Основные подсистемы ОС Windows: подробное описание и функции

Windows — это операционная система, которая предоставляет множество подсистем для управления различными типами аппаратных и программных ресурсов. Одной из главных подсистем является подсистема ядра, которая содержит ядро операционной системы и обеспечивает функции взаимодействия между различными компонентами системы.

Подсистема ядра обеспечивает взаимодействие между аппаратными и программными ресурсами через абстрактные интерфейсы, называемые драйверами. Каждый драйвер связан с определенными типами устройств и обеспечивает функциональность для работы с ними. Подсистема ядра создает потоки исполнения и управляет их выполнением, а также предоставляет аппаратному процессору необходимые ресурсы для обработки данных.

Другая важная подсистема — подсистема программ. Она отвечает за управление приложениями, которые работают на операционной системе Windows. Для этого подсистема программ создает процессы и обеспечивает их взаимодействие с другими частями системы. Подсистема программ хранит параметры и значения, а также обеспечивает доступ к различным системным ресурсам.

Кроме того, ОС Windows содержит и другие подсистемы, такие как подсистема памяти и подсистема диспетчера процессов. Подсистема памяти отвечает за управление памятью в системе и делает это при помощи виртуальной памяти. Таким образом, подсистема памяти абстрагирует физическую память от программ, используя виртуальное адресное пространство. Подсистема диспетчера процессов отвечает за распределение ресурсов системы между запущенными процессами.

Каждая подсистема в ОС Windows выполняет свою часть работы, обеспечивая нужные функции и абстрагируя аппаратный уровень от прикладных программ. Это позволяет разработчикам создавать приложения, которые могут работать на различных аппаратных платформах и использовать общую инфраструктуру операционной системы Windows.

Что такое операционная система Windows?

Windows состоит из различных подсистем, которые выполняют разные функции и процессы, чтобы обеспечить надлежащую работу компьютера. Эти подсистемы включают:

Ядро операционной системы (Windows Kernel)

Ядро операционной системы Windows — это основная часть операционной системы, которая обрабатывает запросы к аппаратному обеспечению и управляет ресурсами компьютера. Оно исполняется в привилегированном режиме, который дает ему полный доступ ко всем ресурсам и данным системы.

Подсистема управления памятью (Memory Management)

Эта подсистема отвечает за управление физической и виртуальной памятью компьютера. Она управляет выделением и освобождением памяти для различных процессов и приложений.

Windows поддерживает различные типы памяти, такие как оперативная память (RAM) и виртуальная память на диске. Подсистема управления памятью обеспечивает эффективное и безопасное использование этих ресурсов.

Подсистема файловой системы (File System)

Подсистема файловой системы отвечает за управление файлами и папками на компьютере. Она обеспечивает хранение, организацию и доступ к данным, хранящимся на диске.

Windows поддерживает различные типы файловых систем, такие как NTFS и FAT, и обеспечивает защиту данных путем применения различных прав доступа и шифрования.

Подсистема управления устройствами (Device Management)

Подсистема управления устройствами отвечает за взаимодействие с аппаратными устройствами компьютера. Она предоставляет интерфейсы и драйверы, чтобы программы и приложения могли использовать аппаратные ресурсы и функции.

Windows использует специальные драйверы для каждого типа устройств, чтобы обеспечить их корректное функционирование и совместимость.

Это лишь некоторые из ключевых подсистем и компонентов операционной системы Windows. Каждая версия Windows имеет свою собственную комбинацию этих подсистем, которые позволяют ей выполнять различные функции и обеспечивать удобное использование и контроль над компьютером.

Общая структура операционной системы Windows

Операционная система Windows состоит из множества подсистем, которые используются для обеспечения различных функций и сервисов операционной системы. В общем смысле, структура операционной системы Windows представляет собой модульную архитектуру, в которой каждая подсистема выполняет свою уникальную задачу.

Основными подсистемами ОС Windows являются ядро (kernel) и подсистемы, такие как подсистема пользовательского режима (user mode subsystems) и подсистема ядра (kernel mode subsystems). Подсистема пользовательского режима отвечает за исполнение пользовательских приложений, а подсистема ядра обеспечивает работу системы на уровне ядра операционной системы.

Ядро (Kernel)

Подсистемы пользовательского режима

Подсистемы пользовательского режима используются для выполнения пользовательских приложений и пользовательского интерфейса операционной системы Windows. Они включают в себя подсистемы, такие как подсистема Win32, подсистема .NET Framework и подсистема Windows Presentation Foundation (WPF). Эти подсистемы предоставляют программистам набор инструментов и библиотек для разработки приложений под операционную систему Windows.

Подсистемы ядра

Подсистемы ядра предоставляют интерфейс для взаимодействия с ядром операционной системы Windows и обеспечивают выполнение системных функций на уровне ядра. Они отвечают за работу с устройствами, обработку прерываний, управление ресурсами и другие системные функции. Некоторые из подсистем ядра включают подсистему виртуальной памяти, подсистему файловой системы, подсистему управления процессами и подсистему управления устройствами.

Система учета подсистем ядра и пользовательского режима важна для обеспечения безопасности и защиты данных в операционной системе Windows. Каждая подсистема обладает своими привилегиями и возможностями, и соответствующие настройки осуществляются на уровне доступа, предоставляемого ядром операционной системы.

Роль драйверов в ОС Windows

В ОС Windows существуют различные типы драйверов, такие как драйверы устройств, драйверы файловой системы, драйверы принтера и т.д. Каждый драйвер отвечает за свою функциональность и используется для обеспечения правильной работы соответствующих устройств или сервисов.

Для управления драйверами в ОС Windows существует специальный менеджер драйверов, который выполняет следующие функции:

• Создает и удаляет экземпляры драйверов в системе.
• Обеспечивает доступ к информации о драйверах и их свойствах, например, список модулей, используемых драйвером.
• Предоставляет доступ к защищенным параметрам и значению реестра, связанным с каждым драйвером, такими как объекты в кусте реестра «HKEY_CURRENT_CONFIG» и «HKEY_CURRENT_USER\Software\Classes».
• Представляет возможность обращения к различным службам и подсистемам Windows из драйверов.

Кроме того, драйверы имеют ряд особенностей, которые делают их важными компонентами операционной системы:

• Драйверы исполняются в режиме ядра ОС, что обеспечивает им доступ к системным ресурсам и функциям.
• Они могут использовать различные типы данных, такие как memory mapped, проводить обращение к страницам виртуальной памяти и выполнять другие операции, связанные с управлением памятью.
• Драйверы могут использовать функции подсистемы «Win32», которая предоставляет доступ к функциональности, обеспечивающей совместимость с приложениями, разработанными для Windows.

Таким образом, роль драйверов в ОС Windows несомненно является важной. Они обеспечивают взаимодействие между программами и аппаратными устройствами, учетом особенностей и требований каждого устройства. Благодаря этим компонентам, пользовательские программы могут без проблем использовать различные устройства и функциональные возможности компьютера.

Графическая подсистема ОС Windows

Одной из ее основных функций является отображение графического интерфейса на мониторе компьютера. Для этого она использует ресурсы компьютера, такие как память и прерывания.

Графическая подсистема работает на уровне ядра операционной системы и делает использование графического интерфейса простым и удобным для пользователей. Она абстрагирует компоненты интерфейса от приложений и процессов, что позволяет им взаимодействовать с графическим интерфейсом без прямого доступа к его функциям.

Графическая подсистема Windows поддерживает очередь событий, которая хранит информацию о происходящих событиях, таких как нажатия клавиш, движения указателя мыши и другие. Эта очередь позволяет управлять взаимодействием с графическим интерфейсом и обрабатывать события в нужном порядке.

Принцип работы графической подсистемы основан на абстрактных значениях и параметрах, которые хранятся в реестре ОС Windows. Некоторые настройки, такие как размер и расположение окон, задаются в реестре и могут быть изменены с помощью специальных инструментов.

В реестре ОС Windows графическая подсистема хранит информацию о типах файлов и связанных с ними программ, а также описания используемых графических элементов интерфейса. Для хранения такой информации в реестре используются различные ключи, например: HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Classes и HKEY_CURRENT_USER\Software\Classes.

Исполнительная функция графической подсистемы осуществляется на уровне ядра операционной системы Windows, что делает ее работу быстрой и эффективной. Она использует принцип двух уровней абстракции, что позволяет ей работать с графическим интерфейсом независимо от конкретных компонентов и драйверов, которые используются для взаимодействия с аппаратной частью компьютера.

Подсистема управления памятью

В состав подсистемы управления памятью входят несколько разделов:

Ядро операционной системы (Executive) — данный раздел осуществляет абстрагирование от конкретного оборудования, управление доступом к памяти, а также выполнение функций слежения за процессами и потоками.

Модуль виртуальной памяти (Virtual Memory Manager) — он отвечает за управление виртуальной памятью, предоставляя каждому процессу свое виртуальное адресное пространство. Он также отвечает за загрузку и выгрузку страниц памяти на диск в связи с нехваткой ресурсов памяти.

Диспетчер страниц (Page Frame Number Database) — данный компонент отслеживает свободные и занятые страницы физической памяти, чтобы предоставлять их процессам при запросе.

Диспетчер поддеревьев (Directory and Table Management) — это компонент, который отвечает за организацию таблиц страниц памяти, связывая виртуальные и физические адреса данных.

Когда пользователь работает на компьютере, каждая программа запускается в своем собственном адресном пространстве, которое изолировано от других программ. Подсистема управления памятью гарантирует, что каждая программа имеет доступ только к своим данным и не может повлиять на работу других приложений.

Эта подсистема также отвечает за управление ресурсами памяти, такими как физическая память, виртуальная память и страницы памяти. Виртуальная память позволяет программам использовать больше памяти, чем есть в физической памяти компьютера. Подсистема управления памятью решает, какие данные должны храниться в физической памяти, а какие — на диске в виде страниц памяти.

Основные функции подсистемы управления памятью включают управление доступом к памяти, выделение и освобождение ресурсов памяти, управление загрузкой и выгрузкой данных, а также управление виртуальной памятью и таблицами страниц.

Эта подсистема также зависит от других компонентов операционной системы, таких как системный журнал (SystemLog), интерфейс регистрации (HKEY_CURRENT_CONFIG) и другие. Многие программы и приложения, работающие на компьютере, используют этот уровень абстракции для доступа к ресурсам памяти и управления данными. Все эти компоненты вместе обеспечивают эффективное управление памятью и выполнение задач пользователем.

Файловая система ОС Windows

Windows поддерживает различные типы файловых систем, включая FAT (File Allocation Table), NTFS (New Technology File System) и exFAT (Extended File Allocation Table).

FAT

FAT является более старой файловой системой, предшествующей NTFS. Она использует таблицу аллокации файлов (File Allocation Table) для отслеживания расположения файлов на диске. Версии Windows, такие как Windows 95, 98 и ME, используют FAT как основную файловую систему.

NTFS

NTFS – это более современная файловая система, разработанная Microsoft. Она предлагает больше возможностей и улучшенную безопасность по сравнению с FAT. NTFS поддерживает разрешение на уровне файлов и защиту доступа на основе принципа наименьших привилегий. Она также обеспечивает поддержку журналирования для повышения надежности и восстановления файловой системы в случае сбоя. NTFS стала стандартной файловой системой для большинства версий Windows, начиная с Windows XP.

exFAT

exFAT – это расширенная файловая система FAT, предназначенная для работы с большими файлами на съемных носителях. exFAT поддерживает более высокие предельные значения размера файлов и размеров томов, чем FAT и NTFS. Она также поддерживается в различных операционных системах, включая Windows, Mac OS X и Linux.

Файловая система Windows предоставляет удобный интерфейс для работы с файлами и папками. Она также обеспечивает доступ к ресурсам и устройствам системы через абстрактные компоненты, называемые объектами. Каждый файл и папка имеют свои уникальные параметры и значений, которые возможно изменить с помощью различных системных утилит.

Когда в системе выполняется исполнительная программа или приложение, память компьютера делится на различные подразделы, известные как процессы. Каждый процесс выполняется в своем собственном контексте и имеет доступ только к своим собственным ресурсам и данным. В рамках каждого процесса могут также существовать несколько потоков, которые выполняются параллельно.

Все файлы и папки в операционной системе Windows хранятся в иерархической структуре поддерева, известной как файловая система. Верхний уровень этой структуры называется корневым каталогом или директорией. Каждый файл и папка внутри данной файловой системы имеют свой собственный путь, начиная с корневой директории. Директория может содержать другие папки и файлы, а файлы могут быть пустыми или содержать данные.

Подсистема файловой системы Windows предоставляет интерфейс для создания, копирования, перемещения, переименования и удаления файлов и папок. Также она контролирует доступ к данным и обеспечивает защиту файлов и папок на основе прав доступа к ним.

Операционная система Windows предоставляет множество системных утилит и приложений для работы с файловой системой, таких как «Проводник» (Windows Explorer), командная строка (Command Prompt), Панель управления и др. Эти инструменты позволяют пользователю манипулировать файлами и папками, создавать архивы, делать резервные копии, выполнить поверхностное сканирование диска и многое другое.

Видео:

Урок 33. Процессы и потоки в операционной системе

Урок 33. Процессы и потоки в операционной системе by Pro OS 15,574 views 2 years ago 10 minutes, 53 seconds