Windows основана на ядре unix

«Чтобы найти истину, каждый должен хоть
раз в жизни освободиться от усвоенных
им представлений и заново построить
систему своих взглядов»
— Рене Декарт.

Статья, которая сейчас открыта в вашем браузере, посвящена детальному рассмотрению архитектуры UNIX и Windows. В ней мы постарались заглянуть внутрь этих двух операционных систем, опустившись на уровень ядра. Без внимания не остались и ошибки (исключения), которые могут возникнуть во время работы ОС. В заключение мы попросили сравнить различия между Windows и UNIX экспертов российской компании ASPLinux (www.asplinux.ru), которым каждый день на практике приходится сталкиваться с операционными системами на низком уровне.

Структуру UNIX проще всего представить в виде двух слоев. Первым является ядро. Оно непосредственно взаимодействует с железом и обеспечивает переносимость всего остального ПО на компьютеры с разным аппаратным обеспечением. Ядро предоставляет программам определенный набор системных API, с помощью которых производятся создание процессов, управление ими, их взаимодействие и синхронизация, а также файловый ввод/вывод. Вторым слоем является программное обеспечение, прикладное или системное: командный интерпретатор, графическая оболочка и т. д.

Заглянем глубже в ядро системы. Оно позволяет всем остальным программам общаться с периферийными устройствами, регулирует доступ к файлам, управляет память и процессами. Ядро — это связной, к которому обращаются посредством системных вызовов (запрашивая какую-то услугу). Связь эта — не односторонняя: ядро может и возвращать в случае необходимости какие-то данные. Основным достоинством ядра является строгая стандартизация системных API. За счет этого во многом достигается переносимость кода между разными версиями UNIX и абсолютно различным аппаратным обеспечением.

Картинка с сайта: fcenter.ru

Структура ядра UNIX

Все обращения к ядру системы можно разделить на две категории: программа вызывает подсистему управления файлами или подсистему управления процессами. Первая отвечает за все, что связано с файлами: управление, размещение, доступ. Процессы же — это, в общем случае, любые запущенные программы. Поэтому подсистема управления процессами служит для их жизнеспособности, синхронизации и управления. Важно так же и то, что файловая подсистема и подсистема управления процессов могут общаться друг с другом: любой процесс может вызывать системные API для работы с файлами. Прелесть UNIX состоит в том, что эти API универсальны (да и в Windows наблюдается та же картина). Вот самые главные из них: open, close, read, write, stat, chown, chmod (суть почти всех вызовов интуитивно понятна из названия, кроме, разве что, последних трех, поэтому поясню — они служат для управления атрибутами файлов, информации о владельце и прав доступа) и др. Каждый из этих системных вызовов в программе на языке С является обычной функцией. Информацию по любому из них можно запросто найти в man.
Подсистема управления файлами — почти единственная из всех работает с драйверами, которые являются модулями ядра. «Почти», потому что есть еще и сетевая подсистема, которая работает, например, с драйвером сетевой карты и с драйверами различных современных сетевых устройств. Ее, однако, мы рассматривать не будем. Обмен данными с драйверами может проходить двумя способами: с помощью буфера или потока. Суть первого метода заключается в том, что для информации выделяется кэш (или сверхоперативная память, как его называли раньше), в который заносится необходимый блок данных. Далее информация из кэша передается к драйверу. Драйвер — единственный элемент ядра, способный управлять периферийными устройствами. Но подсистема управления файлами может взаимодействовать с драйвером и через поток. Поток представляет собой посимвольную передачу данных драйверу. Следует отметить, что способ взаимодействия с драйвером определяется не пользователем и не приложением. Он является характеристикой того устройства, которым управляет драйвер. Очевидно, что потоковое общение позволяет взаимодействовать более оперативно, чем общение через буфер. Ведь на заполнение буфера тратится время и, следовательно, возрастает время отклика.

Теперь более подробно рассмотрим подсистему управления процессами. Она отвечает за синхронизацию и взаимодействие процессов, распределение памяти и планирование выполнения процессов. Для всех этих целей в подсистему управления процессами включены три модуля, которые наглядно продемонстрированы на схеме. Хорошим примером взаимодействия подсистем управления файлами и процессами является загрузка файла на исполнение. В этом случае подсистеме управления процессов требуется обратиться к коллеге, чтобы считать исполняемые файлы.

Чуть выше мы перечисляли системные API для управления файлами. Теперь рассмотрим вызовы, служащие для работы с процессами: fork (создает новый процесса), exec (выполняет процесс), exit (завершает исполнение процесса), wait (один из способов синхронизации), brk (управляет памятью, выделенной процессу), signal (обработчики исключений) и др.

Следующие два модуля являются очень важными в понимании всей подсистемы управления процессами. Первый — модуль распределения памяти, позволяет избежать нехватки оперативной памяти. Хотя механизм свопинга и файлов подкачки (технически правильно это, кстати, называется виртуальной памятью) уже ни для кого не секрет, в тени остается другой факт: операционная система (в лице описываемой подсистемы) может либо скидывать все данные, относящиеся к конкретному процессу, на диск, либо скидывать страницы памяти (страничное замещение). Таким образом, модуль распределения памяти выполняет очень важную функцию — он определяет какому процессу сколько выделить памяти.

Виртуальная память была изобретена в 1962 году, в Англии при создании суперкомпьютера Atlas. В большинстве современных компьютеров оперативная память не так велика, как используемое процессором адресное пространство. Размер ОЗУ типичного персонального компьютера варьируется от десятков до сотен мегабайт. При запуске программа загружается с какого-либо накопителя в оперативную память. Если же программа не помещается в ОЗУ, то те её части, которые в данный момент не выполняются, хранятся во вторичном запоминающем устройстве, чаще всего винчестере, и такая память называется виртуальной. Безусловно, перед выполнением необходимая часть программы должна быть перемещена в оперативную память. Данные функции выполняет ядро операционной системы (диспетчер виртуальной памяти, находящийся в микроядре). И для программы и для пользователя эти действия прозрачны. Естественно, на запросы к виртуальной памяти уходит гораздо большее время, нежели к ОЗУ.

Второй модуль — планировщик. Его задача не менее важна. UNIX — мультизадачная ОС, то есть одновременно может выполняться множество процессов. Мы, однако, знаем, что в фиксированный момент времени на одном процессоре может выполняться только одна команда. Именно поэтому нужен виртуальный рефери, который будет определять, какому процессу исполняться сейчас, а какому — через секунду. На практике же планировщик переключает контекст, то есть перед тем, как остановить исполнение какого-то процесса, он запоминает состояние регистров, памяти и т. д., а уже после этого запускает другой процесс в его собственном адресном пространстве. И еще один тонкий момент: каждый запущенный процесс «думает», что он единственный. Дополнительно существует механизм приоритетов. Очевидно, чем выше приоритет, тем быстрее начнет исполняться процесс. Процессы могут также обмениваться между собой информацией. В случае их синхронного взаимодействия синхронизацию осуществляет модуль взаимодействия (например, функция wait).

Вот мы и подошли к последнему уровню — аппаратному контролю. На данном уровне происходит обработка прерываний и связь ядра с железом. Здесь следует отметить лишь пару моментов, во-первых, прерывания могут «прерывать» работу процессора и требовать внимания к себе (после этого процессор без проблем возвращается к выполнению оставленных процессов), а, во-вторых, обработку прерываний осуществляют специальные функции ядра.

Windows 2000/XP построены на архитектуре микроядра (microkernel architecture). ОС Windows 95/98 используют монолитное (monolithic) ядро. Микроядра являются сравнительно небольшими и модульными. Благодаря последнему новые устройства зачастую добавляются как модули, которые можно загружать/выгружать на этапе исполнения без перекомпиляции ядра. На архитектуре микроядра построены также FreeBSD и Mac OS X. Монолитные же ядра используются еще и в Linux. Они оптимизированы для более высокой производительности с минимальными контекстными переключениями. Такая архитектура упрощает поддержку кода ядра для разработчиков, но требует перекомпиляции ядра при добавлении новых устройств. Следует отметить, что описанные здесь различия являются «классическими», на практике монолитные ядра могут поддерживать модульность (что зачастую и происходит), а микроядра могут требовать перекомпиляции.

Архитектура Windows

Структура Windows 2000/XP не отличается оригинальностью: ядро системы (исполняется на максимально приоритетном уровне процессора) и пользовательские подсистемы (исполняются на минимально приоритетном уровне).

Ядро системы является критичной частью кода, любые ошибки, происходящие в ядре, приводят к фатальному краху системы — «синему экрану». Фактически — это ошибки типа «Нарушение общей защиты». Как только код ядра начинает обращаться в запрещенные для него области памяти (попытка прочитать или записать данные, исполнить неверную инструкцию, переход на запрещенную область), срабатывает система защиты памяти процессора, и управление передается системному обработчику исключений. Обработчик исключений не может восстановить корректное поведение кода. Все, что он делает — это вывод дампа на синий экран с указанием типа ошибки и содержимого памяти в области, где сработала защита.
Пользовательские подсистемы не столь критично влияют на работу системы в целом, так как они изолированы друг от друга и от ядра средствами управления памятью и собственно процессором. Ошибки, возникающие в приложениях, исполняются на уровне пользователя, то есть на менее привилегированном уровне, нежели ядро. Поэтому, система в состоянии контролировать процесс. При возникновении же ошибки или сбоя управление передается обработчику ошибок, который называется «Doctor Watson». Он принудительно завершит приложение. Ядро системы и остальные подсистемы остаются в целости и сохранности.

Ядро UNIX/Linux имеет два вида исключений, которые обычно называют «oops» и «panic». Почти в каждой операционной системе паника происходит в тех случаях, когда ядро обнаруживает серьезную неисправность. Если система каким-либо образом повредила сама себя, ей требуется остановиться немедленно, пока она не произведет необратимых критических изменений (типа уничтожения файловой системы). Везде, где только возможно, UNIX/Linux пытается детектировать проблему и справиться с ней без остановки всей системы. Например, многие ситуации типа «oops» приводят к завершению процесса, который нормально запустился, но потом зациклил систему. Бывают, однако, ситуации, когда все настолько плохо, что полная паника является наилучшим выходом. Считается, что пользователи стабильных версий ядра не должны встречать ни «паник», ни «oops». Но в реальном мире они иногда происходят.

Недавно найденный «TF-баг» (смотрите здесь) является хорошим примером паники. Процессор пытается передать управление процессу, которого не существует. Это приводит к краху всей системы. В данном случае, у системы нет другой альтернативы, чем запаниковать.

Ядро, поставляемое с Red Hat Linux 7.3 (и некоторыми другими дистрибутивами), содержит баг в файловой системе ext3. Эта ошибка приводит к «oops», завершая время от времени некоторые процессы (также этот баг приводит к замедлению всей системы). Хотя данная ошибка уже исправлена (патч есть и в обновлении от Red Hat), этот случай познакомил многих пользователей с ошибками типа «oops».

Ядро Windows 2000/XP состоит из нескольких системных компонентов, каждый из которых отвечает за определенный набор задач. Основные компоненты ядра:

Микроядро (Microkernel) — компактный код, можно сказать, сердце системы. В рамках микроядра работают ключевые службы: диспетчер памяти, диспетчер задач и другие.

Слой абстрагирования (Hardware Abstraction Layer, HAL). Полностью абстрагирует код системы от конкретного аппаратного оборудования. Использование HAL позволяет обеспечить переносимость 99% кода системы между различным оборудованием.

Диспетчер Ввода/Вывода (Input/Output Manager). Полностью контролирует потоки обмена между системой и устройствами. Драйверы устройств работают в контексте I/O Manager. Если драйвер написан с ошибками и может привести к сбою — это вызовет фатальный крах ядра и всей системы. 70% случаев фатальных сбоев («синий экран») — есть результат некорректного поведения драйверов устройств.

Windows XP содержит встроенный механизм контроля драйверов: правильно написанный и тщательно протестированный драйвер поставляется с цифровой подписью (Driver Signing). Правильная настройка системы заключается в запрещении установки драйверов без корректной подписи.

Модуль управления объектами (Object Manager), управления виртуальной памятью (Virtual Memory Manager), управления процессами (Process Manager), управления безопасностью (Security Reference Monitor), управления локальными вызовами (Local Procedure Calls Facilities) — важные компоненты ядра системы подробно рассматриваться не будут.

Наконец, особое по значению и важности место в ядре системы занимает модуль графического интерфейса — Win32k.sys. Фактически — это часть подсистемы Win32, отвечающая за прорисовку и управление графическим интерфейсом. Этот модуль расположен в ядре специально для того, чтобы существенно повысить производительность графических операций ввода/вывода. Однако размещение столь критической части в ядре накладывает чрезвычайно строгие требования к корректности его исполнения. Фактически, ошибка в коде Win32k.sys приведет к краху системы. Разработчики Windows уделяют огромное внимание этому модулю, и именно он наиболее тщательно протестирован. Опыт эксплуатации систем Windows показывает, что код Win32k.sys работает абсолютно корректно и не содержит фатальных ошибок. Однако некорректный драйвер видеосистемы может все испортить.

В Windows также реализованы дополнительные функции для повышения стабильности работы ОС. Система защиты файлов Windows автоматически предотвращает случайные изменения системных файлов операционной системы, вносимые пользователем или приложениями, эффективно защищая всю систему в целом. То есть, когда какая-то программа внесла изменения или просто заменила системные файлы Windows, считая, что у программы более новые, Windows отслеживает изменения и уведомляет об этом пользователя, говоря, что для стабильности системы желательно восстановить исходные файлы. Так же существует поддержка нескольких версий DLL, что повышает совместимость приложений и повышает стабильность.

Итог

Различия между Windows и UNIX для нас прокомментировали разработчики из компании ASPLinux.

«Операционные системы Unix и Windows достаточно сильно отличаются в реализации различных сервисов и служб. В соответствии с темами, затронутыми в этой статье, можно отметить несколько глобальных различий.

В Unix/Linux графическая система существует отдельно от ядра и функционирует как обычное приложение. В операционных системах Windows графическая система интегрирована в ядро. В случае использования операционной системы на рабочей станции, особенно при запуске графикоемких приложений, возможно, лучше, когда графическая система входит в ядро — в этом случае она может быстрее работать. А при работе на сервере предпочтительней отделение графической системы от ядра ОС, так как она загружает память и процессор. В случае Unix/Linux графическую систему можно просто отключить, к тому же, если системный администратор ее все-таки хочет использовать, в Linux есть несколько графических оболочек на выбор, некоторые из них (например, WindowMaker) достаточно слабо загружают машину. Эта же особенность Unix-образных операционных систем позволяет запускать эти ОС на машинах с весьма скромными объемами ОЗУ и т.п. В случае Windows же графическая система слишком тесно интегрирована в ОС, поэтому она должна запускаться даже на тех серверах, на которых она вовсе не нужна.

Отметим также методику разделения прав доступа в Windows 2000 и Unix/Linux. В первом — разделение прав доступа основано на ACL (access control lists), то есть, к примеру, можно настроить систему таким образом, чтобы администратор не имел возможности управлять файлами пользователей. У Unix/Linux же всегда есть суперпользователь — root, который имеет доступ абсолютно ко всему. То есть теоретически модель безопасности в Windows лучше: чтобы полностью завладеть хорошо настроенной системой Windows, хакеру придется ломать больше, в Unix/Linux же достаточно взломать доступ к root. (В Unix/Linux используются более старые технологии, тем не менее, некоторые дистрибутивы Linux сейчас начинают поддерживать ACL, среди них — ASPLinux 7.3 Server Edition). Но теория несколько смазывается практикой с той стороны, что в Windows не так быстро, как в Linux, заделываются «дыры», что уже относится к плюсам открытой модели разработки. В результате оказывается, что в Windows по статистике больше дыр, через которые злоумышленник может пробраться в систему. Но, опять же, точно о количестве дыр в Linux и Windows можно будет сказать только тогда, когда количество пользователей обоих видов ОС будет примерно одинаковым.

В Linux поддерживаются несколько файловых систем, наиболее продвинутые — это Ext2, Ext3, XFS. ОС Windows завязана по большому счету на одну файловую систему — NTFS или FAT 32. Файловые системы Ext2, Ext3, XFS по оценкам работают быстрее. Принципиальное же отличие в том, что в UNIX/Linux вообще нет понятия диска, физического или логического. Вся работа с устройствами хранения данных организуется через специальные файлы устройств, которые отображают физический носитель (диск, лента и т. п ) или его части (разделы) в файловую систему.

Важное отличие — наличие в Windows технологии ActiveX, нечто подобное в Unix/Linux реализуется с помощью CORBA и Bonobo. Эта технология, с одной стороны, предоставляет пользователю множество удобств, с другой стороны — она же допускала в свое время такие вещи, как автоматический запуск Outlook’ом вируса, пришедшего по почте. Одно из важных отличий этих технологий в том, что элементы ActiveX могут внедряться в текст HTML, что имеет как ряд достоинств, так и недостатков.

Можно перечислить еще ряд отличий Unix-подобных операционных систем от Windows, например, встроенную поддержку удаленного доступа в Unix и отсутствие оной в Windows по умолчанию (она реализуется в серверных версиях Windows, а также с помощью дополнительных средств, например, Citrix). В Unix/Linux и Windows сильно различаются сетевые подсистемы (IP-stack), по ряду оценок сетевая подсистема Unix/Linux эффективнее.

Можно было бы упомянуть богатый набор ПО, которое может поставляться вместе с Linux, между тем, Windows также развивается в этом направлении. Дополнительные отличия же в архитектуре в основном сводятся к отличиям работы монолитных и модульных ядер, которые также зачастую не являются преимуществами или недостатками, а просто отличиями. При всем при этом можно с уверенностью сказать, что характеристики работы Windows или Linux гораздо больше зависят от аккуратности и квалификации пользователя, чем от архитектуры той или иной ОС».

Мы искренне надеемся, что нам удалось описать основные различия двух систем. Если вы считаете, что какой-то аспект «анатомии» Windows или UNIX незаслуженно пропущен, милости просим в наш форум. Автор статьи (e-mail в начале) с удовольствием выслушает все ваши мысли.

Время на прочтение7 мин

Количество просмотров111K

Введение

В последнее время наблюдается большой приток пользователей Linux. Как правило это люди уже имеющие вполне приличный опыт в общении с компьютером, но этот опыт в большинстве случаев ограничен одной системой. Естественно, что этой системой является самая распространенная на сегодня на дескотопах операционная система компании Microsoft MS Windows. Большое число пользователей Windows также ставят Linux, или запускают его с «Live CD» «на посмотреть».

И тут возникает сразу несколько проблем, связанных с тем, что новые пользователи Linux ожидают увидеть перед собой «еще один Windows». А Linux — это совсем не клон Windows, это совсем другая система, с другой основой, другими традициями, другими возможностями и другими требованиями к пользователю.

По моему убеждению именно это непонимание и является одним из источником такого количества так называемых «священных войн». Возможно данная статья позволит если не уменьшить количество таких войн, то хотя бы даст большее понимание позиций противников и снизит накал в войнах.

Очень глубоко лезть в устройство этих двух операционных систем нам, я думаю, ни к чему, будем рассматривать их в основном с точки зрения пользователя.

Экскурс в историю (очень краткий)

Для сравнения, думаю невредно освежить в памяти краткую историю сравниваемых операционных систем.

История Unix

Операционная система UNIX была создана еще до эры коммерческого софта. Она писалась инженерами, как система «для себя». Поэтому в нее были заложены передовые на то время концепции. В дальнейшем своем развитии при добавлении новых черт, обычно считалось, что делать нужно «правильно». Т.е. например если нужно было выбирать из двух решений, одно из которых было с инженерной точки зрения «неправильным», например повышало производительность сегодня, но могло принести затруднения в дальнейшем, как правило, такое решение отвергалось и выбиралось «правильное» решение, пусть и с определенной потерей производительности.

Первые версии UNIX были написаны на Ассеблере, затем система была переписана на СИ. Это дало системе уникальную переносимость. На PC UNIX был портирован, а точнее заново написан (Linux) сразу, как только развитие PC, а точнее выпуск PC на процессоре i386, позволило это сделать.

В 1985 году стартовал проект POSIX. Это стандарт на интерфейсы UNIX-подобных ОС. Во многом благодаря наличию такого стандарта, так быстро смог появится на свет и достигнуть зрелости Linux — свободная воплощение UNIX.

Развитие интернета с самого начала и до нашего времени неразрывно связано с серверами под управлением ОС UNIX. Сначала с коммерческими, а теперь все больше и больше со свободными.

С точки зрения коммерциализации развитие UNIX можно разделить на три этапа.

1. Некоммерческое распространение в университетах.
2. Распространение коммерческих UNIX систем.
3. Появление свободных реализаций (Linux, FreeBSD) и вытеснение коммерческих систем (настоящий момент).

До появления системы X Window System UNIX была системой с текстовым интерфейсом, затем добавился графический, но традиционно текстовый интерфейс сохраняет важное значение.

Очень важно то, что UNIX с самого начала был многозадачной и многопользовательской системой. Т.е. на одной машине могут работать сразу несколько пользователей, и выполняться несколько программ одновременно.

Фирменной чертой всех UNIX-подобных ОС была и остается надежность.

Табличка:

История Windows

Истоки зарождения операционной системы Windows следует искать в предшествующей ей операционной системе той же самой фирмы — DOS. Все операционные системы компании Microsoft, это прежде всего коммерческие проекты. Об этом нужно помнить всегда, особенно, когда стараешься понять истоки тех или других решений, как коммерческого плана, так и технического.

Первой ОС из этого семейства была DOS. Может показаться, что DOS собственно имеет косвенное отношение к обсуждаемому предмету. Но, многие традиции, база пользователей и разработчиков, их привычки, идут именно оттуда.

DOS была однозадачной однопользовательской операционной системой с текстовым интерфейсом. Первая версия Windows представляла собой нечто, негодное для работы и распространения не получила. Работать стало в Windows стало возможно, начиная с версии 3. В версии Windows For Workgroups 3.1 появилась возможность работы с сетью. Winodws серии 3 представляли собой запускаемую поверх DOS систему. Отличались невысокой надежностью.

В 1995 годы вышла новая версия — Windows 95. Код частично был 32 разрядным, частично 16 разрядным, встроенная сеть. По сравнению с Windows серии 3 это был серьезный шаг вперед. Повысилась надежность, но до надежности UNIX-подобных ОС было еще далеко. В качестве рабочей станции с натяжкой конечно, надежности хватало, в качестве сервера, нет. Позже были выпущены еще две ОС этой линии, Windows 98 и Windows Me. После этого линия была закрыта.

В 1993 году вышла новая версия — Windows NT 3.1. Это уже была полностью 32 разрядная система. Разработана она была с нуля, для ее разработки были наняты известные специалисты. Были внедрены новые концепции. Это подняло надежность почти до уровня надежности UNIX-подобных систем. Эта ОС уже могла работать в качестве сервера. Продолжение этой линии, операционные системы Windows 2000, Windows XP и Windows Vista.

ОС линии NT были многозадачными, начиная с Windows XP появилась и возможность работать нескольким пользователям, хотя и более ограниченная и гораздо менее удобная, чем у UNIX-подобных ОС.

Табличка:

Техническое устройство с точки зрения пользователя

UNIX

С точки зрения пользователя UNIX устроен примерно так:

1. Ядро. Работает с устройствами, управляет памятью и процессами.
2. Текстовая подсистема, работа с системой через терминал. Причем для управления всеми возможностями ОС достаточно только текстовой подсистемы. Возможно вход через эту подсистему многих пользователей. Богатый набор как встроенных утилит, так и приложений, работающих в текстовом режиме.
3. Графическая подсистема Xwindow. Запускается как процесс в системе.
4. Система удаленного доступа в текстовом режиме. Позволяет полноценную работу с ОС в текстовом режиме. Потребляет мало ресурсов. Позволяет работать на сравнительно слабых компьютерах одновременно десяткам и сотням пользователей. Количество сессий ограничено ресурсами компьютеров.
5. Система удаленного доступа в графическом режиме. Позволяет одновременно работать нескольким пользователям в графическом режиме. Количество сессий ограничено ресурсами компьютеров.
6. Система передачи графического окна приложения на другой компьютер. Позволяет запустив приложение на одном компьютере, управлять им с другого компьютера, через окно приложения, передаваемое на этот другой компьютер. Количество сессий ограничено ресурсами компьютеров.

Windows

1. Ядро. Работает с устройствами, управляет памятью и процессами, управляет графической подсистемой.
2. Графическая подсистема. Обеспечивает интерфейс с пользователем. Приоритетная система для пользовательского интерфейса.
3. Текстовая подсистема. Обеспечивает текстовый интерфейс с пользователем. Текстовый интерфейс весьма урезанный. Набор утилит текстового режима как встроенных, так и других производителей весьма куцый. Синтаксис и состав команд текстового режима меняется от версии к версии. Запускается только поверх графического режима.
4. Система удаленного доступа. Появилась впервые, как встроенная в систему, в Windows NT Server 4.0. До этого были только продукты других фирм. В связи с тем, что запускается полноценная графическая сессия, кушает очень много ресурсов. Наличие системы удаленного доступа и количество одновременных сессий может вообще отсутствовать или быть ограничено в разных версиях из коммерческих соображений.

Сравнение концепций

Давайте теперь рассмотрим, чем отличается подход к работе в этих двух системах.

UNIX: Концепция «Toolbox»

Поскольку UNIX разрабатывалась инженерами и для инженеров, в ее основу была положена концепция toolbox (ящик с инструментами). Что это значит? Это значит, что при создании софта и встроенных утилит для UNIX не делали универсальные программы, каждая из которых выполняла бы внутри себя все, необходимые пользователю действия, а для каждой небольшой задачи создавалась своя утилита, которая выполняла свою задачу, только одну, но делала это хорошо. Дело пользователя было при помощи набора этих утилит выполнить операции, которые ему нужно сделать.

При этом из этого набора утилит можно составлять цепочки и последовательности действий, что позволяет легко автоматизировать рутинные, часто повторяющиеся операции.

Для того, чтобы утилиты могли обмениваться между собой результатами своей работы, в качестве носителя информации был выбран текстовый файл. Для обмена информацией между утилитами были изобретены «pipes» (трубы). При помощи «труб» информация с выхода одной команды может быть передана на вход второй, та ее обрабатывает, выдает свою информацию на выход, которая может быть передана на вход третьей и так далее.

В общем, в результате UNIX позволяет пользователю легко создавать простые программные комплексы, выполняющие повторяющиеся действия как по команде пользователя, так и в автономном режиме.

Такой подход имеет как плюсы, так и недостатки. С одной стороны он дает больший контроль над системой, гибкость в настройке, но при этом повышается порог вхождения в систему, или говоря простыми словами, прежде, чем что нибудь сделать, как правило, нужно изучить основы.

Windows: Концепция «Тостер»

В Windows доминирует другая концепция. Эта концепция — максимально облегчить вхождение пользователя в задачу. Программы в Windows как правило большие, на каждое действие есть пункт в меню или иконка. В системы программы связываются как правило с большим трудом.

Ухудшает ситуацию о построением комплексов на базе Windows то, что большинство программ — коммерческие и используют свои, бинарные и как правило закрытые форматы данных и файлов. Такой подход превращает компьютер в устройство, которое может выполнять ограниченный изготовителем ПО набор функций, в пределе в этакий своеобразный «тостер», который выполняет только то, что задумал его изготовитель.

Плюс такого подхода — легкость вхождения неподготовленного пользователя. Минус — то, что обманутый кажущейся легкостью пользователь вообще не хочет ничему учиться и не выполнять необходимых действий. На поводу идут и производители софта. Это одна из причин такого обилия документов отформатированных пробелами, пренебрежения безопасностью и как следствие вирусных эпидемий.

Заключение

Конечно, в обоих системах не доминирует свой подход на 100 процентов. Как в Windows есть возможность пользоваться текстовой консолью и создавать .bat файлы, так и в UNIX есть большой набор программ, со свойствами присущими скорее «тостерному» подходу. И все таки описанная разница в подходах есть и она достаточно ярко выражена.

Литература

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/UNIX
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Windows
3. http://ru.wikipedia.org/wiki/ДОС
4. http://posix.ru/
5. http://ru.wikipedia.org/wiki/POSIX

Подсистема для приложений на базе UNIX (Шаблон:Lang-en, SUA), также известная как Сервисы Microsoft Windows для UNIX (Шаблон:Lang-en, SFU) — программный пакет, разработанный компанией Microsoft, обеспечивающий подсистему UNIX и другие части среды UNIX на системах семейства Windows NT и более поздних. Расширена из ограниченной подсистемы POSIX Windows NT, и в дальнейшем заменила её.

Начиная с версии 3.0 (Windows XP, 1999 год) использует подсистему Interix^[1], которая была получена компанией Microsoft в 1999 году как часть имущества Softway Systems^[2]. В Windows Server 2003 R2 было переименовано в Подсистему для приложений на базе UNIX.

Подобно подсистеме POSIX в Windows NT, Interix не эмулирует ядро UNIX, а реализует подсистему пользовательского режима, работающую напрямую на ядре Windows NT.

Состав[]

Как и подсистема Microsoft POSIX в Windows NT, Interix не эмулирует работу ядра Unix,
это лишь реализация на уровне пользователя, запущенная поверх ядра Windows NT.

Важно, что и Cygwin (свободная альтернатива Interix), и Windows Services for Unix предлагают заголовочные файлы и библиотеки, что упрощает перекомпиляцию приложений Unix для их использования в Windows. Естественно, форматы исполняемых файлов Windows и Unix по-прежнему остаются несовместимыми.

Текущая версия включает:

• Более 350 утилит Unix, таких, как vi, ksh, csh, ls, cat, awk, grep, kill, и т. п.
• компилятор GCC 3.3, в том числе заголовочные файлы и библиотеки (через Microsoft libc)
• cc-подобный упаковщик для C/C++ компилятора командной строки Microsoft Visual Studio
• отладчик GDB
• сервер и клиент NFS
• Демоны pcnfsd
• Утилиты и библиотеки X11
• Утилиты для монтирования ресурсов NFS как разделяемые каталоги Windows, и наоборот (гейтвеи)
• Сервер Network Information Service, сопряжённый с Active Directory
• Некоторые утилиты синхронизации токенов аутентификации Windows и Unix

SFU не включает в себя (однако возможно установить отдельно):

• bash, OpenSSH, sudo, CVS, ClamAV, bzip2, gmake, curl, emacs, Apache, XView, Ruby, Tcl, Python.

SFU не содержит встроенного X-сервера (только утилиты и библиотеки, как упоминалось выше), но может быть использован практически любой из имеющихся, например, Cygwin/X, Xming, WeirdMind или WeirdX.

Версии[]

Последний релиз — 3.5 от ноября 2007 года.

Windows Server 2003 R2 содержит довольно много предустановленных компонентов SFU, в том числе сервисы Microsoft для сетевой файловой системы (NFS), подсистема для приложений UNIX (Interix) и управление аутентификацией для UNIX.

Windows Vista Enterprise и Ultimate Editions также содержат элементы SFU, переименованную в подсистему для приложений UNIX (Шаблон:Lang-en, SUA).

Microsoft не планирует далее выпускать отдельные версии данного пакета. Возможность скачать последнюю версию с официального сайта будет доступна, по крайней мере, до 2009 года, официальная общая поддержка оканчивается в 2011, расширенная поддержка — в 2014.

Поддерживаемые операционные системы (для версии 3.5)[]

Microsoft Windows Services for UNIX предназначен для Windows редакций Server и Professional. Потребительскими версиями Windows не поддерживается.

• Windows 7 Enterprise/Ultimate Edition родная (native) поддержка (пакет встроен в систему)
• Windows Server 2003
• Windows XP Professional с Service Pack 1 или более поздним
• Windows 2000 Server или Professional с Service Pack 3 или более поздним

См. также[]

• Cygwin
• MKS Toolkit
• OpenNT
• Шаблон:Не переведено, набор утилит и портов GNU UNIX в Win32.

Примечания[]

Ссылки[]

• Microsoft TechNet: Сервисы Windows для UNIXШаблон:En icon
• История подсистемы InterixШаблон:En icon, в PDF (то же в HTML)Шаблон:En icon
• Дополнительные свободные бинарные сборки для InterixШаблон:En icon
• Скачать Windows Services for UNIX 3.5Шаблон:En icon, то же с помощью FasttrackШаблон:En icon
• Скрипт для конвертации атрибутов файлов UNIX в SFUШаблон:En icon

Чтобы выяснить, насколько хороша Windows на самом деле, нужно изучить ее ядро и понять, как оно устроено и что оно может. В данной статье мы сравниваем Windows с Linux и Mac OS X и выявляем сильные и слабые стороны этой операционной системы, имеющей так много пользователей и так мало поклонников.

Картинка с сайта: ichip.ru

Многие области операционной системы от Microsoft в повседневной работе от нас скрыты. Как правило, пользователь видит лишь то, что работает в пользовательском режиме; режим ядра, в котором операционная система общается с оборудованием, ему недоступен.

Картинка с сайта: ichip.ru

Windows Debugger анализирует образ памяти и показывает причины сбоев — в нашем случае виноват драйвер режима ядра

Картинка с сайта: ichip.ru

Файл NTOS — сердце ядра Windows, логически подразделяется на два слоя. Особенность состоит в том, что из соображений повышения производительности драйверы могут обращаться к оборудованию напрямую

Картинка с сайта: ichip.ru

Ядро Linux отвечает за управление командами ввода-вывода, памятью и процессами. На самом низком уровне ядра находятся функции, управляющие прерыванием процессов

Картинка с сайта: ichip.ru

Доступ к ядру Linux открыт каждому. На рисунке — фрагмент конфигурации ядра версии 2.6.19

Картинка с сайта: ichip.ru

Ядро системы Apple основано на двух источниках: в нем используются функции основанной на Unix подсистемы BSD наряду с частями микроядра Mach Со словом «Windows» связано много предубеждений и мифов. Например, бытует мнение, что работать в Windows крайне опасно, так как миллионы вирусов, гуляющих по Интернету, атакуют исключительно эту ОС. К тому же многие уверены, что детище Microsoft не отличается высокой производительностью: чем дольше вы пользуетесь этой системой, тем медленнее она работает. Что касается стабильности, то всем хорошо знаком пресловутый «синий экран». Это и неудивительно: Vista состоит из семидесяти миллионов строк кода — как тут не запутаться! Чтобы выяснить, справедливы ли все эти обвинения, необходимо заглянуть в самое ядро операционной системы и проверить, насколько оно отвечает трем критериям: безопасность, производительность и стабильность. А для сравнения возьмем ядра двух других систем — Linux и Mac OS X. Кроме того, мы подробно расскажем, какие методы используют Windows и ее конкуренты.

Контроль над системой

Ядро управляет операционной системой, и ее качество зависит именно от качества ядра. На нем держится буквально все. в частности, ядро выполняет роль интерфейса для компьютерного оборудования: оно общается с внешними устройствами и управляет встроенными компонентами, такими как оперативная память, центральный процессор и жесткий диск.

Чтобы обеспечить безопасность системы, ядро следит за всеми текущими процессами, определяя, какие программы и как долго могут пользоваться аппаратными ресурсами. Стабильность достигается за счет структурирования ресурсов. За этим стоят функции, к которым обращаются каждый день — например, отображение файловых систем на жестком диске. Высокая производительность важна при возникновении конфликтов доступа — например, когда две программы пытаются записать данные на жесткий диск одновременно. В этом случае ядро расставляет приоритеты и предоставляет доступ одной из программ, в то время как второй приходится ждать. Ниже мы подробно расскажем, как именно Windows справляется со всеми этими задачами.

Обзор типов ядер

Монолитное.

Одно большое ядро для всех задач — в этом заключается идея монолита. Такое ядро отвечает за управление памятью и процессами, за коммуникацию между процессами, а также предлагает функции для поддержки драйверов и оборудования. Именно к этой категории относятся Windows, Linux и Mac OS X.

Микро. Ошибка в ядре может вывести из строя всю операционную систему. Поэтому микроядро отличается предельно малыми размерами — чтобы свести ошибки и сбои к минимуму. Но поскольку ядро должно поддерживать широкий набор функций, оно подразделяется на несколько модулей, из которых только один работает в режиме ядра. Классическим примером является Mach — компонент Mac OS X. Так или иначе, до сих пор ни одна операционная система с микроядром не завоевала популярности среди домашних пользователей.

Гибрид.

Гибридное ядро представляет собой нечто среднее между монолитным и микроядром. Само ядро делается облегченным, а для дополнительных задач существуют динамические модули. В Linux и OS X тоже можно подгружать части ядра, но не в таких масштабах, чтобы отнести их ядра к гибридным.

Windows : работает на любом оборудовании

Начиная с NT, в архитектуре Windows выделяется два режима: пользовательский и привилегированный, или режим ядра. Это относится и к Vista.

В режиме пользователя работает практически все, что видит пользователь, то есть приложения вроде Word или Photoshop. В этом режиме программы не имеют прямого доступа к оборудованию или оперативной памяти. Таким образом, пользовательский режим надежно изолирован, а все обращения к глубинам системы направляются через специальные интерфейсы, такие как Win32 API с системными библиотеками DLL (Dynamic Link Libraries).

Такой режим ядра — фоновый и практически незаметен для пользователя. Все хорошо до тех пор, пока не возникнет какая-либо проблема — например, драйвер режима ядра (см. схему ядра Windows) не обрушит всю систему, и взору пользователя предстанет синий экран.

Центральное значение здесь имеет файл ntoskrnl.exe.

По аналогии с режимом ядра и пользовательским режимом его задачи также делятся на две группы — слой ядра и исполнительная система. Главная задача слоя ядра — планировать загрузку центрального процессора, то есть распределять процессорное время между отдельными программами. Исполнительная система отвечает за виртуальную память, процессы ввода-вывода и другие задачи.

Глубже всего в системе располагается уровень аппаратных абстракций (Hardware Abstraction Layer, HAL). Он предоставляет другим слоям ОС службы для работы со встроенным оборудованием. Так, слой ядра может распределять процессорное время между программами независимо от того, какой процессор используется в компьютере — двуядерный AMD или четырехъядерный Intel. Если бы не HAL, Microsoft пришлось бы разрабатывать отдельную Windows для каждого компьютера.

Средства для отладки Windows WINDBG Чтобы проанализировать состояние памяти при выдаче «синего экрана», вам понадобится программа-отладчик, такая как WinDbg. На странице загрузок Microsoft вы найдете также соответствующий файл символов. www.microsoft.com/whdc/DevTools/Debugging NotMyFault тестирует систему на прочность: эта программа провоцирует ошибки в Windows и пытается ее обрушить. Экспериментируйте осторожно! Process Explorer. Управление процессами — одна из главных задач операционных систем. Process Explorer показывает все текущие процессы, соответствующие дескрипторы и связи между процессами. http://download.sysinternals.com

Linux : подгружает модули при необходимости

Хотя ядро Linux (см. схему) основано на Unix, но сходства с Windows у него больше, чем можно подумать. Оно также располагается непосредственно над оборудованием и играет роль своеобразной прослойки между оборудованием и работающими программами. Стандартные задачи тоже сходны: как и в Windows, ядро сотрудничает с устройствами ввода-вывода и берет на себя управление памятью. Оно также управляет процессами, то есть решает, какая задача в данный момент имеет приоритет, и получает доступ к процессорному времени. Для этого на самых нижних уровнях ядра располагаются функции управления прерываниями (interrupts).

Запрос на прерывание посылает, к примеру, клавиатура, когда пользователь нажимает на любую клавишу. Этот запрос обрабатывается специальным системным механизмом — диспетчером. Он решает, насколько высока приоритетность прерывания и включает его в очередь текущих процессов. Как только появляется возможность выполнить прерывание, диспетчер приостанавливает протекающий процесс и сохраняет его статус. Только после этого прерывание, то есть введенная с клавиатуры команда, может быть реализовано.

Архитектура Linux, как и Windows, имеет монолитное строение. Тем не менее, ядро может динамически догружать различные модули. В основном они дополняют имеющиеся компоненты или даже полностью заменяют их.

В ядро Linux встроены интерфейсы системных и библиотечных вызовов, а также пользовательский интерфейс. При этом важную роль играет интерфейс системных вызовов: он отвечает за процессы в целом. Специальной командой процессы переключаются из пользовательского режима в режим ядра.

Mac OS X : сила двух ядер

Ядро Mac OS X сокращенно обозначается как XNU — X is Not Unix.

Эта аббревиатура соответствует действительности, потому что ядро операционной системы Apple скомбинировано из двух источников, и лишь его часть имеет отношение к Unix (см. рис.). Остальное компания взяла из проекта Mach — классического примера микроядра (см. рис.). При этом Mach используется только для передачи сообщений (message passing), то есть эффективной коммуникации между отдельными частями ядра. Помимо Mach XNU содержит код проекта FreeBSD, который основан на Unix. Эта часть отвечает за взаимодействие с пользователем, обработку сигналов и совместимость со стандартами POSIX.

Последнее гарантирует, что большинство программ для Unix будут функционировать и в Mac OS X.

Важным компонентом Mach является система ввода-вывода (I/O Kit).

Именно здесь заключается существенное отличие от Windows и Linux: I/O Kit представляет собой дополнительный слой абстракций между оборудованием и остальной системой.

Здесь находятся стандартные модели драйверов, на основе которых разработчики пишут специализированные драйверы. Это способствует стабильности и повышает вычислительную мощность.

Помимо служб ядра Mac OS X позволяет также использовать расширения ядра. Система загружает их динамически по мере необходимости. Часто в таких случаях говорят о гибридном ядре, однако эксперты относят ядро Mac OS X скорее к монолитным из-за особенностей его строения.

Процессы: цифровая подпись как средство защиты

Важной задачей ядра является управление процессами.

Под этим подразумевается не только расстановка приоритетов, но и обеспечение безопасности. В классическом варианте в Windows процессы запускаются и управляются через интерфейс Win32 API.

В ядре этим занимается исполнительная система NTOS.

Доступ к объектам ядра, относящимся к про цессу обеспечивают так называемые дескрипторы (handles). Процессы в Windows могут запускать новые процессы. Так, Word (процесс 1) может открыть новый документ (процесс 2). В классической модели Windows Word имеет право также стереть или изменить новый документ. Иными словами, по общему правилу процесс может распоряжаться порожденными собою же процессами.

Однако в стандартных процессах есть одна лазейка, позволяющая обойти структуру доступа. Это возможно при наличии полномочий на отладку программ — в данном случае администратору предоставляется полный доступ к процессу. Так он может заглянуть в адресное пространство процесса, считать и изменять используемые в процессе данные. Злоумышленникам это дает возможность добавить в процесс новые потоки.

В связи с этим Vista пересмотрела процессную модель специально для мультимедийных файлов и ввела новый тип процессов — защищенные. Возможности манипулирования ими существенно ограничены: хоть ядро и предоставляет диагностическую информацию о таких процессах, но непосредственный доступ закрыт даже для администраторов.

Согласно этому методу, кодек для просмотра фильма, например, может работать как защищенный процесс только при одном условии — его полный исполняемый код должен быть подписан цифровой подписью.

Защищенные процессы — показательный пример того, как Microsoft приспосабливает устаревшую архитектуру Windows к современным проблемам.

В Linux и Mac OS X процессная модель сходна с моделью Windows: процессы-«родители» контролируют порожденных ими «детей». Однако защищенных процессов, таких как в Vista, нет. Это неудивительно: Microsoft использует эту технологию в первую очередь для цифрового управления правами (Digital Rights Management).

Таким образом, при наличии администраторских (root) прав в Linux и Mac OS X можно делать все, даже анализировать процессы и манипулировать ими.

ASLR : «неуловимые» адреса

Современные процессоры имеют адресную шину шириной 64 бит, однако несколько бит изначально отводится под другие задачи.

Например, NX-бит препятствует исполнению данных DEP (Data Execution Prevention).

При попытке выполнить код, который находится в участке памяти, помеченном «не для исполнения», возникает внутренняя ошибка. В Windows отключить DEP для 64-битных программ и драйверов нельзя, зато для 32-битных (все еще весьма распространенных) — без проблем. Это позволяет злоумышленникам вызвать переполнение буфера. В результате они могут инфицировать такие процессы, как Internet Explorer, и проникнуть внутрь системы. После того как вредитель закрепился в Windows, он может использовать Windows-API в своих интересах — например, для того, чтобы считать нужные ему данные или изменить конфигурацию системы.

Поэтому Microsoft ввела новую функцию защиты ядра — Address Space Load Randomization (ASLR, «рандомизация адресного пространства»). Частично она была реализована уже в SP2 для ХР, но полностью — только в Vista. Ее суть заключается в следующем. В Windows входными воротами для злоумышленников обычно являются библиотеки DLL, которые в предшествовавших версиях системы всегда загружались в одни и те же участки памяти. С ASLR системные DLL и исполняемые файлы при каждой загрузке системы попадают в разные участки оперативной памяти, чтобы вредоносное ПО больше не могло атаковать системные операции по стандартным адресам. Для этого менеджер памяти имеет в своем распоряжении 256 различных адресов и при загрузке DLL выбирает один из них случайным образом. Такая «плавающая» стратегия ASLR имеет дополнительное преимущество: адресное пространство упаковано плотнее, чем в более ранних версиях Windows, так что непрерывных свободных участков в памяти остается больше.

В специальных дистрибутивах Linux, таких как Hardened Gentoo, ASLR уже полностью реализована. В стандартном же ядре содержится лишь неполный вариант. В современном OS X Build ASLR используется для нескольких библиотек, но их полноценная реализация, к сожалению, отсутствует.

Проверка подлинности: надежный код

В качестве противоядия Microsoft использует в Vista подпись кода в режиме ядра (KMCS), которая разрешает загружать лишь те драйверы устройств, которые снабжены цифровой подписью. Большинство драйверов получают подписи через лабораторию WHQl (Windows Hardware Quality Lab), однако разработчики могут подписывать свой код сами — правда, для этого им нужен действительный сертификат. Windows проверяет также, имеет ли выданный сертификат отношение к одному из центров сертификации, данные о которых содержатся в загрузчике Windows и ядре ОС. Надо сказать, что 32-битные системы Vista хотя и проверяют цифровые подписи драйверов, все-таки позволяют загрузить неподписанные драйверы.

В 64-битных Windows такой номер не пройдет.

Все модули ядра в Mac OS X и Linux, в принципе, могут иметь цифровую подпись. Хотя теоретически это относится и к драйверам, никаких механизмов проверки в этих операционных системах не встроено.

MMCSS : приоритет видео

Планировщик Windows жонглирует несколькими процессами, открытыми одновременно. Каждое приложение на определенное время получает доступ к вычислительным мощностям центрального процессора, затем уступает место другим и ждет снова своей очереди.

Чтобы такого не происходило, например, когда вы смотрите фильм, в Windows встроены специальные функции для мультимедийных файлов. Поэтому антивирусы и службы Windows в основном работают в фоновом режиме и не мешают просмотру.

В Vista приоритет фильмов и музыки обеспечивается службой планирования мультимедийных классов — MMCSS. Для этого мультимедийное приложение, такое как Media Player, сначала должно зарегистрироваться в этой службе. Данная служба, реализованная в файле %SystemRoot%System32Mmcss.dll, включает в себя поток для управления приоритетами. Windows предусматривает ступени приоритетности от 0 до 31, при этом MMCSS имеет очень высокую приоритетность — 27. Соответственно, приоритетность всех зарегистрированных мультимедийных потоков поднимается до 27. С 16-й ступени начинается режим реального времени, то есть потоку с приоритетом 16 остальные помешать уже не могут.

Linux предлагает еще более высокую градацию шкалы приоритетности — от 0 до 99. Для мультимедийных задач, например, на медиасерверах, такая разбивка подходит лучше. В Mac OS X планировщик является одним из используемых компонентов Mach.

Шкала приоритетности здесь еще мельче — от 0 до 127, и это не единственное подтверждение того, что Mach намного современнее, чем Linux и Windows. В OS X мультимедийное приложение может даже присвоить себе фиксированную долю вычислительного времени. При достаточной мощности это практически исключает риск образования узких мест.

Ввод-вывод: приоритетность задач

Высокая приоритетность при просмотре фильмов может негативно отразится на многозадачности. Так, до ХР в Windows существовали серьезные проблемы с фоновыми службами, например, автоматической дефрагментацией.

Конечно, это помогало поддерживать жесткий диск в порядке, но кому же понравится, когда, к примеру, Outlook выпадает из обоймы на два часа? Однако благодаря приоритетности ввода-вывода ждать больше не придется. Так, в Vista процессы «переднего плана» (не фоновые) всегда пользуются преимуществом, и дефрагментация приостановится до тех пор, пока пользователь не сделает в своей работе очередную паузу. Система ввода-вывода в Vista предполагает пять ступеней приоритетности — от «очень низкая» до «критически важная»; стандартный уровень — «нормальная». Фоновым задачам Windows автоматически присваивает низкую приоритетность, однако менеджер памяти всегда считается критически важным: действительно, когда оперативной памяти начинает не хватать, он должен незамедлительно сбросить данные на жесткий диск.

Команды ввода-вывода, посылаемые от драйверов устройств (такие как движение мыши), поступают в очередь со средней приоритетностью.

Еще одна ценная возможность заключается в том, что Vista может резервировать для операций ввода-вывода фиксированные диапазоны. Так, например, Media Player может потребовать от системы ввода-вывода гарантию, что фильм будет считываться с DVD в определенном темпе.

Тогда как в Vista приоритетность ввода-вывода — нововведение, в Mac OS X и Linux данный прием используется давно. В Mac OS X это заложено в архитектуре, так как для передачи сообщений используется Mach. В системах семейства Linux, начиная с ядра 2.6, тоже встроена эффективная схема приоритетов.

Адресное пространство: динамическое управление

32-битные процессоры накладывают на Windows и инсталлированные программы серьезные ограничения в отношении адресного пространства. Так, ядро Windows не может занимать больше 2 Гбайт. Когда нужно выделить место для драйверов, кеша файловой системы и стека, это может привести к определенным трудностям. Поэтому в Vista адресное пространство ядра динамическое. Оно занимается раздачей и разблокированием участков в зависимости от рабочих потребностей.

Операционные системы Linux и Mac OS X не имеют строгих ограничений. И в этих операционных системах общие размеры ядра имеют свой предел. В целом формат отдельных компонентов никак не ограничен. Действительно, в отличие от Windows в этих системах нет четкого разграничения между пространством ядра и пространством драйверов.

КТМ: предотвращение программных сбоев

Если приложение намерено предпринять ряд взаимосвязанных изменений, оно может создать либо дескриптор КТм («диспетчера транзакций ядра») и транзакцию DTC (Distributed Transaction Coordinator, «координатора распределенных транзакций»), либо просто дескриптор КТМ, и выполнять изменения файлов и ключей реестра в рамках этой транзакции. Если все прошло успешно, транзакция подтверждается — изменения приняты. До этого программа может в любой момент отменить весь процесс. Дополнительное преимущество заключается в том, что другие приложения видят эти изменения только после того, как транзакция принята.

Ядра Mac OS X и Linux тоже работают с транзакциями.

Пользователь, как правило, этого совсем не замечает, если не считать сбоев при установке обновлений. Впрочем, в обеих ОС это никак не подрывает стабильность системы, просто транзакции не будут исполнены.

Windows 7, 8, 9…

Не секрет, что Microsoft работает над новой архитектурой Windows. Прототипом операционной системы будущего (после Win7) должны стать два проекта.

Singularity обещает нам Windows без «синих экранов» и зависаний. Проект основан на трех ключевых функциях: программно-изолированные процессы (SIP), микроядро и каналы (channels).

Микроядро обеспечивает лишь неотъемлемые «ядерные» функции, такие как управление памятью, процессами и каналами, планировка процессорного времени и управление вводом-выводом. Все другие функции перекладываются на модули и реализуются изолированно друг от друга через SIP-процессы.

Проект Midori рассчитан на отдаленную перспективу. Его ядро будет иметь модульную структуру.

Преимущество заключается в том, что Windows будет лучше работать на различных платформах, таких как нетбуки, КПК или мобильные телефоны.

Вывод

Прошлые версии Windows на фоне Linux и Mac OS X смотрятся совсем неплохо. Хотя конкуренты несколько моложе, они во многом основаны на старых принципах Unix. Vista доказывает, что устаревшую архитектуру Windows можно компенсировать современными технологиями безопасности, такими как защищенные процессы или цифровые подписи кода для модулей ядра. Но, к сожалению, эти функции часто работают только в 64-битном мире, а в ХР они и вовсе отсутствуют. К тому же Linux и OS X не нуждаются в уловках вроде ASLR, поскольку они не так сильно подвержены атакам хакеров. Да и получить права администратора в Linux и Mac OS X сложнее, чем в Windows.

В Windows много застарелых проблем: например, даже в Vista дефектный драйвер все еще может обрушить всю систему. OS X выглядит несколько более современно: высокая производительность обеспечивается главным образом за счет использования компонентов Mach для коммуникаций внутри ядра, а также системы ввода-вывода I/O Kit.

В этом смысле Windows отстает, и компенсировать разрыв сумела только Vista. В пользу Linux говорит ее открытость: каждый может сконфигурировать ядро по своему усмотрению.