Иллюстрированный самоучитель по Visual Studio .NET

Подсистемы ОС. Взаимодействие подсистем.

Операционная система Windows NT представляет собой множество отдельных модулей (подсистем), которые разработаны с учетом двух фундаментальных принципов:

• модульность, инкапсуляция, скрытие данных,
• некоторые подсистемы функционируют в привилегированном режиме процессора (kernel mode), а остальные в режиме (user mode).

Первый принцип подразумевает, что каждая подсистема отвечает за отдельную функцию всей системы и все другие потоки – другие части ОС или приложения пользователя, общаются с ней с помощью одного и того же хорошо продуманного интерфейса. Реализация принципа делает невозможными какие-то другие способы (back doors) доступа к критическим для функционирования системы структурам данных. Кроме того, такой подход дает возможность легко производить усовершенствование (upgrade) системы, так как подсистемы, удовлетворяющие заранее известному интерфейсу, можно заменять без какого-либо ущерба для системы.

Для оценки важности второго принципа необходимо пояснить суть режимов выполнения команд kernel mode и user mode. В режиме ядра (kernel mode) вся память доступна и все команды выполнимы. Это привилегированный режим по сравнению с режимом user mode, когда система проверяет права доступа потока при каждом его обращении к памяти. Режим выполнения user mode значительно более надежен, но требует дополнительных затрат, которые снижают общую производительность процесса. В литературе режим ядра иногда называют режимом супервизора или режимом Ring().

Степени защиты памяти называют кольцами, а нулевое кольцо обозначает самый привилегированный аппаратный уровень. Вы можете встретить также обозначения PL=0 (Privilege Level) для kernel mode и PL = 3 для user mode. Если операционная система выполняет первый принцип и большинство ее модулей выполняется в режиме user mode, то говорят, что ОС является риге microkemel-системой. Возможны две версии перевода: "имеет чистое микроядро" и "настоящая microkernel-система. Если система удовлетворяет только первому принципу, то ее называют macrokernel OS. Большинство коммерческих ОС не выполняет второй принцип, так как они хотят быть быстрыми. Windows сразу примкнула к сторонникам microkernel OS, так как здесь соображения надежности поставлены на более высокое место.

На рис. 12.9 приведена схема, иллюстрирующая архитектуру (состав подсистем) Windows NT. Подсистема Win32 Subsystem состоит из пяти модулей:

• Window Manager– компонент, который управляет вводом и выводом на экран. Этот модуль имеет и другое имя – User. Он и располагается в библиотеке User32.dll;
• Graphics Device Interface (GDI) – библиотека функций и структур, которые реализуют рисование в контексте устройства. Контекст устройства – это логическая структура, не зависящая от физического устройства и позволяющая пользоваться максимальными возможностями и средствами для вывода графики. Вывод в конкретное физическое устройство производится с помощью драйвера устройства. Система при этом преобразовывает и, возможно, искажает информацию с учетом ограничений, характерных для конкретного устройства. Поэтому реальная картина может отличаться от идеальной, созданной в контексте устройства. Различают шесть инструментов GDI, с помощью которых осуществляется рисование: Pen, Brush, Font, Bitmap, Palette и Region;
• Graphics Device Drivers (GDD) – аппаратно-зависимые драйверы, которые осуществляют связь с конкретными физическими устройствами ввода и вывода;
• Console – компонент, который поддерживает текстовый режим вывода в окно;
• Operating System Functions – функции, которые поддерживают все другие компоненты подсистемы Win32.

Рис. 12.9. Архитектура Windows