Windows操作系統(tǒng)

1、參考教材本課程內(nèi)容第1講 操作系統(tǒng)概述第2講 Windows 2000XP 的體系結(jié)構(gòu)第3講 進(jìn)程管理第4講 存儲(chǔ)管理第5講 文件系統(tǒng)第6講 I/O系統(tǒng)第7講 網(wǎng)絡(luò)第8講 windows安全第9講 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)第10講 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概觀計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)( (層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)) )軟件軟件硬件及固件（裸機(jī)）硬件及固件（裸機(jī)）應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件編輯軟件，編譯軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 指運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、I/O部件間的相互連接作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯和物理實(shí)現(xiàn)，任務(wù)是提高性價(jià)比，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在指令級(jí)的功能和特性；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 從程序設(shè)計(jì)人員角度看到的計(jì)算機(jī)屬性，處于機(jī)器語言

2、級(jí)；基于此構(gòu)造的計(jì)算機(jī)稱為存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)（馮.諾伊曼機(jī)）基本點(diǎn)：指令驅(qū)動(dòng)， 即程序由指令組成，并和數(shù)據(jù)一起存放在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中應(yīng)用用戶應(yīng)用開發(fā)人員操作系統(tǒng)開發(fā)人員計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具用戶應(yīng)用操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)特征單CPU環(huán)境 用戶程序之間、用戶程序與操作系統(tǒng)之間多CPU環(huán)境 宏觀、微觀并發(fā) 分布式環(huán)境 多計(jì)算機(jī)并存系統(tǒng)的各種資源共享運(yùn)行狀態(tài)不確定要求操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)要充分考慮各種可能操作系統(tǒng)作用管理對(duì)象包括：CPU、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備、信息（數(shù)據(jù)和軟件）；管理的內(nèi)容：資源的當(dāng)前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況）、資源的分配、回收和訪問操作，相應(yīng)管理策略（包括用戶權(quán)限）。系統(tǒng)命令（命令行、菜單式、命

3、令腳本式、圖形用戶接口GUI）；系統(tǒng)調(diào)用（形式上類似于過程調(diào)用，在應(yīng)用編程中使用）。在裸機(jī)上添加：設(shè)備管理、文件管理、存儲(chǔ)管理（針對(duì)內(nèi)存和外存）、處理機(jī)管理（針對(duì)CPU）；合理組織工作流程：作業(yè)管理、進(jìn)程管理。進(jìn)程管理主要是對(duì)處理器進(jìn)行管理解決處理器實(shí)施分配調(diào)度策略；協(xié)調(diào)多道程序間的關(guān)系存儲(chǔ)管理管理內(nèi)存資源內(nèi)外存結(jié)合實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器，解決內(nèi)存不夠問題文件管理信息資源以文件方式存放在外存方便、安全的訪問作業(yè)管理 為用戶提供使用機(jī)器的手段設(shè)備管理 管理所有I/O設(shè)備及其支持設(shè)備引入操作系統(tǒng)的目標(biāo)管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程提供良好的、一致的用戶接口，彌補(bǔ)硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差

4、別硬件的類型和規(guī)模、操作系統(tǒng)本身的功能和管理策略、多個(gè)系統(tǒng)之間的資源共享和互操作 操作系統(tǒng)歷史提高資源的利用率和系統(tǒng)性能：計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)昂貴，用作集中計(jì)算方便用戶：用戶上機(jī)、調(diào)試程序，分散計(jì)算時(shí)的事務(wù)處理和非專業(yè)用戶（商業(yè)和辦公、家庭）器件的發(fā)展：CPU的位寬度（指令和數(shù)據(jù)）、快速外存集中計(jì)算（計(jì)算中心），計(jì)算機(jī)資源昂貴；用戶既是程序員，又是操作員；用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員；編程語言：為機(jī)器語言；輸入輸出：紙帶或卡片；工作特點(diǎn)用戶獨(dú)占全機(jī)：不出現(xiàn)資源被其他用戶占用，資源利用率低；CPU等待用戶：計(jì)算前，手工裝入紙帶或卡片；計(jì)算完成后，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低；提高效率的途徑

5、專門的操作員，批處理利用磁帶把若干個(gè)作業(yè)分類編成作業(yè)執(zhí)行序列，每個(gè)批作業(yè)由一個(gè)專門的監(jiān)督程序（Monitor）自動(dòng)依次處理?？墒褂脜R編語言開發(fā)。批處理中的作業(yè)的組成：用戶程序、數(shù)據(jù)、作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言）監(jiān)督程序發(fā)展為執(zhí)行系統(tǒng)(executive system)，常駐內(nèi)存主要問題CPU和I/O設(shè)備使用忙閑不均（取決于當(dāng)前作業(yè)的特性）。對(duì)計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑；對(duì)I/O為主的作業(yè)，CPU空閑；利用多道批處理提高資源的利用率。多道批處理的運(yùn)行特征多道：內(nèi)存中同時(shí)存放幾個(gè)作業(yè)；宏觀上并行運(yùn)行：都處于運(yùn)行狀態(tài)，但都未運(yùn)行完；微觀上串行運(yùn)行：各作業(yè)交替使用CPU；優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高：CPU和內(nèi)存利

6、用率較高；作業(yè)吞吐量大：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的工作總量大；缺點(diǎn)：用戶交互性差：整個(gè)作業(yè)完成后或中間出錯(cuò)時(shí)，才與用戶交互，不利于調(diào)試和修改；作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長：短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長；“分時(shí)”的含義分時(shí)是指多個(gè)用戶分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)。多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源。多個(gè)用戶分時(shí)：?jiǎn)蝹€(gè)用戶使用計(jì)算機(jī)的效率低，因而允許多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)在內(nèi)存中，分別服務(wù)于不同的用戶。有用戶輸入時(shí)由CPU執(zhí)行，處理完一次用戶輸入后程序暫停，等待下一次用戶輸入時(shí)走時(shí)停前臺(tái)和后臺(tái)程序分時(shí)：后臺(tái)程序不占用終端輸入輸出，不與用戶交互現(xiàn)在的圖形用戶界面(GUI)，除當(dāng)前交互的程序(輸入焦點(diǎn))之外，其他程序均作為后臺(tái)通常按時(shí)間片(t

7、ime slice)分配：各個(gè)程序在CPU上執(zhí)行的輪換時(shí)間。批處理： 交互性差提高對(duì)CPU利用率；分時(shí)處理：用戶與應(yīng)用程序隨時(shí)交互，控制程序運(yùn)行，適于商業(yè)和辦公事務(wù) 處理縮短響應(yīng)時(shí)間Unix特色不兼容，一直困難?？梢浦睴S標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)：POSIX、SVID、XPG面向個(gè)人應(yīng)用WINDOWS, LINUX宏觀：大規(guī)模，分布式微觀：嵌入式操作系統(tǒng)分類批處理(Batch Processing Operation System)分時(shí)(Time Sharing Operating System)實(shí)時(shí) (Real Time Operating System)多處理 (Multi-processor Opera

8、ting System)嵌入式 (Embedded OS)個(gè)人計(jì)算機(jī)OS (Personal OS)NOS(Network Operating System)分布式OS(Distributed OS)用戶作業(yè)錄入提交收容完成運(yùn)行就緒等待作業(yè)調(diào)度執(zhí)行作業(yè)調(diào)度批處理系統(tǒng)中作業(yè)處理及狀態(tài)單道(uniprogramming)和多道批處理的比較單道多道內(nèi)存使用每次一個(gè)作業(yè)每次多個(gè)作業(yè)（充分利用內(nèi)存）作業(yè)次序順序，先進(jìn)先出無確定次序多道程序系統(tǒng)和多處理系統(tǒng)(multiprocessing system)的區(qū)別：前者指多個(gè)程序同時(shí)在內(nèi)存中交替運(yùn)行，后者指多個(gè)處理器。分時(shí)系統(tǒng)的特征共享系統(tǒng)資源，提高了資源利用

9、率。節(jié)省維護(hù)開支，可靠性高：笨終端至今仍在使用。促進(jìn)了計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，提高資源利用率：遠(yuǎn)地用戶通過終端（較便宜）聯(lián)機(jī)使用。分時(shí)系統(tǒng)的主要問題提高對(duì)換速度（快速外存）、限制用戶數(shù)目、縮短時(shí)間片（可能引起對(duì)換次數(shù)增多，開銷增大，程序總運(yùn)行時(shí)間增大）可重入代碼(re-entrant code)；請(qǐng)求頁式存儲(chǔ)管理：只對(duì)換部分程序?qū)崟r(shí)時(shí)鐘管理：提供系統(tǒng)日期和時(shí)間、定時(shí)和延時(shí)等時(shí)鐘管理功能；過載保護(hù)：緩沖區(qū)排隊(duì)，丟棄某些任務(wù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整任務(wù)周期；過載是指進(jìn)入系統(tǒng)的任務(wù)數(shù)目超出系統(tǒng)的處理能力。高度可靠性和安全性：容錯(cuò)能力（如故障自動(dòng)復(fù)位）和冗余備份（雙機(jī)，關(guān)鍵部件）；實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要用于過程控制、事務(wù)處理等

10、有實(shí)時(shí)要求的領(lǐng)域，其主要特征是實(shí)時(shí)性和可靠性。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)與批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別多處理操作系統(tǒng)主處理器：只有一個(gè)，運(yùn)行OS。管理整個(gè)系統(tǒng)的資源，為從處理器分配任務(wù)；從處理器：可有多個(gè)，執(zhí)行應(yīng)用程序或I/O處理。特點(diǎn)：不同性質(zhì)任務(wù)的負(fù)載不均，可靠性不夠高，不易移植（通常要求硬件也是非對(duì)稱）。OS交替在各個(gè)處理器上執(zhí)行。任務(wù)負(fù)載較為平均，性能調(diào)節(jié)容易傻瓜式對(duì)稱多處理機(jī)與非對(duì)稱多處理機(jī)的比較對(duì)稱多處理機(jī)與非對(duì)稱多處理機(jī)的比較網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)例研究操作系統(tǒng)的幾種觀點(diǎn)外在特性： 命令集、界面內(nèi)在特性：具有一般軟件不具備的特殊結(jié)構(gòu)分配、回收、競(jìng)爭(zhēng)、保護(hù)將操作系統(tǒng)當(dāng)作若干個(gè)可同時(shí)獨(dú)立運(yùn)行的程序-

11、進(jìn)程屏蔽硬件，多個(gè)層次用戶角度開發(fā)過程版本及其特點(diǎn)Win3xWin9xWin2000Winxphttp:/www.winhistory.de/more/win1.htm Windows 1.X(1985年11月) 已有多窗口輸出、多任務(wù)處理功能、初步具有圖形界面； Windows 2.X(1987年11月) 具有圖形界面，而且已具有Windows 3.1的系統(tǒng)原型。如應(yīng)用程序的添加、支持磁盤擴(kuò)充、支持多種外設(shè)接口等，開始受到外界的重視與關(guān)注； Windows /286 V2.1及Windows /386 V2.1 (1988,1989年)因當(dāng)時(shí)Windows的速度過慢而仍未普及，故推出此版本，

12、修正核心程序(如：I/O、內(nèi)存、CPU等的控制)并以結(jié)構(gòu)化語言改寫使得速度大幅提升； Windows 3.0英文版(1990年5月)除了改正Windows 2.X版的錯(cuò)誤外，使得圖形用戶界面正式進(jìn)入個(gè)人PC的領(lǐng)域；擁有真正GUI的操作系統(tǒng)；除此之外，還提供一個(gè)非常完善的用戶環(huán)境。增強(qiáng)了多任務(wù)處理、GUI、存儲(chǔ)管理等能力；Windows 3.0中文版(1991年7月31日) ，中文化的操作界面，主要添加了中文輸入法及漢字庫的支持；Windows 95英文版(1992年4月)Windows 95中文版(1993年8月)除英文版功能外，還新增如多顯卡支持、打印機(jī)驅(qū)動(dòng)、兼容性與穩(wěn)定性等。Windows

13、 95中文版新特性(1995年8月) 真正32位的操作系統(tǒng)全新的工作桌面支持長文件名支持硬件的即插即用32位可搶先( Preemptive ) 多任務(wù)系統(tǒng)全新的多媒體享受強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持更友好的安裝、操作界面 Windows1.01Windows1.02Windows1.03Windows 2.xx安全子系統(tǒng)登錄進(jìn)程Win32客戶OS/2客戶POSIX客戶OS/2子系統(tǒng)Win32子系統(tǒng)POSIX子系統(tǒng)硬件抽象層系統(tǒng)服務(wù)核心態(tài)用戶態(tài)內(nèi)核NT執(zhí)行體對(duì)象管理器安全引用監(jiān)視器虛擬內(nèi)存管理器進(jìn)程和線程管理器本地過程調(diào)用功能高速緩存管理器文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序I/O管理器網(wǎng)絡(luò)重定向Windows

14、NT體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)Windows 2000的特點(diǎn)支持對(duì)稱多處理機(jī)真正的32位操作系統(tǒng)：除16位應(yīng)用的支持代碼，沒有16位的代碼；兼容16位Windows應(yīng)用完全的代碼可重入(reentrant)：同一段代碼可由多個(gè)應(yīng)用同時(shí)訪問；圖形用戶界面GUI（和字符用戶界面）搶先式多任務(wù)和多線程虛擬存儲(chǔ)：段頁式(有存儲(chǔ)保護(hù))文件系統(tǒng)：NTFS(HPFS)，支持安全控制設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：VxD(virtual driver)可移植：適用于多種硬件平臺(tái)容錯(cuò)能力面向?qū)ο筇匦裕河脤?duì)象來表示所有資源。Windows 2000/XP的體系結(jié)構(gòu)本章要點(diǎn)Windows 2000/XP的重要組成部分Windows 2000/

15、XP的系統(tǒng)機(jī)制操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題復(fù)雜程度高研制周期長正確性難以保證良好的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進(jìn)的開發(fā)方法和工程化的管理方法高效的開發(fā)工具 操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)%100smsuusuuTTTTT目態(tài)管態(tài)用戶態(tài)管態(tài)Windows 2000/XP的設(shè)計(jì)目標(biāo)提供一個(gè)真32位搶占式可重入的虛擬內(nèi)存操作系統(tǒng)能夠在多種硬件體系結(jié)構(gòu)和平臺(tái)上運(yùn)行能夠在對(duì)稱多處理系統(tǒng)上運(yùn)行并具有良好的可伸縮性優(yōu)秀的分布式計(jì)算平臺(tái)，既可作為網(wǎng)絡(luò)客戶，又可作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可運(yùn)行多數(shù)現(xiàn)有16位MS-DOS和Microsoft Windows 3.1 應(yīng)用程序符合對(duì)POSLX 1003.1的要求符合政府和企業(yè)對(duì)操作系統(tǒng)安全性的要求支持Unicod

16、e，適應(yīng)全球市場(chǎng)的需要 可擴(kuò)充性 可移植性可靠性及堅(jiān)固性兼容性性能操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)問題程序結(jié)構(gòu)的兩層含義： 整體結(jié)構(gòu)、局部結(jié)構(gòu)程序的結(jié)構(gòu)良好的準(zhǔn)則大型軟件，模塊劃分、接口定義復(fù)雜并發(fā)性，接口復(fù)雜、信息交換頻繁計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，應(yīng)用擴(kuò)大、使用要求提高使得操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜幾種常見的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊間轉(zhuǎn)接隨便數(shù)據(jù)基本上作為全程量處理常常關(guān)中斷，系統(tǒng)的并發(fā)性難以提高層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的核心思想例如E.W.Dijkstra的THE系統(tǒng)：12345處理器分配和多道程序內(nèi)存和磁盤管理操作員進(jìn)程通信輸入/輸出管理用戶程序操作員0與硬件相關(guān)的最底層計(jì)算機(jī)具有多操作方

17、式多操作方式共有的基本部分放在內(nèi)層，具體操作方式相關(guān)的方在外層；OS基于進(jìn)程的概念，內(nèi)核放在內(nèi)層；內(nèi)層中又分多層，公用功能在最內(nèi)層。分解成許多功能單一的模塊，各模塊之間有清晰的組織結(jié)構(gòu)和依賴關(guān)系具有更高的可讀性和可適應(yīng)性層次結(jié)構(gòu)是單向依賴的，上層模塊建立在下層基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了比較可靠的基礎(chǔ)很容易增加或替換掉一層而不影響其它層次便于修改、擴(kuò)充 層次結(jié)構(gòu)的層間關(guān)系第第3 3層層第第2 2層層第第1 1層層第第0 0層層全序半序必須設(shè)立一個(gè)進(jìn)程控制塊，用以保留進(jìn)程的狀態(tài)信息，增加了內(nèi)存開銷進(jìn)程之間的控制轉(zhuǎn)移、狀態(tài)保留及信息傳送，均由核心去管理，時(shí)間消耗多，效率下降系統(tǒng)并發(fā)活動(dòng)過多，調(diào)度負(fù)擔(dān)過重，且同步

18、操作過于分散，易于造成死鎖，影響了系統(tǒng)的安全性層次結(jié)構(gòu)的兩種類型核心核心進(jìn)程：并發(fā)單位類程：專用資源的抽象 管程：共享資源的抽象 一個(gè)動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)由內(nèi)核和一組有限個(gè)滿足規(guī)定調(diào)用關(guān)系的進(jìn)程P、類程C和管程M構(gòu)成。其中進(jìn)程是系統(tǒng)中唯一能動(dòng)的成份，管程和類程都是被動(dòng)成份 采用層次管程結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、統(tǒng)一同步操作相對(duì)集中，系統(tǒng)安全性較高用高級(jí)語言書寫程序，研制周期短，通過編譯技術(shù)獲取更高的靈活性和效率只用一種概念描述并發(fā)，減少了不必要的并行性，減少了系統(tǒng)開銷。管程嵌套問題比較難于高效的解決不便于管理多個(gè)資源和全局性資源 虛擬機(jī)結(jié)構(gòu) 虛擬機(jī)概念可以實(shí)現(xiàn)完全保護(hù)用軟件從硬件逐層擴(kuò)展虛擬機(jī)方法把多道程序和

19、擴(kuò)展機(jī)器的功能完全分開，使每一部分都簡(jiǎn)單、靈活，更易于維護(hù)。 370裸機(jī)VM/370CMSCMSCMS系統(tǒng)調(diào)用陷入I/O指令陷入若干個(gè)370虛擬機(jī)CMS: 會(huì)話監(jiān)控系統(tǒng)微內(nèi)核（客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)）運(yùn)行在核心態(tài)的“微”內(nèi)核用戶態(tài)，以C/S模式運(yùn)行的若干進(jìn)程，通過內(nèi)核進(jìn)行通信機(jī)制（內(nèi)核）與策略（服務(wù)進(jìn)程）分離比較徹底可靠靈活適合分布式計(jì)算的需求缺點(diǎn)：效率較低其它體系結(jié)構(gòu)這種觀點(diǎn)認(rèn)為操作系統(tǒng)應(yīng)該只負(fù)責(zé)在競(jìng)爭(zhēng)的用戶之間安全、有效的分配計(jì)算資源 傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的絕大部分功能應(yīng)該在系統(tǒng)庫中以可選的方式鏈接進(jìn)用戶程序可擴(kuò)展系統(tǒng)認(rèn)為應(yīng)該將盡可能多的模塊以一種受保護(hù)的方式放進(jìn)核心當(dāng)中。操作系統(tǒng)的構(gòu)造者可以先構(gòu)造從一

20、個(gè)只包含稍微多于核心保護(hù)機(jī)制的一個(gè)最小核心。而其它的功能則通過不斷的往核心中添加受保護(hù)的模塊實(shí)現(xiàn)。 2.2 Windows 2000/XP系統(tǒng)模型系統(tǒng)支持進(jìn)程服務(wù)進(jìn)程用戶程序環(huán)境子系統(tǒng)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)鏈接庫圖形引擎圖形引擎用戶態(tài)用戶態(tài)核心態(tài)核心態(tài)Windows 2000/XP的構(gòu)成系統(tǒng)支持進(jìn)程（system support process），不是Windows 2000/XP服務(wù)，不由服務(wù)控制器啟動(dòng)。服務(wù)進(jìn)程（service process），Windows 2000/XP的服務(wù)。環(huán)境子系統(tǒng)（enviroment subsystems），它們向應(yīng)用程序提供操作系統(tǒng)功能調(diào)用接口包括：Win32、POS

21、IX和OS/2 1.2。應(yīng)用程序（user applications），五種類型：Win32、Windows 3.1、MS-DOS、POSIX 或OS/2 1.2。 子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)鏈接庫：調(diào)用層轉(zhuǎn)換和映射核心（kernel）包含了最低級(jí)的操作系統(tǒng)功能，例如線程調(diào)度、中斷和異常調(diào)度、多處理器同步等。同時(shí)它也提供了執(zhí)行體（Executive）用來實(shí)現(xiàn)高級(jí)結(jié)構(gòu)的一組例程和基本對(duì)象。執(zhí)行體包含基本的操作系統(tǒng)服務(wù)，例如內(nèi)存管理器、進(jìn)程和線程管理、安全控制、I/O以及進(jìn)程間的通信。硬件抽象層（HAL, Hardware Abstraction Layer）將內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以及執(zhí)行體同硬件分隔開來，實(shí)現(xiàn)硬件

22、映射。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（Device Drivers）包括文件系統(tǒng)和硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等，其中硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒂脩舻腎/O函數(shù)調(diào)用轉(zhuǎn)換為對(duì)特定硬件設(shè)備的I/O請(qǐng)求。圖形引擎包含了實(shí)現(xiàn)圖形用戶界面（GUI，Graphical User Interface）的基本函數(shù)。 可移植性的獲得分層的設(shè)計(jì) 依賴于處理器體系結(jié)構(gòu)或平臺(tái)的系統(tǒng)底層部分被隔離在單獨(dú)的模塊之中，系統(tǒng)的高層可以被屏蔽在千差萬別的硬件平臺(tái)之外。提供操作系統(tǒng)可移植性的兩個(gè)關(guān)鍵組件是兩個(gè)關(guān)鍵組件是HAL和內(nèi)核。和內(nèi)核。依賴于體系結(jié)構(gòu)的功能在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)，在相同體系結(jié)構(gòu)中，因計(jì)算機(jī)而異的功能在HAL中實(shí)現(xiàn)。Windows 2000/XP大量使用高級(jí)

23、語言執(zhí)行體、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等用C語言編寫，圖形用戶界面用C+編寫。只有那些必須和系統(tǒng)硬件直接通信的操作系統(tǒng)部分，或性能極度敏感的部分是用匯編語言編寫的。匯編語言代碼分布集中且少。 對(duì)稱多處理器支持2.3 Windows 2000/XP的構(gòu)成P43 圖2-5 windows2000/xp體系結(jié)構(gòu)內(nèi)核對(duì)象硬件支持Win32PosixOs/2Ntdll.dll內(nèi)核線程安排和調(diào)度陷阱處理和異常調(diào)度中斷處理和調(diào)度多處理器同步供執(zhí)行體使用的基本內(nèi)核對(duì)象 幫助控制、處理并支持執(zhí)行體對(duì)象的操作，以降低系統(tǒng)策略代價(jià)控制對(duì)象，這個(gè)對(duì)象集和包括內(nèi)核進(jìn)程對(duì)象、異步過程調(diào)用（APC，asynchronous proced

24、ure call）對(duì)象、延遲過程調(diào)用（DPC，deferred procedure call）對(duì)象和幾個(gè)由I/O系統(tǒng)使用的對(duì)象，例如中斷對(duì)象。調(diào)度程序?qū)ο蠹县?fù)責(zé)同步操作并影響線程調(diào)度。調(diào)度程序?qū)ο蟀▋?nèi)核線程、互斥體（Mutex）、事件（Event）、內(nèi)核事件對(duì)、信號(hào)量（Semaphore）、定時(shí)器和可等待定時(shí)器 使得執(zhí)行體和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序同硬件無關(guān) 實(shí)現(xiàn)手段：一組在多個(gè)體系結(jié)構(gòu)上可移植、同語義的接口內(nèi)核也有部分代碼不具有移植性支持虛擬8086模式的代碼，用以運(yùn)行一些古老的16位DOS程序高速緩存管理描述表切換硬件抽象層（HAL）執(zhí)行體從用戶態(tài)導(dǎo)出并且可以調(diào)用的函數(shù)。這些函數(shù)的接口在NTDLL

25、.DLL中。通過Win32API或一些其他的環(huán)境子系統(tǒng)可以對(duì)它們進(jìn)行訪問。從用戶態(tài)導(dǎo)出并且可以調(diào)用的函數(shù)，但當(dāng)前通過任何文檔化的子系統(tǒng)函數(shù)都不能使用。在Windows 2000 DDK中已經(jīng)導(dǎo)出并且文檔化的核心態(tài)調(diào)用的函數(shù)。在核心態(tài)組件中調(diào)用但沒有文檔化的函數(shù)。例如在執(zhí)行體內(nèi)部使用的內(nèi)部支持例程。組件內(nèi)部的函數(shù)。 進(jìn)程和線程管理器創(chuàng)建及中止進(jìn)程和線程。對(duì)進(jìn)程和線程的基本支持在Windows 2000內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)，而執(zhí)行體給這些低級(jí)對(duì)象添加附加語義和功能。虛擬內(nèi)存管理器實(shí)現(xiàn)“虛擬內(nèi)存”。內(nèi)存管理器也為高速緩存管理器提供基本的支持。安全引用監(jiān)視器在本地計(jì)算機(jī)上執(zhí)行安全策略。它保護(hù)了操作系統(tǒng)資源，執(zhí)行

26、運(yùn)行時(shí)對(duì)象的保護(hù)和監(jiān)視。I/O系統(tǒng)執(zhí)行獨(dú)立于設(shè)備的輸入/輸出，并為進(jìn)一步處理調(diào)用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。高速緩存管理器通過將最近引用的磁盤數(shù)據(jù)駐留在主內(nèi)存中來提高文件I/O的性能，并且通過在把更新數(shù)據(jù)發(fā)送到磁盤之前將它們?cè)趦?nèi)存中保持一個(gè)短的時(shí)間來延緩磁盤的寫操作，這樣就可以實(shí)現(xiàn)快速訪問。 對(duì)象管理：創(chuàng)建、管理以及刪除Windows 2000/XP的執(zhí)行體對(duì)象和用于代表操作系統(tǒng)資源的抽象數(shù)據(jù)類型，例如進(jìn)程、線程和各種同步對(duì)象。本地過程調(diào)用（LPC，Local Procedure Call）機(jī)制，在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的客戶進(jìn)程和服務(wù)進(jìn)程之間傳遞信息。LPC是一個(gè)靈活的、經(jīng)過優(yōu)化的“遠(yuǎn)程過程調(diào)用”（RPC，

27、Remote Procedure Call）版本。一組廣泛的公用運(yùn)行時(shí)函數(shù)，例如字符串處理、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換和完全結(jié)構(gòu)處理。執(zhí)行體支持例程，例如系統(tǒng)內(nèi)存分配（頁交換區(qū)和非頁交換區(qū)）、互鎖內(nèi)存訪問和兩種特殊類型的同步對(duì)象：資源和快速互斥體。 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序操作硬件。文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序接受面向文件的I/O請(qǐng)求，并把它們轉(zhuǎn)化為對(duì)特殊設(shè)備的I/O請(qǐng)求。過濾器驅(qū)動(dòng)程序截取I/O并在傳遞I/O到下一層之前執(zhí)行某些特定處理。 環(huán)境子系統(tǒng)Win32環(huán)境子系統(tǒng)進(jìn)程CSRSS，包括對(duì)下列功能的支持：控制臺(tái)（文本）窗口、創(chuàng)建及刪除進(jìn)程與線程、支持16位DOS虛擬機(jī)（VDM）進(jìn)程的部分。核心態(tài)設(shè)備驅(qū)

28、動(dòng)程序（WIN32K.SYS）。圖形設(shè)備接口（GDI，Graphics Device Interfaces）子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)鏈接庫，它調(diào)用NTOSKRNL.EXE和WIN32.SYS將文檔化的Win32 API函數(shù)轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)姆俏臋n化的核心系統(tǒng)服務(wù)。圖形設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，包括依賴于硬件的圖形顯示驅(qū)動(dòng)程序、打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序和視頻小型端口驅(qū)動(dòng)程序。其他混雜的函數(shù)，如幾種自然語言支持函數(shù)。設(shè)計(jì)的強(qiáng)迫性目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了POSIX.1，功能局限，用處不大Windows XP實(shí)際上并不包含POSIX子系統(tǒng)今后產(chǎn)品的POSIX/UNIX子系統(tǒng)將大大加強(qiáng)P49 圖2-7 interix的體系結(jié)構(gòu)NTDLL提供系統(tǒng)調(diào)用入口為子系

29、統(tǒng)、子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)鏈接庫、及其他本機(jī)映像提供內(nèi)部支持函數(shù)NTDLL也包含許多支持函數(shù)，例如映像加載程序、堆管理器和Win32子系統(tǒng)進(jìn)程通信函數(shù)以及通用運(yùn)行庫。用戶態(tài)異步過程調(diào)用（APC）調(diào)度器和異常調(diào)度器。 系統(tǒng)支持進(jìn)程Windows 2000/XP的系統(tǒng)機(jī)制陷阱調(diào)度異常調(diào)度程序中斷服務(wù)例程系統(tǒng)服務(wù)異常處理程序虛擬存儲(chǔ)器頁面管理程序虛擬地址異常虛擬地址異常軟軟/ /硬件異常硬件異常異常結(jié)構(gòu)中斷中斷系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用陷阱處理程序陷阱處理程序中斷是異步事件，可能隨時(shí)發(fā)生，與處理器正在執(zhí)行的內(nèi)容無關(guān)。中斷主要由I/O設(shè)備、處理器時(shí)鐘或定時(shí)器產(chǎn)生，可以被啟用或禁用異常是同步事件，它是某一特定指令執(zhí)行

30、的結(jié)果。在相同條件下，異?？梢灾噩F(xiàn)。例如內(nèi)存訪問錯(cuò)誤、調(diào)試指令以及被零除。系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用也視作異常。軟件和硬件都可以產(chǎn)生異常和中斷。中斷調(diào)度中斷請(qǐng)求級(jí)別（IRQL，Interrupt Request Level）硬件中斷軟件中斷APC 異步過程調(diào)用DPC 延遲過程調(diào)用P53 圖2-9 中斷請(qǐng)求級(jí)別保存計(jì)算機(jī)的狀態(tài) 禁用中斷 調(diào)用中斷調(diào)度程序 提高處理器的IRQL到中斷源的級(jí)別 重新啟用中斷在中斷分配表中查找處理特定中斷的例程服務(wù)例程執(zhí)行 降低處理器的IRQL到該中斷發(fā)生前的級(jí)別 加載保存的機(jī)器狀態(tài) 中斷返回延遲過程調(diào)用P56 圖2-10 延遲過程調(diào)用的提交異步過程調(diào)用apc異步過程調(diào)用為用戶程序和系統(tǒng)代碼提供了一種在特殊用戶線程的描述表（一個(gè)特殊的進(jìn)程地址空間）中執(zhí)行代碼的方法 有用戶態(tài)APC和核心態(tài)APC 異常調(diào)度P59 圖2-11 異常調(diào)度系統(tǒng)服務(wù)調(diào)度校驗(yàn)參數(shù)調(diào)用者的參數(shù)從線程的用戶堆棧復(fù)制到它的核心堆棧中執(zhí)行系統(tǒng)服務(wù) P60 圖2-12 系統(tǒng)服務(wù)調(diào)度對(duì)象管理器由執(zhí)行體的各種組件實(shí)現(xiàn) 進(jìn)程管理