《微機(jī)操作系統(tǒng)》

第七章Windows操作系統(tǒng)操作系統(tǒng).Window是當(dāng)今世界上使用最廣泛的操作系統(tǒng)，特別是對(duì)于個(gè)人用戶。Window系統(tǒng)所支持的應(yīng)用和軟件最多，特別是在辦公軟件、各種應(yīng)用軟件和軟件開發(fā)環(huán)境方面。Window也是結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜而龐大的操作系統(tǒng)，它融合了操作系統(tǒng)的最新理念、原理和技術(shù)。Window又是圖形界面美觀、使用最方便的操作系統(tǒng)，這也是它能“霸占”個(gè)人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)的主要原因之一。.內(nèi)容概要Windows操作系統(tǒng)的發(fā)展Windows2000操作系統(tǒng)Windows2008操作系統(tǒng)Windows7操作系統(tǒng).7.1Windows操作系統(tǒng)的主要發(fā)展歷史DOS操作系統(tǒng)Windows系統(tǒng)Windows95WindowsNTWindows98Windows2000WindowsNT4Windows2003Windows2008.Windows操作系統(tǒng)的發(fā)展DOS操作系統(tǒng)（1982）

DOS曾是微機(jī)平臺(tái)上的主流操作系統(tǒng)

DOS的主要缺陷受尋址能力等限制無法充分發(fā)揮高檔微機(jī)硬件資源的性能多任務(wù)處理能力的欠缺網(wǎng)絡(luò)和安全功能不足缺乏方便而統(tǒng)一的操作界面.Windows操作系統(tǒng)的發(fā)展Windows系統(tǒng)最初的Windows系統(tǒng)是DOS的外圍設(shè)備控制接口和圖形擴(kuò)展外殼程序，并不是嚴(yán)格的操作系統(tǒng)（1.0版1985.11）經(jīng)過逐步的改進(jìn)，Windows3.0（1990.5）已經(jīng)成為一個(gè)多任務(wù)操作環(huán)境，在微機(jī)性能利用、GUI、多任務(wù)處理和設(shè)備無關(guān)性等方面較DOS有了突破.Windows操作系統(tǒng)的發(fā)展Windows95操作系統(tǒng)(1995.8)95是在Windows系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的真正的32位操作系統(tǒng)

Windows95的主要優(yōu)點(diǎn)在于：易于使用：廣泛采用PnP技術(shù)32位多任務(wù)系統(tǒng)，程序用完全搶占方式工作，具有獨(dú)立地址空間和多線程能力很好的網(wǎng)絡(luò)功能.Windows操作系統(tǒng)的發(fā)展Windows98操作系統(tǒng)(1998.6)98是在95的基礎(chǔ)上改進(jìn)而形成，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和界面上沒有根本變化98的新特性包括：可靠性與性能多媒體支持文件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能小升級(jí).Windows操作系統(tǒng)的發(fā)展WindowsNT操作系統(tǒng)（NT3.11993)兼容POSIX并滿足美國(guó)政府的C2安全標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)WindowsNT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括一個(gè)運(yùn)行于特權(quán)處理器模式下的執(zhí)行模塊，由執(zhí)行模塊提供進(jìn)入系統(tǒng)的惟一入口。

NT4.01996.8.Windows操作系統(tǒng)的發(fā)展Windows2000操作系統(tǒng)(NT5.0)2000在98和NT基礎(chǔ)上開發(fā)，集NT的安全技術(shù)和9X平臺(tái)的易用性于一身并增加了不少新功能單用戶多任務(wù)的操作系統(tǒng)2000的設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮了：降低總擁有成本商務(wù)用快速開發(fā)的靈活環(huán)境.Windows操作系統(tǒng)的發(fā)展Windowsxp操作系統(tǒng)WindowsXP采用統(tǒng)一的系統(tǒng)代碼同時(shí)面向消費(fèi)型和商業(yè)型操作系統(tǒng)的需求Windows核心代碼文件保護(hù)、Windows安裝程序及增強(qiáng)的防病毒功能。增強(qiáng)的Windows安全性：提供了Internet連接的防火墻特性、帶有多用戶支持的加密文件系統(tǒng)（EFS）、IPSec、Keberos等。

簡(jiǎn)化的管理和部署；支持遠(yuǎn)程桌面

.WindowsServer2008WindowsServer2008是專為了強(qiáng)化下一代網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用程序和Web服務(wù)等功能而設(shè)計(jì)的服務(wù)器操作系統(tǒng)，可滿足企業(yè)級(jí)的應(yīng)用需求，為之提供穩(wěn)固、易于部署和管理的基礎(chǔ)架構(gòu)支持，提高了對(duì)企業(yè)IT資源的管理效率。WindowsServerHyper-V提供了全面的服務(wù)器虛擬化支持，可在單一的服務(wù)器硬件上部署不同的操作系統(tǒng)，而WindowsServer2008的集中化應(yīng)用訪問技術(shù)還可提供應(yīng)用程序虛擬化特性。WindowsServer2008整合了IIS7.0服務(wù)器，提供了一個(gè)安全且易于管理的Web計(jì)算平臺(tái)。此外，WindowsServer2008是史上最安全的Windows服務(wù)器，進(jìn)行了全方位的安全強(qiáng)化。

Windows操作系統(tǒng)的發(fā)展.Windows7操作系統(tǒng)微軟在WindowsVista尚未普及時(shí)已經(jīng)開始了下一代操作系統(tǒng)的研發(fā)工作，這個(gè)新產(chǎn)品曾被稱為

“Windows7”，意即NT家族的第七代產(chǎn)品。更加以用戶為中心，提供以用戶為中心的服務(wù)。Windows7的內(nèi)核設(shè)計(jì)將會(huì)與WindowsVista完全不同，Windows7將會(huì)是一個(gè)更加精簡(jiǎn)、更加靈活、擴(kuò)展性更好的系統(tǒng)，比以往的Windows操作系統(tǒng)都要“苗條”。Windows操作系統(tǒng)的發(fā)展.7.2Windows

2000操作系統(tǒng)客戶機(jī)/服務(wù)器模型系統(tǒng)代碼分用戶模式和核心模式兩部分（微內(nèi)核）對(duì)象模型簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（事件對(duì)象、資源對(duì)象以及進(jìn)程對(duì)象）對(duì)稱多處理器（SMP）模型各處理器的地位平等，即操作系統(tǒng)和用戶線程能被安排在任一處理器上運(yùn)行，且所有處理器共享同一內(nèi)存空間。

.7.2.1Windows2000體系結(jié)構(gòu)服務(wù)器用戶模式內(nèi)核模式應(yīng)用程序內(nèi)核硬件內(nèi)存服務(wù)器文件服務(wù)器安全服務(wù)器.7.2.2存儲(chǔ)系統(tǒng)

頁表和虛擬地址轉(zhuǎn)換機(jī)制

缺省情況下，32位的2000/xp上每個(gè)用戶進(jìn)程可占有2(3)GB的私有地址空間，操作系統(tǒng)占有剩余的2GB空間。Windows2000/xp在x86體系結(jié)構(gòu)上利用二級(jí)頁表來實(shí)現(xiàn)虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。Win32用戶應(yīng)用程序以32位虛擬地址編址，這32位地址被解釋位頁目錄索引、頁表索引和字節(jié)索引這三個(gè)獨(dú)立分量。每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)獨(dú)立的頁目錄，用于映射進(jìn)程所有頁表的位置。CPU通過寄存器CR3存放頁目錄的地址。頁目錄由頁目錄項(xiàng)（PDE）組成，X86系統(tǒng)共需1024張頁表來描述4GB的虛擬地址空間。每個(gè)進(jìn)程有自己的頁表集來映射私有地址空間，頁表由頁表項(xiàng)（PTE）數(shù)組構(gòu)成。頁幀號(hào)（PFN）.KPROCESS頁目錄索引頁表索引字節(jié)索引PFNPFN頁目錄頁表物理地址空間索引CR3物理地址PTE索引索引待訪問頁(每進(jìn)程建立一張,有1024項(xiàng))(每進(jìn)程最多有512個(gè),系統(tǒng)空間最多占用512個(gè),每張表1024項(xiàng))待訪問字節(jié)圖7-5虛擬地址轉(zhuǎn)換機(jī)制.X86處理器采用了關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器數(shù)組形式的高速緩存，稱為快表（TLB），來保存最近用過的虛擬頁到物理頁的映射。Windows2000/xp的內(nèi)存管理器采用請(qǐng)求式頁面調(diào)度算法將頁面裝入內(nèi)存，頁面調(diào)入操作將在線程訪問一個(gè)地址并引起缺頁中斷時(shí)才會(huì)被執(zhí)行。內(nèi)存管理器采用虛擬地址描述符（VAD）來記錄已在進(jìn)程地址空間中被保留的虛擬地址（即進(jìn)程地址空間的狀態(tài)）。VAD按照自平衡二叉樹方式組織信息以提高查找效率。內(nèi)存管理.7.2.3進(jìn)程、線程管理

1．進(jìn)程Windows的進(jìn)程（process）是系統(tǒng)資源分配的基本單位。在Windows中，進(jìn)程是作為對(duì)象加以管理的，其屬性包括進(jìn)程標(biāo)識(shí)、資源訪問令牌、進(jìn)程基本優(yōu)先級(jí)和默認(rèn)的親和處理器集合（ProcessorAffinity）等，可通過其句柄（handle）加以引用。Windows2000/xp中每個(gè)Win32進(jìn)程都由一個(gè)執(zhí)行體進(jìn)程塊（EPROCESS）表示，其主要內(nèi)容包括：線程塊列表：描述屬于該進(jìn)程的所有線程的相關(guān)信息，用于線程調(diào)度和資源回收。虛擬地址空間描述表（VAD）：描述進(jìn)程地址空間各部分的屬性，用于虛擬存儲(chǔ)管理。

對(duì)象句柄列表：描述進(jìn)程正在使用的對(duì)象句柄，用于訪問相關(guān)的對(duì)象資源。.2．線程線程（thread）是處理器調(diào)度的基本單位，同一進(jìn)程內(nèi)的各線程可訪問整個(gè)進(jìn)程的所有資源，因此線程間的通信更為方便。在操作系統(tǒng)中引入線程，可減小并發(fā)執(zhí)行的時(shí)間和空間開銷，提高程序執(zhí)行的并發(fā)性。Windows2000/xp的線程是內(nèi)核線程，是系統(tǒng)的處理器調(diào)度對(duì)象。線程上下文主要包括寄存器、線程環(huán)境塊、核心棧和用戶棧。Windows的線程狀態(tài)包括：.就緒狀態(tài)（ready）：線程已獲得除處理器外的所需資源，正等待調(diào)度執(zhí)行；備用狀態(tài)（standby）：已選擇線程的執(zhí)行處理器，正等待進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。每處理器上只能有一個(gè)線程處于該狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)（running）：已完成描述表切換，線程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，直至被搶先、時(shí)間片用完、線程終止或進(jìn)入等待狀態(tài)。等待狀態(tài)（waiting）：正等待某對(duì)象以同步線程的執(zhí)行，待事件出現(xiàn)后，將根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)入運(yùn)行或就緒狀態(tài)。轉(zhuǎn)換狀態(tài)（transition）：與就緒狀態(tài)相似，但線程的內(nèi)核堆棧位于外存。終止?fàn)顟B(tài)（terminated）：線程執(zhí)行完畢進(jìn)入該狀態(tài)。.換出的內(nèi)核堆棧描述表切換創(chuàng)建和初始化線程對(duì)象初始化就緒運(yùn)行備用終止放入就緒隊(duì)列選擇執(zhí)行搶先搶先或時(shí)間片結(jié)束執(zhí)行完成重新初始化換入的內(nèi)核堆棧等待完成等待完成等待對(duì)象句柄轉(zhuǎn)換等待圖7-10Windows2000/xp的線程狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖.3.進(jìn)程間的同步和互斥互斥對(duì)象（Mutex）：即互斥信號(hào)量，通過對(duì)互斥對(duì)象的創(chuàng)建和釋放以控制在特定時(shí)刻只能被一個(gè)線程對(duì)象使用。信號(hào)量對(duì)象（Semaphore）：即資源信號(hào)量，通過經(jīng)典的信號(hào)量機(jī)制限制并發(fā)訪問資源的線程數(shù)。事件對(duì)象（Event）：相當(dāng)于“觸發(fā)器”，可用于通知特定線程某事件的發(fā)生。在上述三種同步對(duì)象之外，indows2000/XP還提供了一些與進(jìn)程同步相關(guān)的機(jī)制。臨界區(qū)對(duì)象（CriticalSection）：用于在同一進(jìn)程內(nèi)提供線程間的訪問互斥?；ユi變量訪問API：相當(dāng)于硬件指令，用于對(duì)整型變量的操作，可避免線程間切換對(duì)操作連續(xù)性的影響。.4.進(jìn)程間通信信號(hào)（signal）：與信號(hào)相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用包括signal/raise，SetConsoleCtrlHandler/GenerateConsoleCtrlEvent。共享存儲(chǔ)區(qū)（sharedmemory）：進(jìn)行通信的各進(jìn)程可任意讀寫共享存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)需要進(jìn)程互斥和同步機(jī)制來確保數(shù)據(jù)的一致性。相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用包括：CreateFileMapping、OpenFileMapping等。管道（pipe）：利用操作系統(tǒng)核心的緩沖區(qū)進(jìn)行單向通信。Windows提供命名和無名兩種管道機(jī)制。命名管道（namedpipe）提供可靠的服務(wù)器和客戶之間雙向通信。服務(wù)器端和客戶端完成創(chuàng)建管道和連接之后，即可通過管道進(jìn)行讀寫操作無名兩種管道類似于UNIX的管道。相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用包括：CreatePipe、CreateNamedPipe、ConnectNamePipe、CallNamePipe等。.套接字（socket）：是一種網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制，屬于傳輸層，提供網(wǎng)絡(luò)中不同計(jì)算機(jī)上進(jìn)程間的雙向通信，支持可靠字節(jié)流或不可靠報(bào)文兩種服務(wù)，可采用客戶／服務(wù)器或?qū)Φ裙ぷ髂Ｊ?。Windows的套接字規(guī)范為Winsock。遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）是一種網(wǎng)絡(luò)編程標(biāo)準(zhǔn)。由RPC機(jī)制完成跨網(wǎng)絡(luò)的I/O請(qǐng)求、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議選擇、網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤處理等工作。調(diào)用本地和遠(yuǎn)程過程，對(duì)于遠(yuǎn)程過程，應(yīng)用程序連接到本地包含樁過程的靜態(tài)連接庫或DLL，每個(gè)樁過程對(duì)應(yīng)一個(gè)遠(yuǎn)程過程。樁過程調(diào)用RPC運(yùn)行時(shí)的過程來定位遠(yuǎn)程過程所寄居的計(jì)算機(jī)，確定遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)所使用的傳送機(jī)制，然后利用傳送軟件發(fā)送請(qǐng)求；遠(yuǎn)程服務(wù)器接收到RPC請(qǐng)求之后，解析參數(shù)、重建過程調(diào)用，然后調(diào)用該過程，服務(wù)執(zhí)行完畢，再將操作結(jié)果返回。進(jìn)程間通信（續(xù)）.5.線程調(diào)度

Windows2000/xp的處理器調(diào)度對(duì)象是線程，因此也稱為線程調(diào)度。Windows2000/xp實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)的搶先式多處理器調(diào)度系統(tǒng)。通常線程可在任何可用處理器上運(yùn)行，但親和處理器集合允許用戶線程通過Win32調(diào)度函數(shù)選擇其偏好的處理器。Windows2000/xp在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)線程調(diào)度機(jī)制，其代碼分布在內(nèi)核中與調(diào)度相關(guān)事件出現(xiàn)的問題，而并不存在一個(gè)獨(dú)立的線程調(diào)度模塊，這些功能函數(shù)統(tǒng)稱為內(nèi)核調(diào)度器（kernel’sdispatcher）。.線程調(diào)度的觸發(fā)事件一個(gè)線程進(jìn)入就緒狀態(tài)。一個(gè)線程由于時(shí)間配額使用完畢而從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)入退出或等待狀態(tài)。一個(gè)線程由于調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)而改變優(yōu)先級(jí)或被操作系統(tǒng)本身調(diào)整其優(yōu)先級(jí)。一個(gè)正在運(yùn)行的線程改變了其親和處理器集合。當(dāng)這些事件出現(xiàn)時(shí)，Windows必須選擇下一個(gè)待運(yùn)行的線程，并對(duì)線程上下文進(jìn)行切換，并開始新的線程執(zhí)行過程。

.7.3WindowsServer20087.3.1系統(tǒng)概述強(qiáng)化了下一代網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用程序和Web服務(wù)等功能，可滿足企業(yè)級(jí)的應(yīng)用需求。允許用戶按照應(yīng)用需求來定制服務(wù)器的安裝選項(xiàng)，以確保對(duì)系統(tǒng)資源占用的最優(yōu)化，并提高了對(duì)企業(yè)IT資源的管理效率。提供了全面的服務(wù)器虛擬化支持提供了一個(gè)安全且易于管理的Web計(jì)算平臺(tái)。進(jìn)行了全方位的安全強(qiáng)化。針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，WindowsServer2008提供了多個(gè)版本。.7.3.2系統(tǒng)功能更新核心基礎(chǔ)架構(gòu)提供了安全性增強(qiáng)且易于管理的Web計(jì)算平臺(tái)，以簡(jiǎn)化Web應(yīng)用程序和服務(wù)的部署，并增強(qiáng)其安全性和服務(wù)性能。對(duì)備份及恢復(fù)功能進(jìn)行了強(qiáng)化。支持多點(diǎn)傳送部署，支持通過ExtensibleFirmwareInterface（EFI）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電腦開機(jī)，支持基于Windows映像文件的安裝。WindowsPowerShell：是一個(gè)全新的命令行程序和指令碼語言，并支持命令行工具cmdlet，可幫助專業(yè)IT人員提升服務(wù)器環(huán)境系統(tǒng)管理能力。.安全性及強(qiáng)制策略網(wǎng)絡(luò)訪問保護(hù)：支持管理員按照軟件需求、安全性及其他設(shè)置需求來建立客戶端的健康策略并自動(dòng)予以執(zhí)行。高度安全的無線和有線訪問：向無線用戶提供一個(gè)易于部署且安全性增強(qiáng)的密碼驗(yàn)證方法，并針對(duì)有線用戶提供DHCP接入之前的驗(yàn)證功能。遠(yuǎn)程訪問解決方案：支持用戶通過VPN或撥號(hào)方式接入企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，并提供內(nèi)網(wǎng)的全功能軟件路由器用以在內(nèi)網(wǎng)中共享網(wǎng)絡(luò)連接。集中網(wǎng)絡(luò)策略管理：支持通過RADIUS服務(wù)器和Proxy進(jìn)行集中式的網(wǎng)絡(luò)策略管理。高安全性的Windows防火墻已經(jīng)全面集成了IPsec特性，支持基于IP地址和網(wǎng)絡(luò)端口、基于策略的應(yīng)用程序控制，并可基于IPsec驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)流量的完整性和用戶身份，并可選擇性地支持?jǐn)?shù)據(jù)流加密。.虛擬化及整合WindowsServer2008支持服務(wù)器虛擬化技術(shù)，并完整內(nèi)置在Hyper-V版本操作系統(tǒng)中。WindowsHyper-V是下一代基于hypervisor的服務(wù)器虛擬化技術(shù)，可提供動(dòng)態(tài)、可靠和可擴(kuò)充的虛擬化平臺(tái)，支持在單一的服務(wù)器硬件基礎(chǔ)上并行運(yùn)行多個(gè)不同的操作系統(tǒng)，適用于構(gòu)建動(dòng)態(tài)的IT環(huán)境。.7.4下一代操作系統(tǒng)產(chǎn)品Windows77.4.1系統(tǒng)概述下一代Windows將在64位計(jì)算、語音、數(shù)字墨水方面進(jìn)行加強(qiáng)，并將更加以用戶為中心，提供以用戶為中心的服務(wù)。Windows7的內(nèi)核設(shè)計(jì)將會(huì)與WindowsVista完全不同，Windows7將會(huì)是一個(gè)更加精簡(jiǎn)、更加靈活、擴(kuò)展性更好的系統(tǒng)比以往的Windows操作系統(tǒng)都要“苗條”。Windows7和Vista一樣被劃分為Starter、HomeBasic、HomePremium、Professional、Enterprise和Ultimate六個(gè)版本。.7.4.2系統(tǒng)功能更新網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)功能

DirectAccess：域成員計(jì)算機(jī)可在接入Internet后隨時(shí)安全無縫地訪問企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，而無需VPN連接。通過保留客戶端從遠(yuǎn)程服務(wù)器上訪問數(shù)據(jù)的本地副本，可在減少?gòu)V域網(wǎng)資源占用的同時(shí)提高遠(yuǎn)程辦公室Intranet應(yīng)用的響應(yīng)速度?；赨RL的服務(wù)質(zhì)量（QoS）：可通過組策略設(shè)置基于URL的Web流量?jī)?yōu)先級(jí)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的控制，確保企業(yè)核心業(yè)務(wù)相關(guān)的應(yīng)用運(yùn)行。多重活動(dòng)防火墻腳本：可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)適配器所連接的網(wǎng)絡(luò)來確定最適合的防火墻規(guī)則。移動(dòng)寬帶：Windows7為移動(dòng)寬帶設(shè)備提供了基于驅(qū)動(dòng)程序的模型，可為移動(dòng)寬帶連接提供即插即用的訪問和一致的用戶界面。.安全增強(qiáng)功能

基礎(chǔ)安全平臺(tái)：Windows7