального

времени и даже телепередачи. Это называется "отъединением" пользовательского

интерфейса от операционной системы и должно обеспечить возможность сколь угодно

частого внесения поверхностных нововведений без замены версии ОС.

Глубинных изменений тоже планируется немало. В Windows 9.х будет введена

переработанная файловая система - FAT32, - более экономно использующая дисковое

пространство и поддерживающая жесткие диски объемом до 2 Тбайт (правда,

производительность некоторых программ с переходом на новую файловую систему

может слегка снизиться). Новая версия будет также поддерживать мультимедийные

дополнения MMX к набору инструкций процессора Pentium. Изменился и способ связи

между файлами приложений. Это сделано для преодоления проблем, возникающих при

случайном удалении DLL, и усовершенствования не очень ясного сейчас процесса

деинсталляции в Windows 95. Переработанная Панель управления не будет так

перегружена значками, как нынешняя, и в ней появятся мастера, помогающие

пользователю в настройке системы. Расширения, ориентированные на сеть, позволят

компьютерам запрашивать центральный сервер или Web-страницу относительно

появления там новых программ, чтобы загружать обновленные компоненты (это станет

шагом в сторону сетевой модели ПК), а также обеспечат лучшую синхронизацию

версий файлов для портативных компьютеров. Усовершенствованная система

управления электропитанием для блокнотных ПК сможет отключать интенсивно

расходующие энергию PC-карты; планируется также поддержка ожидаемого вскоре

стандарта на 32-разрядные PC-карты - CardBus.

КРУПНЫМ ПЛАНОМ

Windows 3.х

За шесть лет, прошедшие со дня появления в свет Windows 3.1, она стала

фактическим стандартом для операционных систем, ориентированных на PC. Windows

3.1 и Windows for Workgroups 3.11 предустанавливаются в 80% новых персональных

компьютеров, а на прикладные программы Windows приходится 60% продаж

программного обеспечения. И все же, если учесть, что фирма Intel выпустила свой

32-разрядный микропроцессор i386 десять лет тому назад, 16-разрядная Windows

переживает не первую молодость.

Система Windows 3.1 построена на тех же принципах, что и Windows 3.0, впервые

появившаяся в 1990 г. Она загружается поверх DOS, которая обеспечивает многие

базовые функции ОС. Windows добавляет к инфраструктуре DOS графическую

операционную среду и новые функциональные возможности, такие как простой

механизм кооперативной многозадачности , используемый для одновременного

выполнения нескольких прикладных программ DOS и Windows .

В соответствии с архитектурой Windows все прикладные программы и системный код

размещаются в едином адресном пространстве. Это означает, что недоработанная

прикладная программа, содержащая ошибки, может испортить области памяти, которые

используются операционной средой или другой прикладной программой. Результатом

будет весьма неприятная ошибка общего нарушения защиты ( General Protection

Fault). Иногда Windows с честью выходит из положения, восстанавливая свою

работоспособность, но чаще всего это ей не удается.

В своей основе Windows 3.x - 16-разрядная операционная система, поэтому для

программ память представляется состоящей из 64-Кбайт сегментов, а все данные в

свой основе 16-разрядные. Такая система не только доводит программистов, но и

может оказаться менее эффективной по сравнению с 32-разрядной адресацией при

работе с большими массивами данных. Еще одно следствие 16-разрядной базы этой ОС

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