A Windows NT tulajdonságai. Operációs rendszerek. Az NT története. Az NT története. Az NT felépítése. Az NT felépítése

A Windows NT tulajdonságai • • • • • • •

Operációs rendszerek A Microsoft Windows NT 1 Bevezetés Felépítése Processzkezelés Ütemezés

Többfelhasználós Multitasking / multithreading Virtuális memória / memória védelem Az oprendszerrel szorosan integrált GUI SMP támogatás Platformfüggetlen (elvileg) Hálózati támogatás

2006. 05. 22.

Szigeti Szabolcs / Windows NT

Az NT története

Az NT története • Az elso használható verzió az NT 3.1-volt • Széleskörben a 3.51 kezdett terjedni • A siker fo oka a Windows 3.1-hez való hasonlóság felhasználói szinten • Az NT 4.0 foleg a grafikus felület megvalósításában és kinézetében különbözik a 3.51-tol • Windows2000 sokban különbözik • Windows XP inkább csak kinézetben fejlodés

• A DOS után valami igazira vágyott az IBM és a Microsoft • Megkezdték OS/2 fejlesztését • Windows 3 sikere miatt MS szakított az IBM-mel, és Windows kompatíbilis rendszert kezdett kifejleszteni

2006. 05. 22.


3

2006. 05. 22.


User mód

• A mikrokerneles és a monolitikus rendszerek keveréke • 3 különbözo alrendszert támogat (win32, posix, os/2 1.2) • Hardverfüggetlenség egy absztrakciós rétegen (HAL) keresztül


4

Az NT felépítése

Az NT felépítése

2006. 05. 22.

2

Rendszer

Service

Alrendszer

Felhasználói

processzek

processzek

processzek

processzek

Alrendszer DLL-ek Executive Device Kernel HAL Hardver 5

2006. 05. 22.


Grafikus alrendszer

Kernel mód 6

1

A rendszer processzek

A service processzek

• Olyan processzek, amelyek a rendszer muködéséhez elengedhetetlenek, pl. winlogon.exe vagy csrss.exe • Hasonló szerepekkel mint a UNIX init

2006. 05. 22.

• A különbözo service-ekhez tartozó folyamatok • Hasonlóan a UNIX daemon processzekhez


7

Az alrendszer processzek

8

• Minden, felhasználó által futtatható alkalmazás • Lehet: win32, win3.1, DOS, Posix, OS/2 • Új alrendszer esetén elindul az alrendszert kiszolgáló processzis. • win32 alrendszer kötelezo


9

2006. 05. 22.

A kernel mód


10

A kernel mód

• Executive:

• HAL:

– alap oprendszer szolgáltatások (memória managment, process, thread management, I/O, biztonsági szolgáltatások, IPC)

• Kernel:

– Hardverfüggetlen felületet biztosít az oprendszer többi részének

• Device driver: – file rendszer és device kezelési szolgáltatások

– alacsonyszintu szolgáltatások (ütemezés, kivétel, megszakítás, SMP kezelés)

2006. 05. 22.


A felhasználói processzek

• A natív NT szolgáltatások megfelelo alrendszer szolgáltatássá (win32, posix, os/2) való transzformációját segítik • A felhasználói processzek csak az alrendszer DLL-eken keresztül kommunikálnak, és bizonyos esetekben ebben részt vesznek az alrendszer processzek is. 2006. 05. 22.

2006. 05. 22.


• Grafikus rendszer: – Teljesítmény okok miatt lett kernel szintre hozva 11

2006. 05. 22.


12

2

Hordozhatóság

Processz kezelés

• Különbözo architektúrák: – – – – – –

• Minden NT processznek megfelel egy Executive processz • A megfelelo alrendszer párhuzamosan további adatokat tart nyilván • Legmagasabb egység a process (2000: job) • Processzen belüli egység a thread • Threaden belüli egység a fiber

Intel 486 + DEC Alpha - Win 2000 már nem PowerPC - már nem MIPS - már nem IA64 – kérdéses 64bites x86 - igen

• HAL különbözo minden platformon • Többi kód nagy része C-ben 2006. 05. 22.


13

2006. 05. 22.

Thread állapotok Ready - futásképes Standby - ez fog következonek futni Running - fut Waiting - várakozik valamire Transition - futásképes, de a kernel stack nincs memóriában • Terminated - befejezte futását Szigeti Szabolcs / Windows NT

• Prioritásvezérelt, preemptív ütemezés • Ütemezési egység: thread • A legmagasabb prioritású, futásképes thread fut (kivétel lehet SMP rendszerekben) • User és kernel szinten is lehet újraütemezés

15

2006. 05. 22.

Ütemezés

16

• A thread futása megszakadhat:

– 16-31 : real-time (nem változatja az NT) – 1-15 : normál –0 : rendszer

– ha feladja a futást, késobb azonnal futásképes lehet ( quantumja egyel csökkenni fog) – ha nagyobb prioritású thread futásképes lesz, késobb befejezheti idoszeletét – elfogy az idoszelete (quantum)

• Win32 prioritások: – process: real-time, magas, normál, idle – threadek prioritása ehhez képes állítódik Szigeti Szabolcs / Windows NT


Ütemezés

• 31 prioritási szint:

2006. 05. 22.

14

Ütemezés

• • • • •

2006. 05. 22.


– megszunik a thread

17

2006. 05. 22.


18

3

Prioritás növelés

A quantum

• Wait állapotból kilépéskor: függ a várakozás hosszától, és a várakozás típusától: utána quatumonként egyel csökken a prioritás, az alap prioritásig • GUI eseményre váráskor, de csak egy quantumideig • Régóta (3-4 s) ready állapotú threadeknek, egy quantumig 2006. 05. 22.


• Egy futásképes thread csak meghatározott ideig: quantum futhat • Hamarabb feladhatja a futást • A quatumértéke sok mindentol függ

19

2006. 05. 22.


20

A quantum kiszámítása


• Induláskor egy thread 6 (NT workstation) vagy 36 (NT server) quatummal indul • Minden óra interrupt során a futó thread quantuma 3-mal csökken: NTworkstation esetén 2 óraütésig, server esetén 12-ig futhat egy thread

• Az órainterrupt gyakorisága rendszerfüggo:

2006. 05. 22.

2006. 05. 22.


21

– – – –

486: Pentium: Intel SMP: Alpha:

• (régi értékek)




22

SMP specialitások

• NT workstation esetén az elotérben lévo process quantumja megnohet • A quantummegkétszerezodik, ha prioritás növelés történt • Ha egy thread kilép a wait állapotból, quatumja egyet csökken. Ha eléri a nullát, visszaáll eredeti helyzetbe 2006. 05. 22.

10ms 15ms 15ms 7.8ms

• Processzor affinitás: mely processzorokon futhat a thread. Beállítható • Két processzor: ideális, és következo

23

2006. 05. 22.


24

4

A thread kiválasztása a ready queu-ból SMP rendszerben

A processzor kiválasztása Ha van szabad processzor: 1. - ideális processzor 2. - következo processzor 3. - aktuális processzor (amin az ütemezo fut) Ha nincs szabad, de újraütemezheto van: 4. - ideális 5. - következo 6. - az elso, amin futhat 2006. 05. 22.


• • • •

25

Utoljára futott az adott processzron Az ideális processzora az adott processzor Több mint két quantumot várakozott Prioritása >= 24

2006. 05. 22.


26

Memória kezelés • Fo célok:

Operációs rendszerek

– Virtuális címek fizikai címekre leképezése – Virtuális memória kezelés (paging és swapping) – Virtuális és fizikai memória allokáció – Egyéb szolgáltatások (file mappelés, copy-onwrite, stb.)

A Microsoft Windows NT 2 Memóriakezelés

2006. 05. 22.

Memória manager szolgáltatásai • • • • • •


28

Memória mérete

Memória allokáció Shared memória Mappelt file-ok Virtuális memória kezelés Memória védelmi funkció Kernel szintu funkciók (device drivereknek)

2006. 05. 22.


29

• Több memória management paraméter függ a fizikai memória méretétol: – kicsi < 19M – közepes 20-32M – nagy >32 (wks) >64M (svr) • (Elavult értékek)

2006. 05. 22.


30

5

Memória foglalás

Memória foglalás

• Két lépésben:

• Egy lap a processzcímtartományában lehet:

– reserve – commit

• Reserve: virtuális címtartomány lefoglalása • Commit: virtuális memória lefoglalása

– szabad – reserved – commited

• Egy committed lap lehet: – privát – mappelt (section) - ekkor lehet shared

2006. 05. 22.


31

2006. 05. 22.


32

A két lépéses memória foglalás

Shared és mappelt memória

• Célja: hatékonyabb muködés • A processzelore lefoglalhat egybefüggo címtartományokat, de csak szükség esetén kell memóriát is foglalni • Így muködik pl. a thread user stack-je • Lefoglalt tartomány a lapméret többszöröse, és 64k-ra igazított

• Shared memória: két vagy több processz számára elérheto memória terület • Mappelt file: file tartalma memóriaterületként érheto el • Mindkettot a section objektumok valósítják meg

2006. 05. 22.

2006. 05. 22.


33

Section-ök

• Ha a mappelendo file nagyobb mint a processzcímtartománya, csak egy részét mappeli egy idoben: ez a view • Mapping használata:

– page file (shared memóriához) – normál file

– egyszeru I/O – DLL

• Shared, ha több processzhasználja egyszerre Szigeti Szabolcs / Windows NT

34

View és a file-mapping

• Egy section virtuális memória leképezése diszkre • Ez lehet:

2006. 05. 22.


– programbetöltés 35

2006. 05. 22.


36

6

Copy-on-Write

Heap

• Hatékonysági megfontolások • CoW lap esetén írási hozzáférésnél kizárás helyett a processza lap írható másolatát kapja • Mint pl.: UNIX fork/vfork

2006. 05. 22.


• Kisebb-nagyobb memóriaterületek lefoglalására • Minden processzalaphelyzetben rendelkezik egy 1M-ás heap-pel • Legtöbb Win32 hívás innen allokál memóriát • További heapeket hozhat létre 37

2006. 05. 22.

Rendszer memória

• Négy fo módszer:

– garantáltan fizikai memóriában található

– Kernel szintu adatstruktúrák csak kernel módban érhetok el – Minden processz saját virtuális címtartománnyal rendelkezik (kivéve shared memória) – Hardver megvalósított védelmi funkciók – Memória objektumok ellátása ACL-ekkel

• Pagelt (paged pool): – elképzelheto, hogy csak laphibával érheto el


38

Memóriavédelem

• Nem pagelt (non paged pool):

2006. 05. 22.


39

2006. 05. 22.

Memóriatérkép


40

Címtranszformáció

• Összesen 4G címtartomány:

• Kétszintu laptábla, méretek hardverfüggoek:

– 2G user (3G Enterprise Server esetén) – 2G kernel (1G) Processzenkénti user terület

– Intel: 10 bit laptábla directory index, 10 bit laptábla index, 12 bit byte index

00000000

7FFFFFFF 80000000

Kernel, executive, HAL Laptábla

C0000000 C0800000

2006. 05. 22.

FFFFFFFF

Cache, paged & non paged Szigeti Szabolcs / Windows NT

41

2006. 05. 22.


42

7

Objektumok az NT-ben • Az NT a legtöbb eroforrást objektumként kezeli:

Operációs Rendszerek

– – – – –

A Microsoft Windows NT 3 Objektumok Biztonság Device kezelés

Egységes felület az eroforrások kezelésére Biztonság (C2 eloírás) Különbözo kvóták Megnevezés Alrendszerek

2006. 05. 22.

Objektumok az NT-ben

• Primitív objektumok, alapveto szolgáltatások (pl. szinkronizálás) végrehajtására • Az Executive számára nyújtanak szolgáltatásokat • Egy Executive objektum több kernel objektumot foglal magába

– Executive object – Kernel object


45

2006. 05. 22.

Executive objektumok


46

Executive objektumok

• Ez executive objektumokat az környezeti alrendszerek használják saját objektumaik létrehozására • User szintrol elérhetoek • Az alrendszerek kiterjeszthetik az Executive objektumokat (pl. win32 named-pipe) • Bizonyos alrendszer nem viszi tovább az objektum-orientáltságot (pl. posix)

• • • • • • •

2006. 05. 22.

2006. 05. 22.


44

Kernel objektumok

• Két objektumtípus:

2006. 05. 22.


47

Object Directory Symbolic Link Process Thread Section File Port

• • • • • • • •

Access Token Event Semaphore Mutant Timer Queue Key Profile


48

8

Objektum típusok

Objektum típusok

• Object directory

• Thread

– hierarchikus elnevezés megvalósítására

– processzen belüli végrehajtható egység

• Symbolic link

• Section

– szimbolikus utalás más objektumra

– megosztott memória/file mapping

• Process

• File

– process virtuális memóriája és egyéb futáshoz szükséges információk 2006. 05. 22.


– file vagy I/O eszköz

49

2006. 05. 22.


Objektum típusok

Objektum típusok

• Port

• Semaphore

– processzek közti üzenettovábbításra

– szemafor

• Access token

• Mutant

– processz vagy thread biztonsági jellemzoi

– mutex

• Event

• Timer

– szinkronizációra vagy jelzésre

2006. 05. 22.


– idozítésre

51

2006. 05. 22.

Objektum típusok

52

• Fejléc és törzs • Fejléc

– I/O muveletkehez

– Object manager által kezelve – Hivatkozás az ot megnyitva tartó processzekre – Hivatkozás a típus objektumra

• Key – registry kulcs

• Profile

• Törzs

– processz futás statisztika készítéséhez



Objektum felépítése

• Queue

2006. 05. 22.

50

– A tulajdonló executive komponens által managelve 53

2006. 05. 22.


54

9

Standard fejlécek • • • • • • •

Általános objektum metódusok

Név - objektum neve (ha van) Directory - más objektumok tárolására Security leíró - ki és mit csinálhat vele Quota - a tulajdonosra számlázandó quota Számláló - hányszor van megnyitva Típus - mutató a típus objektumra Referencia számláló - kernel mód hivatkozás

2006. 05. 22.


55

• • • • • • •

Close - bezárás Duplicate - megosztás Query object - standard attr. lekérése Query security - biztonsági attr. lekérése Set security - biztonsági attr. beállítása Wait single - várakozás egy objektumra Wait multi - várakozás több objektumra

2006. 05. 22.

Típus objektumok

Név: process, event, stb. Pool type: paged/non-paged Default quota Access type: egedélyezezett hozzáférés típusok Access right map: r/w/e/a leképzése specifikusra Synchronization: lehet-e várakozni ezen? Methods: object manager által hívandó

2006. 05. 22.


57

• • • • • •

Open - ha a handle-t megnyitják Close - ha a handle-t bezárják Delete - mielott az OM törli az objektumot Query name - név lekérdezésekor Parse - név keresésekor Security - biztonsági beállítás

2006. 05. 22.

Objektum könyvtárak – – – – – – – – – – –



58

Szinkronizáció

\?? - MS-DOS device nevek (user szint) \BaseNamedObjects - alap típusok (user szint) \device - device-ok \driver - driverek \FileSystem - filerendszer driverek \KnownDlls - mappelt dll-ek \nls - NLS táblák \ObjectTypes - objektum tpusok \RPC Control - RPC portok \security - biztonsági alrendszer objektumai \windows - win32 alrendszer objektumai

2006. 05. 22.

56

Metódusok hívása

• Közös információ tárolására • Attribútumok: – – – – – – –


59

• Threadek várakozhatnak objektumokon • Egy objektum lehet signalled vagy notsignalled állapotban • Különbözo objektumoknál mást jelent a siganalled állapot

2006. 05. 22.


60

10

Signalled állapot

Biztonság • SRM - Security Reference Monitor

Object - signalled ha: - várakozó futhat Process - Utolsó thread kilép - minden Thread - Kilép - minden File - I/O megtörténik - mind Notify event - valaki beállítja - mind Sync event- valaki beállítja - egy, reset Semaphore- számláló = 0 - mind Timer - ido lejár - mind Mutex - valaki elengedi - egy 2006. 05. 22.


– objektumok ellenorzése, jogok kezelése

• LSA - Local security authority – Lokális policy-k ellenorzése, autentikáció stb.

• LSA policy database – LSA adatbázisa

• SAM - Security Accounts Manager – userek és groupok kezelése helyileg vagy domainben 61

2006. 05. 22.

Biztonság


62

Objektumok védelme • Security descriptor:

• SAM database

– Owner SID

– SAM adatbázisa

• tulajdonos security ID

• Logon process

– Group SID

– bejelentkezéseket kezelo processz

• elsodleges csoport SID (posix alrendszer)

– Discretionaly ACL (DACL)

• Ntwork logon

• ki, mit csinálhat

– távoli bejelentkezéseket kezelo service

– System ACL (SACL) • audit 2006. 05. 22.


63

2006. 05. 22.

Access token • • • • • •

– SID – Csoportok – Privilégiumok

• Öröklodik • Megfelelo jogokkal létrehozható Szigeti Szabolcs / Windows NT

64

Device driverek

• Process vagy thread biztonsági tulajdonságait leíró adatszerkezet:

2006. 05. 22.


65

Hardver: közvetlenül kezeli a hardvert Class driver: pl: diszk, CD, szalag stb. Port driver: pl: SCSI port kezeloje Miniport : ált. I/O kéréseket specifikussá File system: filerendszer szintut alacsonyra File system filter: filerendszer szintu feldolgozása, majd alacsonyra

2006. 05. 22.


66

11

NT I/O rendszer

CDROM

NTFS

FAT

file system CDROM class driver

Fault tolerant driver

port driver

Disk class

miniport driver

2006. 05. 22.


67

12

A Windows NT tulajdonságai. Operációs rendszerek. Az NT története. Az NT története. Az NT felépítése. Az NT felépítése

Recommend Documents