Előadás_#10. 1. Az NT kialakulása A Windows NT (New Technology) a Microsoft cég új generációs, eredetileg vállalati felhasználókat megcélzó operációs rendszerének az elnevezése. A Windows NT operációs rendszerrel a Microsoft a DOS-, illetve Windows rendszereket kívánta felváltani. Szoftver fejlesztés azonban nem csak a Microsoft-nál történt, az IBM már 1987. áprilisában bemutatta az OS/2 nevű operációs rendszerének első verzióját. Igazi siker azonban csak az 1992-ben bemutatott valódi 32 bites OS/2 2.0 lett (mely képes volt Windows 3.1-es programok futtatására is), majd az 1994-ben bemutatott OS/2 3.0 Warp lett, mely hatékony és konzisztens rendszer volt. Egy többé kevésbé kényszerű együttműködés után a Microsoft 1990-ben szakított az IBM-mel és 1993. júliusában bemutatta saját 16 bites Windows NT 3.1 nevű operációs rendszerét. Ezek után a Microsoft fejlesztései is a 32 bites irányba indultak el, 1996. júliusában került bemutatásra a Windows 4.0. Az első említésre méltó 64 bites rendszer a Windows XP 64 bit volt, 2003 márciusában. A Microsoft asztali- és szerver operációs rendszerei ma is az NT technológiára épülnek. Az eddig megjelent NT alapú Windows verziók:
Előadás_10
Verzió 3.1 3.5 3.51 4.0
Build 528 807 1057 1381
5.0
2195
5.1
2600
5.2
3790
6.0
600x
6.1
760x
6.2
9200
6.3
9600
10.0
10240
Megnevezés Windows NT 3.1 Windows NT 3.5 Windows NT 3.51 Windows NT 4.0, 32 bit Windows 2000 Windows 2000 Datacenter Windows XP Windows XP, 64 bit Windows Server 2003 Windows Server 2003 R2 Windows Vista Windows Server 2008 Windows 7 Windows Server 2008 R2 Windows Home Server 2011 Windows 8 Windows Server 2012 Windows 8.1 Windows Server 2012 R2 Windows 10
Megjelenés 1993.07.27 1994.07.21 1995.05.30 1996.07.29 2000.02.17 2000.09.26 2001.10.25 2003.03.28 2003.04.24 2005.12.06 2006.11.30 2008.02.27 2009.10.22 2009.11.22 2011.04.06 2012.10.26 2012.09.04 2013.10.18 2013.10.18 2015.07.29 -1-
A Windows NT megalkotásakor a Microsoft két alapvető szempontot kellett hogy figyelembe vegyen. Egyrészt az aktuális piaci igényeket, követelményeket ki kell elégíteni (ez lássuk be nem minden verziónál ment zökkenőmentesen), másrészt a továbbfejlesztési lehetőségek, és a saját (a piacot irányító, befolyásoló) célkitűzések is meg kell hogy jelenjenek a termékben. 2. Az első Windows NT kiadássokkal szemben támasztott követelmények Egy valós 32 bites (csak az NT 4.0 óta), bármikor megszakítható (preemptív) és újrahívható (reentrant) [a rendszerhívásokat több alkalmazás is meghívhatja egyszerre, és ezek nem blokkolódnak, akkor sem, ha már valakit éppen kiszolgál az adott rendszerhívás], valamint virtuális memóriakezelésen alapuló operációs rendszer megvalósítása volt az alapvető cél. A legfontosabb követelmények a következők voltak: Fusson különböző hardver architektúrákon. Fusson multiprocesszoros környezetben. Legyen skálázható az összes rendelkezésre álló erőforrás viszonylatában. Vegye figyelembe a DCE (Distributed Computing Environment) ajánlásait, azaz legyen képes elosztott hardver környezetben is futni. [A DCE egy, a 90-es évek elején tett kísérletet a különböző hardver architektúrák szoftveres kompatibilitásának irányába.] Legyen alkalmas a 16 bites MS-DOS és a Windows 3.1-es alkalmazások futtatására. (Ez a követelmény már a korai 32 bites időktől is csak kompromisszumok árán, és csak részben teljesült, a 64 bites verziók alatt pedig már közvetlenül nem is oldható meg.) Teljesítse a POSIX 1003.1 szabványt. [Portable Operating System for UniX / formális neve: IEEE1003, hivatalos elnevezése ISO/IEC 9945). Teljesítse az ipari környezetnek megfelelő biztonsági szabványokat. Használjon UNICODE-ot a karakterek és stringek ábrázolására. [A UNICODE a karakterek gépi ábrázolásának szabványa. Mivel minden karaktert 16 biten ábrázol, így szinte minden nyelv ábécéjének karakterkészletét lehetséges azonos kódolással használni. A UNICODE így lehetővé teszi az alkalmazások nyelvterülettől független elkészítését. Az első olyan, Microsoft által gyártott operációs rendszer, amely binárisan is egységes az egész világon, a Windows 2000 volt.] Az UNICODE előnyeit kihasználandó, az NT 4.0 a belső karakterábrázolásánál a Microsoft az UNICODE használta mellett döntött. Tekintettel arra, hogy az Előadás_10
-2-
UNICODE használata még egyáltalán nem volt általános, így az NT 4.0 alatt futó alkalmazások jelentős része még nem használt UNICODE-ot. Ez az oka annak, hogy a Win32 API-ban (Application Programming Interface / Alkalmazásprogramozási interfész), mely például a karakterláncokat (string változókat) mint paramétereket közvetíti a folyamatok között, kétféle függvényt kellett definiálni: o széles: 16 bites UNICODE karakteres o keskeny: 8 bites ANSI karakteres A 8 bites ANSI függvények megvalósítása két egyszerű lépésben történik. Első lépés a string paramétereket átkódolása 16 bites UNICODE-ba, a második lépés pedig a függvény UNICODE-os megfelelőjének meghívása. 3. A Microsoft célkitűzései A Microsoft az NT alapú operációs rendszerek mindenkori minőségének, korszerűségének és továbbfejleszthetőségének biztosítása érdekében jelölték meg a következő célokat: Az NT kódja legyen könnyen továbbfejleszthető, vagyis kiterjeszthető. (Ez a kitétel nyilván csak a kód egyes részeire vonatkozik, azaz a kód csak részben beszélhetünk nyílt, hiszen maga a teljes programkód nem publikus.) A kód legyen alkalmas az új hardver platformokon történő futtatásra is. A rendszer legyen több szempontból is megbízható, robusztus. o két program futása ne befolyásolja egymást o a rendszer összeomlást el kell kerülni o a belső komponensek együttműködése zökkenőmentes legyen Megfelelő kompatibilitás a meglévő rendszerekkel a felhasználói interfész, és alkalmazásprogramozási interfész (API) szintjén is. A kompatibilitás két alapvető szintje: o a Microsoft korábbi operációs rendszerei: MS-DOS, Windows 3.1 o a nem Microsoft által készített, azonban széles körben elterjedt rendszerek: OS/2, UNIX, NetWare, stb. (Mára ez a szempont gyakorlatilag is okafogyottá vált.) A rendszer a hatékonysága legyen független a hardverkörnyezettől, vagyis bármelyik hardver platformon optimálisan tudja kihasználni a rendelkezésre álló erőforrásokat.
Előadás_10
-3-
4. A Windows NT alapú rendszerek felépítésének fő jellemzői A Windows NT alapú operációs rendszerek felépítése szigorúan réteges szerkezetű, az alrendszereinek működése pedig kliens-szerver kiszolgálás alapú. Az egyes rétegek interfészeken igénybevételével kommunikálnak. Az eredeti elképzelés szerint az NT fejlesztői a mikrokernel használata mellett döntöttek, de ahhoz, hogy a legtöbb szolgáltató folyamat felhasználói (user) módban futhasson, a hibrid kernel megfelelőbbnek bizonyult. A szolgáltatások egy részét nem célszerű és nem is hatékony (főleg a gyakori és nagy számú környezetváltás miatt) felhasználói módba kényszeríteni. Azokat a szolgáltatásokat, melyek intenzíven használják a hardvert és futásuk gyorsasága az egész rendszer teljesítménye szempontjából kritikus, célszerű mindenképpen kernel módban futtatni. (Ilyen szolgáltatás például a cache menedzsment, a címtartomány menedzsment, a szál ütemezés, a folyamatok közti kommunikáció, a virtuális memória kezelés, az objektumkezelő, a biztonsági alrendszer, illetve a WIN32-es alrendszer grafikus támogatása.) A Windows NT alapú rendszerek fejlesztésekor alapvető volt az objektumorientált szemlélet. A Microsoft az egész operációs rendszert funkciójukban pontosan definiált objektumokból építette fel. Az objektumok közti kommunikáció szintén előre meghatározott interfészek igénybevételével történik. Az NT korai verzióiban, minden szándék és elhatározás ellenére, – a hardverközeli programozás miatt – csak az alábbi három objektumorientált tulajdonságot sikerült maradéktalanul megvalósítani: Adatrejtés Az operációs rendszer objektumai csak saját adataikat érhetik el. Interfész-használat Az objektumok előre definiált interfészek segítségével kommunikálnak. Hierarchikus objektum szerkezet Kernel objektumok és executive objektumok használata.
Előadás_10
-4-
A következő objektumorientált tulajdonságokat viszont a Windows NT alapú rendszerek nem valósítják meg: Polimorfizmus Azonos néven érhetünk el különböző objektumokat, mert ez esetben az azonosító környezetétől függ, hogy melyik objektumra hivatkozunk az adott azonosítóval. Szemléletes példa a polimorfizmusra például az, amikor egy objektumon belül azonos névvel, de különböző paraméterlistával definiálunk függvényeket. Ez esetben az, hogy melyik funkciót érjük el csak az aktuálisan használt paraméterek típusától függ,. Öröklődés (Az NTFS használata óta az öröklődés már részben megvalósul!) Az objektumok hierarchikusan (is) származtathatók. Egy szülő objektum megfelelően definiált adatelemeit, függvényeit, attribútumait részben vagy egészben a származtatott objektum képes örökölni, így a későbbiekben maga is használhatja (vagy akár tovább is örökítheti) azokat. Dinamikus adattípus kötés Lehetőség van adattípusokkal paraméterezett objektumok definiálása is. Maga a dinamikus adattípus hozzárendelés gyakorlatilag mindig futásidőben történik, hiszen az egyes változókhoz csak ekkor rendelődik hozzá az aktuális adattípus.
Előadás_10
-5-
5. A Windows NT felépítésének komponensei
HAL A HAL (Hardware Abstraction Layer) a számítógép hardverét teljesen elfedő, az operációs rendszer felépítését tekintve a legalacsonyabb szoftverréteg. A Számítógép-Architektúrák kurzuson megismertek szerint létezik ennél is hardverközelebbi szoftveres réteg – a BIOS illetve az UEFI – hiszen ezek technikailag az operációs rendszer és a hardver között helyezkedik el, viszont ezek nyilván nem részei az operációs rendszernek. Az operációs rendszer HAL fölött elhelyezkedő rétegei tehát csak a HAL-on keresztül érhetik el a hardvert. Minden NT alaú operációs rendszer alatt használható CPU-hoz egyedi HAL-réteg készül, vagyis a HAL a használt CPU típusától függ. A telepítő állományok között így számos HAL-t találhatunk az \i386-os alkönyvtárában. Érdekesség, hogy a Vista előtti rendszerekben telepítéskor választódott ki, hogy milyen típusú HAL kerül fel. Többek között ezért sem volt biztos, hogy egy másik gépbe átrakva a HDD-t a képes lesz-e a Windows elindulni. A Vista óta szerencsére ezzel a problémával már nem találkozunk. A HAL az azonos architektúrájú CPU-knak az egyedi CPU modelltől függő funkcióit tartalmazza. A HAL feladata, hogy CPU független szolgáltatásokat nyújtson a többi réteg számára. Azonos CPU architektúra esetén – vagyis például az összes x86-os Előadás_10
-6-
processzoron futó NT alapú rendszer között – csak a használatban lévő HAL-ban van különbség, a többi rétegben nincs (legalábbis nem szükségszerű). Nyilván ugyanez a helyezet x64 vagy RISC esetében is. Feladatát tekintve tehát a HAL egy olyan – az aktuális hardverre támaszkodó – virtuális gépként dolgozik, melynek funkcionalitása minden rendszerben azonos. A perifériák, azaz csatlakoztatott külső hardverek esetében egy kicsit más a helyzet. Ezekhez nyilván egyedi illesztőprogramok tartoznak, melyek függhetnek az operációs rendszer konkrét típusától illetve a CPU architektúrájától (x86 vagy x64) is. (Erről bővebben a device driverek réteg alatt lesz szó.) (Az 1968-ban készült "2001 Űrodisszeia" című filmben szereplő HAL9000-es computer nevében a HAL természetesen mást jelentett, egy rövidítés volt, ez: Heuristically programmed ALgorithmic computer) Kernel A kernel az operációs rendszer alapfunkcióit nyújtó komponense (pl. ütemezés, megszakításkezelés). A kernel a rendszernek az állandóan a memóriában (operatív tárban), azon belül is védett módban (azaz kernel módban) futó része. A kernelben is előfordulnak hardver specifikus kódrészletek, hisz például a környezetváltás megvalósításához ismerni kell, hogy milyen regiszterei vannak a CPU-nak. Azonban amíg a HAL a CPU típusától függ, addig a kernel csak a CPU architektúrájától. Ez azt jelenti, hogy azonos architektúrájú CPU-k esetén a kernel is azonos. Például két x86-os rendszerben a kernelréteg is azonos, függetlenül attól, hogy konkrétan milyen CPU-t használunk. Nyilván ugyanez a helyezet x64 architektúra esetében is. A kernelre (illetve a device driverek rétegre) épülő további komponensek már hardverfüggetlenek, azaz a rendszer további komponensei már gyakorlatilag hordozhatóak. Az NT alapú rendszerek hordozhatósága ebből következően úgy valósul meg, hogy a hardvert bármely CPU esetében hasonló interfészen keresztül elérhető szoftverrétegek fedik el. Az első két szoftverréteg tehát a HAL és a kernel. A kernelben realizálódnak a CPU architektúrától függő funkciói (például a környezetváltás és a szálkezelés). Más szempontból is (legalább részben) hordozhatóak az NT alapú rendszerek, hiszen – a UNIX rendszerekhez hasonlóan – hordozható programnyelven íródtak. A programkód legtöbb része C programnyelvben készült, de a hardver közvetlen kezelését végző (például a megszakítás kezelés), illetve a rendszer teljesítményét nagymértékben befolyásoló (például a környezetváltás) kódrészek már Assembly nyelven készültek. Előadás_10
-7-
A rendszer további rétegeinek a hardvertől történő függetlenítésén túl a kernelnek az is a feladata, hogy az operációs rendszer többi komponense által használható, jól definiált alapmodulok – az úgynevezett primitívek – végrehajtását lehetővé tegye. A primitívek használatával megvalósítandó funkciók: szálütemezés (thread scheduling) trap-kezelés, megszakítás- és kivételkezelés multiprocesszor ütemezés a kernel objektumok kezelése A kernel objektumok felépítésüket tekintve egyszerűbbek, mint a többi réteg objektumai. A gyors kezelhetőség érdekében ugyanis a kernel az egyes objektumok elérésekor nem végez ellenőrzést, hanem abból a logikából indul ki, hogy a rendszer többi komponense megfelelően használják az objektumokat. Készülék meghajtók (device driverek) A device driverek a I/O-alrendszer és a számítógép hardvere közötti kapcsolatot biztosítják, oly módon, hogy a hardvert nem közvetlenül, hanem a HAL rétegen keresztül érik el. A device driverek akár forráskódjukban is hordozhatók a különböző hardver architektúrák között, illetve akár binárisan is hordozhatók az azonos architektúrájú, de különböző típusú CPU-k esetén. Ezen réteg vizsgálatakor nem szabad megfeledkezni arról, hogy az igények érkezhetnek a felsőbb rétegekből kiindulva – nyilván a felhasználó is generál itt realizálandó igényeket – illetve a másik irányból, azaz hardver oldaláról is. Ez a kétirányúság is az egyik oka a device driverek réteg és az I/O réteg szoros kapcsolatának. A device driverek négy típusa a következő: Hardver driverek A harver driverek az egyes hardver komponensek I/O csatornáit közvetlenül elérve teszik lehetővé a hardver használatát. (pl. BUS driverek: PCI, USB, FireWire, SATA) Fájlrendszer driverek A fájlrendszer driverek a fájlrendszer(ek) elérésére vonatkozó igények kiszolgálását végzik, I/O műveletekké alakítva át a kéréseket.
Előadás_10
-8-
Szűrő típusú device driverek Az NT alapú rendszerek által is használt réteg szerkezetű device driver struktúra lehetőséget kínál egyedi, speciális többletfunkciók megvalósítására. Ehhez arra van szükség, hogy a kívánt szoftveresen megvalósítandó funkciót megfelelő helyre, azaz a két érintett driver illetve réteg közé implementáljuk. Jellemző, hogy a szűrő típusú device driverek egy magasabb szintű rétegben lévő driver – például a fájlrendszer rétegé – és egy alacsonyabb szintű driver – a device driver rétegben található disc driver – közé ékelődnek. Ezen a módon valósulnak meg a szoftveres RAID funkciók, a kibővített illetve hibatűrő szoftveres lemezkezelés. Hálózati device driverek A hálózati device driverek feladata a számítógép hálózatokkal kapcsolatos igények megvalósítása, továbbítása. Ehhez minden esetben kérések megfelelő konverziójára van szükség. Executive (az utolsó komponens a kernel módban) Az executive az NT alapú operációs rendszerek magas szintű alrendszereinek szolgáltatásait (memóriakezelés, biztonság) megvalósító réteg. Az adatokat objektumokban tárolja, melyeket a megfelelően definiált interfészeken keresztül, és csak leírókkal (handle) lehet elérni. Az executive réteg a következő komponenseket tartalmazza: Folyamat- és szálkezelő Virtuálismemória-kezelő Biztonsági alrendszer (monitor) Cache kezelő I/O-rendszer kezelő (A Windows 2000 óta található meg itt a Plug-And-Play kezelő is.) Az executive réteg kezeli le és szolgálja ki az (egyébként user módban futó) NTDLL.DLL rétegben definiált függvények igényeit az alsóbb rétegek felé, így biztosítva az operációs rendszer belső objektumai közötti kommunikációt. Az executive réteg alapvető feladata az LPC (Local Procedure Call / Lokális eljáráshívás) szolgáltatás megvalósítása. Az LPC az NT alapú operációs rendszerek IPC (Inter Process Communication / Folyamatok közötti kommunikáció) eszköze, azaz csak az NT alapú rendszerek belső folyamatai közötti kommunikáció biztosítására szolgál. Az LCP igénybevételével válik egy felhasználói objektum képessé arra, hogy egy másik felhasználói objektum adott függvényét meghívja. Előadás_10
-9-
Azaz az LPC teszi lehetővé azt, hogy az egyes alkalmazások a hozzájuk tartozó alrendszer(ek) szolgáltatásait igénybe vehessék. Az executive réteg a rendszerfolyamatok és a szolgáltatások részére biztosít még további run-time library függvényeket, valamint különböző támogató funkciókat megvalósító függvényeket is. NTDLL.DLL (itt kezdődnek a user módú komponensek) Az NTDLL.DLL egy speciális, dinamikusan kapcsolódó (kölcsön)könyvtár (Dinamically Linked Library / Dinamikusan kapcsolódó [kölcsön]könyvtár. (A kölcsönkönyvtár fogalmi magyarázata egy korábbi fejezetben már szerepelt.) Az NT alapú operációs rendszerekben az NTDLL.DLL használata megkerülhetetlen a user mód és a kernel mód közötti kommunikáció lebonyolításához. Az executive rétegben már tárgyalt objektumok közötti kapcsolattartás, az LPC (Local Procedure Call / Lokális eljáráshívás) az, amely a megfelelő függvényhívások segítségével teszi lehetővé ezt a kommunikációt is. A felhasználói objektumok csak az NTDLL.DLL igénybe vételével érhetik el az operációs rendszer kernel módban működő részét, illetve a hardvert. Magát a kommunikációt az NTDLL.DLL néhány egyszerű lépésben hajtja végre. 1. lépés Az NTDLL.DLL-hez függvényhívás érkezik valamelyik felsőbb rétegből. 2. lépés Az NTDLL.DLL ellenőrzi a függvényhívás hívás paramétereit. (Normál esetben nincs szükség hibakezelésre.) 3. lépés Végre kell hajtani egy user mód – kernel mód váltást. 4. lépés Az NTDLL.DLL átadja a rendszerhívást a system service dispatcher-nek. 5. lépés Az operációs rendszer így már képes meghívni a kért funkciót realizáló kernel módú függvényét. NTDLL.DLL tartalmilag az executive által kiajánlott függvényeknek megfelelő függvény csonkokból áll, melyek ugyanolyan a paraméterezésűek, mint az executive-ban lévő párjuk. Ezen kívül tartalmaz számos további függvény az alrendszerek támogatására. Ezek közül a két legfontosabb: memória kezelés (heap) image loader Az NTDLL.DLL-nek a fent leírtakon kívül létezik számos, a felhasználók számára nem dokumentált, illetve nem publikált függvénye is: Nem dokumentált NTDLL.DLL függvények (Angol nyelvű)
Előadás_10
- 10 -
Rendszerfolyamatok Az NT alapú operációs rendszerek a független felhasználói folyamatként megvalósuló rendszerfunkciókat nevezik rendszerfolyamatnak. Nyilván ez esetben user módban futó folyamatokról van szó. Ennek ellenére a rendszerfolyamatok olyan alapvető részei az operációs rendszernek, hogy ezek nélkül az NT alapú operációs rendszerek nem is lennének képesek működni. A legfontosabb rendszerfolyamatok: SMSS (Session Manager SubSystem / Munkamenet kezelő alrendszer) Az smss.exe program indításával jön létre az SMSS folyamat. A továbbiakban ez a folyamat felelős az alkalmazások elindításáért. Az SMSS indítja el azokat az alrendszereket is, melyeknek az indított folyamat futásánál szükség van. Feladatai közé tartozik még az, hogy kapcsolatot teremtsen az általa indított folyamatok és a debugger (hibakereső rutin) között, valamint az, hogy biztosítsa a környezeti változók definiálását és elérését. LOGON A winlogon.exe futtatása indítja a felhasználók beléptetéséért és kiléptetéséért felelős LOGON folyamatot, melyet a SAS (Secure Attention Sequence / Biztonsággal felügyelt programszakasz) billentyűkombinációk (alapesetben az CTRL-ALT-DEL) aktivizálnak. A beléptetés során a felhasználói azonosítót (username) és a jelszót (password) a LOGON olyan módon autentikálja, hogy először átadja azokat ellenőrzésre egy másik önálló folyamat, az LSASS (Local Security Authentication Server / Helyi biztonsági jogosultság ellenőrző) részére, melyet az lsass.exe indít. Ha az autentikáció sikeres, akkor a LOGON elindítja a userinit.exe programot. A userinit.exe a beléptetendő felhasználó adatainak ismeretében már képes beállítani a felhasználóhoz definiált környezetet. A környezet beállítása után a userinit.exe elindítja a már beléptetett felhasználóhoz rendelt shell keretprogram (alapesetben ez az explorer.exe). SERVICECONTROLLER A SERVICECONTROLLER egy kernelből indított folyamat, melyet az screg.exe aktivál, és amely a szolgáltatások automatikus indításáért és leállításáért felelős. Egyszóval a rendszerfolyamatok felelősek azért, hogy miután elindult az operációs rendszer a felhasználók be tudjanak lépni, és el tudják kezdeni az erőforrások hatékony használatát. Előadás_10
- 11 -
Szolgáltatások Az NT alapú operációs rendszerekben szolgáltatásnak hívják azokat a kliens-szerver modellben szerverként működő szolgáltató folyamatokat, amelyek a kliens programok (felhasználói vagy akár rendszer programok) számára az operációs rendszer lehetőségeire építve többletszolgáltatásokat nyújtanak. Létezik például RPC (Remote Procedure Call / Távoli eljáráshívás) szolgáltató, különböző protokollokat megvalósító hálózati kapcsolatot biztosító szolgáltatók, vagy az NTspecifikus eseménynaplózó (Event Logger) szolgáltató. (Megjegyzendő, hogy egyegy szolgáltatást gyakran nem egyetlen folyamat valósít meg.) A szolgáltatások a rendszerfolyamatokhoz hasonlóan felhasználói módban futó folyamatok. Lényeges különbség azonban, hogy míg a rendszerfolyamatok szükséges részei a rendszernek, addig a szolgáltatásokat megvalósító folyamatok futása nélkül is képes működni az NT. A szolgáltatások a Service Manager segítségével elindíthatók és leállíthatók a rendszer működése közben. Ezek jellemzően olyan programok, amiknek akkor is kell futnia, ha éppen nincs felhasználó bejelentkezve, aki elindítaná őket. Pl. ha elindult a gép, de nem jelentkezett be rajta senki, akkor is kapcsolódni tudjunk a fájlmegosztásaihoz (Server nevű szolgáltatás) vagy be tudjunk távolról lépni rá (Terminal Services szolgáltatás). A szolgáltatásokat megvalósító programok egyszerű Win32-es alkalmazások, azzal a különbséggel, hogy együttműködnek a Service Conroller (SERVICES.EXE) folyamattal. Az regisztrálja őket, és annak segítségével lehet őket elindítani, leállítani, szüneteltetni stb. A rendszerben elérhető szolgáltatásokat és azok aktuális státusát a felhasználói felületről is megnézhetjük és változtathatjuk a Control Panelen a Services ikonra kattintva. (Egy szolgáltatásnak így három elnevezése is lehetséges: az első az a név, ahogy a szolgáltatás a Control Panel Services alpontján keresztül elérhető, a másik az a név, amin az a Registry-ben szerepel, a harmadik pedig az a név, amely a szolgáltatást megvalósító futtatható program neve.)
Előadás_10
- 12 -
Alrendszerek Az NT alkalmas különböző típusú applikációk futtatására. Ezt az alrendszerek segítségével valósítja meg. Három alrendszere van: Win32, POSIX, és az OS/2. A Win32 alrendszer kitüntetett abban a tekintetben, hogy a Win32 alrendszer nélkül az NT nem tud futni. A másik két alrendszer opcionális, csak abban az esetben kezdenek futni, amikor az adott alrendszerhez tartozó alkalmazást akar egy felhasználó elindítani. Az alrendszerek elsődleges feladata, hogy a hozzájuk tartozó alkalmazások futásához szükséges szolgáltatásokat nyújtsák. Minden alrendszer a hozzá tartozó alkalmazásokat kontrollálja. A három különböző alrendszer nem csak különböző nevű függvényeket jelent (fopen vagy CreateFile), hanem teljesen eltérő szemantikájuk is van. (pl. a POSIX esetén a fájlnévben számít a kis és nagybetű, Windows esetén nem. A POSIX illetve a Windows-os szálnak más tulajdonságaik vannak. További érdekesség, hogy a Windows 2000 óta kikerült az OS/2, a Windows XP óta pedig a POSIX is!) Minden alrendszerhez tartozik egy ún. alrendszer DLL, amin keresztül az alrendszerhez tartozó alkalmazás az NT szolgáltatásait elérheti. Ez tehát a alkalmazásprogramozási interfész (API), ami az egyes alrendszerekhez tartozó applikációk számára elérhető. Ezt azért fontos kiemelni, mert ez az a publikált, jól definiált felület, amit minden program használhat. Az összes többi interfész (például NTDLL.DLL) nem publikus interfész. Egy API az gyakorlatilag csak egy interfész, tehát nem helyes azt mondani, hogy az API kiszolgál kéréseket. Kell lennie mögötte egy komponensnek, aki megvalósítja az API-ban definiált függvényeket, és az a komponens az, aki nyújtja az API-ban definiált szolgáltatást. Az egyes alrendszerekhez tartozó API-k lényegesen különböznek egymástól. A legszélesebb lehetőségeket a Win32 API biztosítja. (például ablakozás, szálak kezelése stb.) Fontos tudni, hogy egy applikáció csak egy alrendszerhez tartozhat, nem keveredhetnek egymással egy applikáción belül különböző alrendszerhez tartozó hívások. POSIX alrendszer A POSIX alrendszer szigorúan a POSIX 1003.1-es szabványban rögzített tulajdonságokat valósítja meg. Így lehetőség van új folyamatok létrehozására (fork), fájlok több néven történő elérésére (hard linkek definiálására), folyamatok közötti kommunikációra (IPC), folyamatok kezelésére, valamint karakteres I/O kezelésre. Előadás_10
- 13 -
Ezzel szemben nincs lehetőség szálak (thread) létrehozására, ablakkezelésre, távoli eljáráshívásra (RPC), socketek (logikai csatlakozások) használatára. Win32 alrendszer (ami nélkül nem fut az NT) A Win32 alrendszer futtatja nemcsak a 32 bites alkalmazásokat (vagyis azokat, amelyek Win32 API-t használnak), hanem a 16 bites és DOS-alkalmazásokat is. A Win32 alrendszer nem csak abban különbözik a többitől, hogy nélküle nem futhat az NT, hanem abban is, hogy az alrendszer egy része kernel módban fut. (WIN32K.SYS) Ez a rész valósítja meg a grafikus képernyő-kezelési funkciókat. (A USER32.DLL, GDI.DLL, KERNEL32.DLL, ADVAPI.DLL könyvtárakban definiált funkciókat.) Ez a rendszer hatékonysága miatt került ide, mert így módváltás nélkül lehetséges az executive, illetve kernel szolgáltatások (függvények) elérése. A Win32 API hívások háromfélék lehetnek a megvalósításuk helye szerint: Az alrendszer DLL-ben van megvalósítva. Ezek egyszerű funkcionalitású függvények, a végrehajtásukhoz nincs szükség a rendszer más részeinek elérésére. Az alrendszerben vannak megvalósítva. A hívást ebben az esetben az alrendszer DLL továbbítja az NTDLL.DLL felé, ami az executive réteg LPC szolgáltatását igénybe véve, eljut a Win32 alrendszerhez, ami a kérést teljesíti. Az NT más, kernel módban futó rétege valósítja meg a hívást. A hívás ebben az esetben is az executive réteghez kerül, ami továbbítja a megfelelő kernel réteg felé. A WIN32 API-ban számos grafikus funkció is van definiálva. A grafikus eszközök és a nyomtató szabványos felületen történő kezelését a GDI (Graphical Device Interface / Grafikus eszközcsatoló), illetve a hozzá tartozó GDI32.DLL (WIN32 API része) teszi lehetővé. Az ebben definiált funkciók a WIN32 alrendszer kernel módú részében (WIN32K.SYS) vannak megvalósítva. Ezek a rutinok intézik az eszközökhöz tartozó device driverek meghívását. Egy-egy GDI32.DLL-ben definiált grafikus funkcióhoz az adott eszköztől függően akár több device driver is tartozhat.
Előadás_10
- 14 -
