Система ввода-вывода в Windows

На данный момент наиболее распространены два семейства ОС Windows: Windows NT, куда относятся Windows NT, 2000, XP, и Windows 9x (Win 95, 98, ME). При этом отмечается тенденция к отмиранию ветки 9х, хотя такие системы будут встречаться еще достаточно долго. Каждая ветка использует свою архитектуру ядра и подсистемы ввода-вывода. Поэтому естественно, написание драйверов для этих систем должно отличаться.

В Windows 9x долгое время использовались .vxd — драйвера. Эта модель драйверов начинает свою историю еще с Windows 3.1. Для .vxd — драйверов сохранилась совместимость «снизу вверх»: т.е. драйвер, написанный под Windows 3.1, будет нормально работать и под Windows 95, а может быть, и 98. Функции драйверов .vxd используются как Win32, так и Win16 приложениями.

В Windows NT 4.0 появилась своя архитектура драйверов. Она ставила перед собой цели повышения устойчивости работы драйвера, переносимости с одной платформы на другую, поддержки многопроцессорности т.п. Вместе с тем архитектура драйверов Windows NT 4.0 была, что называется, «сырой» и недоработанной, хотя и очень перспективной. С выходом систем Win98 и Win2000 появилась новая архитектура драйверов — WDM (Windows Driver Model). Она развилась из архитектуры драйверов Windows NT 4.0 с небольшими изменениями. WDM — драйвера с равным успехом могут быть использованы как в Win 98, так и в Win 2000.

Система Win 98 состоит как бы из двух слоев: User Mode (режим пользователя) и Kernel Mode (режим ядра). В режиме пользователя функционируют пользовательские приложения. Они работают в 3-м кольце защиты; каждая программа работает в своем виртуальном адресном пространстве. Для каждого DOS или Windows — приложения создается своя виртуальная машина (Virtual Machine, VM), задачей которой является виртуализация аппаратуры компьютера для данного приложения. Т.е. каждое приложение считает, что вся оперативная память и все остальные аппаратные ресурсы принадлежат только ему и приложение может обратиться к ним в любой момент. Ядро ОС содержи диспетчер виртуальных машин (Virtual Machine Manager, VMM). Задача VMM — корректно разрешать конфликты, возникающие при доступе к ресурсам системы из разных VM. Ядро, VMМ, виртуальные машины и драйвера виртуальных устройств (Virtual Device Drivers), естественно, работают в режиме ядра (Kernel Mode).

Рис. 1. Подсистема ввода-вывода Win 98.

В Windows 98 обработка запросов на ввод-вывод от приложений DOS и от старых Win16 — приложений отличается от обработки запросов новых Win32 — приложений. Для DOS — приложений создается своя виртуальная машина (DOS virtual machine), Win 16 и Win32 — приложения используют виртуальную машину Windows (System Virtual Machine). Обычно, когда приложение запрашивает операцию ввода-вывода (например, вызывает функцию API ReadFile — чтение из файла), этот запрос поступает в одну из системных DLL (в нашем случае — kernel32.dll). Оттуда запрос на операцию с внешним устройством передается сразу системным драйверам. Такая организация запроса Приложение -> dll -> Драйвер получила наибольшее распространение.

Система Windows 2000 имеет другую архитектуру, отличную от Win98. Это обусловлено повышенными требованиями к надежности, защите и переносимости этой системы (теоретически, Win2000 — переносимая система, и существуют реализации Win2000 под системы Alpha, MIPS и др.). В настоящее время именно благодаря этим особенностям Win2000 завоевывает все большую популярность, поэтому стоит рассмотреть особенности ее архитектуры подробнее.

Рис. 2 — главные компоненты Windows2000.

Окружение Win2000 включает компоненты, которые работают в режиме пользователя (User mode) и в режиме ядра (Kernel mode). В режиме пользователя работают подсистема защиты, подсистема Win32-архитектуры (обеспечивает стандартные API — вызовы Windows), подсистема POSIX (обеспечение кроссплатформенности). В режиме ядра работают все основные компоненты системы: диспетчер ввода-вывода (I/O manager), диспетчер конфигурации (Configuration Manager), подсистема PnP, диспетчер управления энергопотреблением (Power Manager), диспетчер памяти (Memory Manager) и прочие жизненно необходимые службы. Драйвера в Win2000 включены в подсистему ввода-вывода. При этом драйвера тесно взаимодействуют практически со всеми компонентами ядра. Драйвера взаимодействуют с аппаратурой при помощи Hardware Abstraction Level, HAL (уровень абстракции аппаратуры). HAL — программный компонент ядра Win2000, который обеспечивает интерфейс ядра (в том числе и некоторых драйверов) с аппаратурой. Т.к. Win2000 — платформенно независимая система (уже сейчас есть версии Win2000 для процессоров Alpha и RISC), то HAL избавляет ядро от непосредственного общения с кэшем, прерываниями, шинами ввода-вывода и большинством прочих устройств, оставляя эту работу драйверам, специально написанным для данной системы. Таким образом, ядро системы представляется набором отдельных изолированных модулей с четко определенными внешними интерфейсами.

Все драйвера NT имеют множество стандартных методов драйвера, определенных системой, и, возможно, несколько специфических методов, определенных разработчиком. Драйвера Windows 2000 используют архитектуру WDM (Windows Driver Model). В Windows 2000 драйвера бывают следующих типов:

• Kernel mode drivers (драйверы режима ядра). Основной тип драйвера. Такие драйвера используются для решения общих задач: управление памятью, шинами, прерываниями, файловыми системами, устройствами хранения данных и т.п.
• Graphics drivers (драйверы видеокарт). Как правило, создаются одновременно с самой видеокартой. Очень сложны в написании, так как должны учитывать множество противоречивых требований и поддерживать множество стандартов. Скорее всего, вам не потребуется создавать ничего подобного.
• Multimedia drivers (мультимедиа-драйверы). Драйверы для :
  • Аудиоустройств — считывание, воспроизведение и компрессия аудиоданных.
  • устройств работы с видео — захват и компрессия видеоданных.
  • позиционных устройств — джойстики, световые перья, планшеты и пр.
• Network drivers (сетевые драйвера) — работа с сетью и сетевыми протоколами на всех уровнях.
• Virtual DOS Drivers — драйверы для виртуальных машин MS-DOS. Постепенно переходят в раздел рудиментарных.

В свою очередь, существует три типа драйверов ядра, каждый тип имеет четко определенные структуру и функциональность.

• Device drivers (драйвера устройств), такие как драйвер клавиатуры или дисковый драйвер, напрямую общающийся с дисковым контроллером. Эти драйвера также называются драйверами низкого уровня, т. к. они находятся в самом низу цепочки драйверов Windows NT.
• Intermediate drivers (промежуточные драйвера), такие как драйвер виртуального или зеркального диска. Они используют драйверы устройств для обращения к аппаратуре.
• File system drivers (FSDs). Драйверы файловых систем, таких как FAT, NTFS, CDFS, для доступа к аппаратуре используют Intermediate drivers и Device drivers.

Драйвера Windows 2000 должны удовлетворять следующим требованиям:

• Переносимы с одной платформы на другую.
• Конфигурируемые программно.
• Всегда прерываемые.
• Поддерживающие мультипроцессорные платформы.
• Объектно-ориентированные.
• Поддерживать пакетный ввод-вывод с использванием I/O request packets (IRPs, запросы ввода-вывода).
• Поддерживать асинхронный ввод-вывод.

Система ввода-вывода Windows 2000 имеет следующие особенности:

Архитектура подсистемы ввода/вывода

С программной точки зрения, устройство (или его контроллер) обычно представлено одним или несколькими регистрами. Регистр устройства – это адресуемое машинное слово, используемое для обмена данными или сигналами между устройством и процессором. Можно выделить два основных типа регистров.

Регистр данныхслужит для обмена данными. Запись данных в такой регистр (если она возможна) означает вывод данных на устройство, чтение данных из регистра – ввод с устройства.

Регистр управления и состояниясодержит два типа двоичных разрядов (битов). Биты состояния служат для передачи процессору информации о текущем состоянии устройства (например, флагов готовности и ошибки, сигналов прерывания). Биты управления служат для передачи на устройство команд, позволяющих задать выполняемую операцию, запустить выполнение операции, установить режимы работы устройства и т.п.

В различных компьютерах используется один из двух способов адресации регистров устройств.

Отображение регистров устройств на память. При этом способе для устройств отводится определенная часть адресного пространства памяти, а для работы с устройствами можно использовать те же команды, что и для работы с основной памятью (например, команду MOV).

Адресация регистров через порты ввода/вывода. Для портов отводится отдельное адресное пространство, и для работы с ними имеются специальные команды (например, INиOUT).

Первый способ удобнее для программирования, поскольку позволяет использовать более широкий набор команд. Однако этот способ труднее реализовать на аппаратном уровне, поскольку аппаратура должна определять, относится ли конкретный адрес к памяти или к устройству, и по-разному обрабатывать эти два случая.

Среди различных возможных конфигураций однопроцессорной вычислительной системы принято выделять два основных типа: системы с магистральной и с радиальной архитектурой (рис. 2‑1).

Магистральнаяархитектура основана на подключении всех имеющихся устройств, включая процессор и память, к единой системной магистрали (шине), которая объединяет в себе линии передачи данных, адресов и управляющих сигналов. Совместное использование магистрали различными устройствами подчиняется специальным правилам (протоколу), обеспечивающему корректность работы магистрали.

Радиальнаяархитектура предполагает, что каждое из устройств, включая память, подключается к процессору отдельно, независимо от других устройств, и взаимодействует с процессором по собственным правилам.

Для программиста понятия магистральной и радиальной архитектуры имеют несколько иное содержание, чем для инженера-системотехника. С точки зрения программной архитектуры, неважно, подсоединено ли устройство к процессору напрямую или через посредство системной магистрали. Важно то, какие сигналы должна посылать и принимать программа, работающая с устройством, и какие команды могут для этого использоваться.

Основная особенность магистральной архитектуры – единообразный способ подключения всех устройств. Структура регистров устройства стандартизуется, при этом определяется, какими сигналами любое устройство может обмениваться с процессором и каким разрядам регистра должны соответствовать эти сигналы. Конечно, не всякое устройство нуждается в использовании всего набора стандартных сигналов. Некоторые типы устройств могут, например, не генерировать прерываний, не сообщать об ошибках. Но те сигналы, которые устройство использует, должны соответствовать стандарту данной магистрали.

Преимуществом магистральной архитектуры является простота подключения новых типов устройств, поэтому такая архитектура особенно удобна для открытых вычислительных систем, т.е. таких, которые рассчитаны на расширяемый набор периферийных устройств.

Напротив, для радиальной архитектуры характерен индивидуальный выбор способа подключения, наиболее удобного для каждого типа устройств. При этом в принципе можно достичь экономии аппаратных ресурсов и более высокой эффективности. Случается даже, что в одном порту объединяются управляющие сигналы от нескольких разных устройств. Очевидно, подобная архитектура удобна только в том случае, когда она рассчитана на постоянный набор устройств. Расширение радиальной системы всегда вызывает затруднения.

Исходя их этих определений, не так уж легко точно охарактеризовать современные IBM-совместимые ПК. Исходная модельIBMPCимела довольно четко выраженную радиальную архитектуру и небольшой набор стандартных устройств. В последующих моделях были сделаны значительные шаги по стандартизации подключения новых устройств. Однако и сегодня эти компьютеры не тянут на магистральную архитектуру в полном смысле слова: у них для этого слишком много разных шин.

Важной деталью архитектуры современных компьютеров является такое устройство, как контроллер прямого доступа к памяти(ПДП, англ.DMA – Direct Memory Access). Если обычно весь обмен данными идет через регистры процессора, то ПДП подразумевает прямой перенос данных с устройства в память или обратно. Роль процессора в данном случае только в том, чтобы инициировать операцию ввода/вывода блока данных, послав соответствующие команды контроллеру ПДП. Далее процессор не участвует в выполнении обмена данными. Завершив операцию, контроллер ПДП посылает сигнал прерывания, извещая об этом процессор. Это позволяет повысить производительность системы за счет частичной разгрузки процессора и магистрали.

Архитектура Windows: описание, виды, структура

Архитектура Windows NT — линейки операционных систем, производимых и продаваемых Microsoft, — представляет собой многоуровневую конструкцию, состоящую из двух основных компонентов: пользовательского режима и режима ядра.

Это упреждающая реентерабельная операционная система, созданная для работы с однопроцессорными и симметричными многопроцессорными (SMP) компьютерами. Для обработки запросов ввода и вывода (I/O) они используют пакетную передачу, которая использует пакеты IRP и асинхронный ввод/вывод. Начиная с Windows XP, Microsoft начала предоставлять 64-разрядные версии ОС, до этого эти платформы существовали только в 32-битных версиях.

Каковы ее принципы?

Архитектура ОС Windows реализует следующие принципы. Программы и подсистемы в пользовательском режиме ограничены с точки зрения того, к каким системным ресурсам они имеют доступ, в то время как режим ядра имеет неограниченный доступ к системной памяти и внешним устройствам.

Режим ядра в Windows NT имеет полный доступ к аппаратным и системным ресурсам компьютера. Ядро этой оболочки известно как гибридное. Архитектура включает в себя простое ядро, уровень аппаратной абстракции (HAL), драйверы и ряд служб (совместно именуемых Executive), которые все существуют в одном режиме.

Пользовательский режим в архитектуре Windows состоит из подсистем, способных передавать запросы ввода-вывода соответствующим драйверам режима ядра с помощью соответствующего диспетчера. Слой пользовательского режима «Виндовс» состоит из «Подсистем среды», в которых выполняются приложения, написанные для различных операционных систем, и «Интегральной подсистемы», которая выполняет системные функции от имени подсистем среды.

Интерфейсы Executive в архитектуре Windows со всеми подсистемами пользовательского режима имеют дело с вводом/выводом, управлением объектами, безопасностью и управлением процессами. Ядро находится между уровнем аппаратной абстракции и исполнительным устройством, обеспечивая многопроцессорную синхронизацию, планирование и диспетчеризацию потоков и прерываний, а также обработку прерываний и диспетчеризацию исключений. Ядро также отвечает за инициализацию драйверов устройств при загрузке.

Драйверы этого режима существуют на трех уровнях:

Модель драйверов Windows (WDM) существует на промежуточном уровне, и в основном была разработана для обеспечения совместимости двоичного и исходного кода между Windows 98 и 2000. Драйверы самого низкого уровня являются либо устаревшими установщиками устройств Windows NT, которые управляют устройством напрямую, либо могут быть разновидностями Play (PnP) — аппаратной шины.

Пользовательский режим

Пользовательский режим состоит из различных системных процессов и библиотек DLL.

Интерфейс между приложениями и функциями ядра операционной системы называется «подсистемой среды». Архитектура Windows (7 и прочих в линейке NT) может иметь более одного из них, каждый из которых реализует свой набор API. Этот механизм был разработан для поддержки приложений, написанных для множества различных типов операционных систем. Ни одна из подсистем среды не имеет прямого доступа к оборудованию. Доступ к аппаратным функциям осуществляется путем вызова подпрограмм режима ядра.

Какую роль играют подсистемы?

Существует четыре основные подсистемы среды: Win32, OS/2, Windows для Linux и POSIX.

Подсистема среды Win32 может запускать 32-битные приложения «Виндовс». Она содержит консоль, а также поддержку текстового окна, завершение работы и обработку серьезных ошибок для всех других подсистем среды. Она также поддерживает Виртуальные машины DOS (VDM), которые позволяют MS-DOS и 16-разрядным приложениям Win16 работать в Windows NT.

Существует специальный VDM MS-DOS, который работает в своем собственном адресном пространстве и эмулирует Intel 80486 под управлением MS-DOS 5.0. Программы Win16, однако, работают в Win16 VDM. Каждая из них по умолчанию выполняется в одном и том же процессе, используя одно и то же адресное пространство, и Win16 VDM предоставляет каждой программе свой собственный поток для выполнения. Однако архитектура системы Windows NT позволяет пользователям запускать ее в отдельном окне, что дает возможность превентивно выполнять многозадачность, поскольку «Виндовс» будет опережать весь процесс VDM, который содержит только одно работающее приложение.

Процесс подсистемы среды Win32 (csrss.exe) также включает в себя функциональность управления окнами, иногда называемую «оконным менеджером». Она обрабатывает события ввода (например, с клавиатуры и мыши), а затем передает сообщения приложениям, которым необходимо получить этот ввод. Каждое приложение отвечает за появление или обновление своих собственных окон и меню в ответ на эти сообщения.

Подсистема среды OS/2 поддерживает 16-разрядные символьные приложения OS/2 и эмулирует OS/2 1.x, но не 32-разрядные или графические приложения OS 2, используемые в OS/2 2.x или более поздней версии только для компьютеров x86.

Для запуска графических программ OS/2 1.x должна быть установлена ​​подсистема надстроек Windows NT для Presentation Manager. Последней версией NT, имеющей подсистему OS/2, была «Виндовс-2000», затем она была удалена, начиная с архитектуры Windows XP.

Подсистема среды POSIX поддерживает приложения, которые строго написаны либо для POSIX.1, либо для соответствующих стандартов ISO/IEC. Она была заменена Interix, которая является частью Windows Services for UNIX.

Подсистема безопасности работает с токенами безопасности, предоставляет или запрещает доступ к учетным записям пользователей на основе разрешений на ресурсы, обрабатывает запросы на вход в систему и инициирует проверку подлинности входа, а также определяет, какие системные ресурсы должны проверяться Windows NT.

Режим ядра

Режим ядра в архитектуре Windows NT имеет полный доступ к аппаратным и системным ресурсам компьютера и запускает код в защищенной области памяти. Он контролирует доступ к планированию, приоритезации потоков, управлению памятью и взаимодействию с оборудованием. Режим ядра не позволяет службам и приложениям пользовательского режима получать доступ к критическим областям операционной системы, к которым у них не должно быть доступа, его процессы должны запрашивать режим ядра для выполнения таких операций от их имени.

Хотя архитектура Windows x86 поддерживает четыре различных уровня привилегий (от 0 до 3), используются только два крайних из них. Программы пользовательского режима запускаются с CPL 3, а ядро ​​- с CPL 0. Эти два уровня часто называются «ring 3» и «ring 0» соответственно. Такое проектное решение было принято для обеспечения переносимости кода на платформы RISC, которые поддерживают только два уровня привилегий, хотя это нарушает совместимость с приложениями OS/2, которые содержат сегменты привилегий ввода-вывода, пытающихся напрямую получить доступ к оборудованию.

Режим ядра состоит из исполнительных сервисов, которые составлены из множества модулей, выполняющих определенные задачи: драйверов ядра, самого ядра и уровня аппаратной абстракции (HAL).

Администрирование

Службы Windows Executive составляют низкоуровневую часть режима ядра и содержатся в файле NTOSKRNL.EXE. Это касается ввода-вывода, управления объектами, безопасности и управления процессами. Они разделены на несколько подсистем, среди которых особую роль играют Cache Manager, Configuration Manager, I/O Manager, локальный вызов процедур (LPC), Memory Manager, Структура процессов и Контрольный монитор безопасности (SRM). Сгруппированные вместе компоненты могут называться исполнительными службами (внутреннее имя Ex). Системные сервисы (внутреннее имя Nt), то есть системные вызовы, также реализованы на этом уровне, за исключением очень немногих, которые обращаются напрямую к уровню ядра для повышения производительности.

Термин «сервис» в этом контексте обычно относится к вызываемой подпрограмме или набору вызываемых подпрограмм. Это отличается от концепции «сервисного процесса», который представляет собой компонент пользовательского режима, несколько аналогичный демонстрации в Unix-подобных операционных системах. Эта особенность архитектуры ядра Windows 10 и всех предшествующих дистрибутивов.

Диспетчер объектов

Диспетчер объектов (внутреннее имя Ob) — это исполнительная подсистема, через которую должны пройти все остальные такие подсистемы, особенно системные вызовы, чтобы получить доступ к ресурсам Windows NT, что, по сути, делает ее службой инфраструктуры управления ресурсами. Диспетчер объектов используется для уменьшения дублирования функциональных возможностей управления ресурсами в в других исполнительных подсистемах, что может привести к ошибкам и усложнить разработку Windows NT.

Для данного менеджера каждый ресурс является объектом, независимо от того, является ли он физическим (таким как файловая система или периферийное устройство) или логическим (таким как файл). Каждый объект имеет структуру или тип, о котором должен знать Ob.

Создание объекта в архитектуре ОС семейства Windows представляет собой процесс, протекающий в два этапа — создание и вставка. Создание вызывает выделение пустого объекта и резервирование любых ресурсов, требуемых диспетчером, таких как (необязательно) имя в пространстве имен. Если оно было успешным, подсистема, ответственная за создание, заполняет пустой объект. Наконец, если подсистема считает инициализацию успешной, она дает указание диспетчеру объектов вставить объект, что делает его доступным через его имя или файл cookie, называемый дескриптором. С этого момента время существования объекта обрабатывается менеджером, и подсистема должна поддерживать его в рабочем состоянии, пока Ob не сообщит о его удалении.

Дескрипторы — это идентификаторы, которые представляют ссылку на ресурс ядра через непрозрачное значение. Точно так же открытие объекта через его имя подвергается проверкам безопасности, но действие через существующий открытый дескриптор ограничено только уровнем доступа, запрошенным, когда объект был открыт или создан.

Типы объектов определяют процедуры и любые данные, специфичные для него. Таким образом, Ob позволяет Windows NT быть объектно-ориентированной операционной системой, поскольку типы объектов можно рассматривать как полиморфные классы, определяющие объекты. Большинство подсистем, однако, с заметным исключением в диспетчере ввода-вывода, полагаются на реализацию по умолчанию для всех процедур.

Каждый экземпляр создаваемого объекта хранит свое имя, параметры, которые передаются в функцию создания объекта, атрибуты безопасности и указатель на его тип.

Контроллер кеша

Этот элемент архитектуры Windows 7 и других версий тесно координирует работу с диспетчером памяти, диспетчером и драйверами ввода-вывода, чтобы обеспечить общий кеш для обычного файлового ввода-вывода. Диспетчер кеширования Windows работает с файловыми блоками (а не с блоками устройств) для согласованной работы локальных и удаленных файлов, и обеспечивает определенную степень согласованности с отображениями данных, загружаемых в памяти.

Менеджер ввода/вывода

Данный составной элемент архитектуры Windows 10 и более ранних версий позволяет устройствам связываться с подсистемами пользовательского режима. Он переводит команды чтения и записи пользовательского режима в IRP, которые он передает драйверам устройств. Он принимает запросы ввода-вывода файловой системы и преобразует их в вызовы, специфичные для устройства, и может включать низкоуровневые драйверы, которые напрямую манипулируют оборудованием для чтения или ввода-вывода. Он также включает в себя менеджер кеша для повышения производительности диска за счет кеширования запросов на чтение и записи на диск в фоновом режиме.

Локальный вызов процедур (LPC)

Эта структурная часть архитектуры Windows 10 (и всех ранних дистрибутивов) предоставляет порты межпроцессного взаимодействия с семантикой соединения. Порты LPC используются подсистемами пользовательского режима для связи со своими клиентами, подсистемами Executive для связи с подсистемами пользовательского режима и в качестве основы для локального транспорта для Microsoft RPC.

Диспетчер памяти

Данный элемент архитектуры Windows 8.1 и остальных версий управляет виртуальной памятью, ее защитой и подкачкой из физической и во вторичную. Тем самым он реализует универсальный распределитель физической памяти. Он также создает парсер PE-исполняемых файлов, которые позволяют исполняемому файлу отображаться или не отображаться за один атомарный шаг.

Начиная с Windows NT Server 4.0, Terminal Server Edition, диспетчер памяти реализует так называемое пространство сеанса, диапазон памяти в режиме ядра, который подвержен переключению контекста так же, как память пользовательского режима. Это позволяет нескольким экземплярам подсистемы Win32 режима ядра и драйверов GDI работать бок о бок, несмотря на недостатки в их первоначальном дизайне. Каждое пространство сеанса совместно используется несколькими процессами, которые вместе называются «сеансом».

Чтобы обеспечить определенную степень изоляции между сеансами без введения нового типа объекта, монитор ссылок безопасности обрабатывает связь между процессами и сеансами как атрибут субъекта безопасности (токен) и может быть изменен только при наличии специальных привилегий.

Относительно простой и специальный характер сессий связан с тем, что они не были частью первоначального проекта, и должны были быть разработаны с минимальным нарушением основной линии третьей стороной (Citrix Systems) в качестве предварительного условия для их терминального серверного продукта для Windows NT, называемого WinFrame.

Однако, начиная с архитектуры Windows Vista, сессии, наконец, стали надлежащим ее аспектом. Больше не являющиеся конструкцией диспетчера памяти, которая переходит в пользовательский режим косвенно через Win32, они были расширены до всеобъемлющей абстракции, затрагивающей большинство исполнительных подсистем. Фактически регулярное использование Windows Vista всегда приводит к многосессионной среде.

Структура процесса

Данный элемент архитектуры ОС Windows 7 (и остальных вариаций) управляет созданием и завершением процессов и потоков, а также реализует концепцию Job, группы процессов, которые могут быть завершены как единое целое или помещены под общие ограничения (например, общий максимум выделенной памяти или время ЦП). Объекты заданий были введены в Windows 2000.

PnP Manager

Управляет и поддерживает обнаружение и установку устройства во время загрузки. Он также несет ответственность за остановку и запуск устройств по требованию — это может произойти, когда шина (например, USB или IEEE 1394 FireWire) приобретает новое устройство и для его поддержки необходимо загрузить драйвер. Его основная часть фактически реализована в пользовательском режиме, в службе Plug and Play, которая выполняет часто сложные задачи по установке соответствующих драйверов, уведомлению служб и приложений о появлении новых устройств и отображению графического интерфейса пользователя.

Менеджер питания

Работает с событиями питания (отключение питания, режим ожидания, спящий режим и т. д.) и уведомляет затронутые драйверы с помощью специальных IRP (Power IRP). Его роль является контрольной.

Контрольный монитор безопасности (SRM)

Основной орган по обеспечению соблюдения правил безопасности интегральной подсистемы безопасности. Он определяет, можно ли получить доступ к объекту или ресурсу, используя списки управления доступом (ACL), которые сами состоят из записей управления доступом (ACE). ACE содержат идентификатор безопасности (SID) и список операций, которые ACE предоставляет выбранной группе — учетная запись пользователя, группы или сеанс входа в систему — разрешение (разрешить, запретить или выполнить проверку) для этого ресурса.

Интерфейс графического устройства отвечает за такие задачи, как рисование линий и кривых, отрисовка шрифтов и обработка палитр. В выпусках серии Windows NT 3.x компонент GDI помещался в подсистему клиент/сервер в пользовательском режиме, но он был переведен в режим ядра в архитектуре операционной системы Windows NT 4.0 для улучшения графической производительности.

Ядро в архитектуре ОС Windows находится между HAL и Executive и обеспечивает многопроцессорную синхронизацию, планирование и диспетчеризацию потоков и прерываний, а также обработку прерываний и диспетчеризацию исключений. Оно также отвечает за инициализацию драйверов устройств при загрузке, которые необходимы для запуска операционной системы. То есть ядро ​​выполняет практически все задачи традиционного микроядра. Строгое различие между Executive и Kernel является наиболее заметным остатком первоначального проекта микроядра, а историческая проектная документация последовательно называет компонент ядра «микроядром».

Ядро часто взаимодействует с менеджером процессов. Уровень абстракции таков, что оно ​​никогда не обращается к диспетчеру процессов, а только наоборот (за исключением нескольких нетипичных случаев, которые никогда не доходят до функциональной зависимости).