Функции ядра операционной системы windows

Ядро ОС — часть ОС, рационально размещаемая в ОЗУ, которая работает в привилегированном режиме и выполняет следующие функции:

—           Управление и синхронизация процессов.

—           Управление памятью.

—           Диспетчеризация.

—           Управление файловой системой, прерываниями, IO и т.д.

Доступ к функциям ядра ОС осуществляется через прерывания:

—           программные

—           аппаратные

Вход в ядро осуществляется по прерываниям. Когда ядро реагирует на данное прерывание, оно запрещает другие (если ядро не реентерабельно). После идентификации поступившего прерывания, ядро передает его обработчику – специальному системному процессу. Запрет прерываний обеспечивает предотвращение повторного входа в нереентерабельное ядро.

Нереентерабельность функций ДОС связана тем, что при  повторном вхождении в эти функции в качестве СТЕКА используется одна и та же области памяти,  в результате чего происходит зависание системы из-за порчи стека. Для преодоления этого недостатка необходимо перед каждой попыткой использования  функций ДОС прерывающим процессом (работа с файловой системой,  получение системных даты и времени, потоковый ввод/вывод, запуск процессов и др.) проверять, не используются ли эти функции в данный момент времени прерванным процессом. Об этом сигнализирует специальный  критический  флаг  — внутренняя ячейка памяти ДОС. Если этот флаг установлен (не равен нулю),  то ДОС уже находится в своем критическом участке,  и повторный вызов функций ДОС запрещен. Если флаг сброшен (равен нулю),  то функциями ДОС пользоваться можно.

В ОС реального времени ядро реентерабельное, т.е. допускает повторное вхождение в свой код.

Объекты ядра.

Объект – блок памяти, выделенный ядром для своих целей и доступный только ядру.

Объект ядра содержит имя объекта, класс защиты объекта, счётчик количества пользователей и другую информацию (смещение при открытии файла и т.д.).

Все объекты имеют описатели (Handle). Большинство объектов обладают свойством наследования.

Объекты ядра Windows:

—           Процесс, поток.

—           Файловый объект – открытый файл.

—           Проекция файла на память.

—           Событие, Семафор, Мьютекс.

—           Почтовый ящик, канал, сокет и т.д.

ОС ведет учет объектов и управляет ими. Пользователь может запросить информацию об объекте.

 Объекты можно создавать, уничтожать, открывать и закрывать посредством системных вызовов ОС по просьбе внешней программы. Созданные объекты закрепляются (принадлежат) создавшим их процессам. При порождении дочернего процесса, объекты ядра (как правило) наследуются из родительского, при этом создается копия объекта, принадлежащая уже дочернему процессу. Например, так наследуются стандартные потоки в/в, открытые файлы, каналы, семафоры и др. Номер дескриптора при наследовании сохраняется.

Микроядро отличается от обычного ядра тем, что в нем содержится основные, более общие функции управления ОС, а остальные функции ОС вынесены в отдельные процессы (приложения пользовательского уровня). Благодаря чему разработчик ОС может легко добавлять к ОС новые функции и расширять существующие. Таким образом, обеспечивается более эффективная защита ядра, более высокая производительность (микроядро может быть целиком размещено в кэш процессора). Микроядро изолирует все Машинно-зависимые команды, содержит ограниченный набору услуг с малым количеством системных функций (при переносе ОС на другую аппаратную платформу нужно переработать только микроядро, а все остальное – только перекомпилировать). Следовательно, обеспечивается переносимость, расширяемость и надежность.

Пример – ОС QNX, Win-NT (HAL-аналог микроядра).

Время на прочтение
8 мин

Количество просмотров 58K

Windows – одна из наиболее многогранных и гибких ОС, она работает на совершенно разных архитектурах и доступна в разных вариантах. На сегодня она поддерживает архитектуры x86, x64, ARM и ARM64. Windows в своё время поддерживала Itanium, PowerPC, DEC Alpha и MIPS. Кроме того, Windows поддерживает целый набор SKU, работающих в различных условиях; от дата-центров, ноутбуков, Xbox и телефонов до встраиваемых версий для интернета вещей, например, в банкоматах.

Самый удивительный аспект состоит в том, что ядро Windows практически не меняется в зависимости от всех этих архитектур и SKU. Ядро динамически масштабируется в зависимости от архитектуры и процессора, на котором оно работает, так, чтобы пользоваться всеми возможностями оборудования. Конечно, в ядре присутствует определённое количество кода, связанного с конкретной архитектурой, однако его там минимальное количество, что позволяет Windows запускаться на разнообразных архитектурах.

В этой статье я расскажу об эволюции ключевых частей ядра Windows, которые позволяют ему прозрачно масштабироваться от чипа NVidia Tegra низкого потребления, работающего на Surface RT 2012 года, до гигантских монстров, работающих в дата-центрах Azure.

Менеджер задач Windows, работающий на пререлизной машине класса Windows DataCenter, с 896 ядрами, поддерживающими 1792 логических процессора и 2 Тб памяти

Эволюция единого ядра

Перед тем, как обсудить детали ядра Windows, сделаем небольшое отступление в сторону рефакторинга. Рефакторинг играет ключевую роль в увеличении случаев повторного использования компонентов ОС на различных SKU и платформах (к примеру, клиент, сервер и телефон). Базовая идея рефакторинга – позволить повторно использовать одни и тем же DLL на разных SKU, поддерживая небольшие модификации, сделанные специально под нужный SKU, не переименовывая DLL и не ломая работу приложений.

Базовая технология рефакторинга Windows – мало документированная технология под названием «наборы API». Наборы API – это механизм, позволяющий ОС разъединять DLL и место их применения. К примеру, набор API позволяет приложениям для win32 продолжать пользоваться kernel32.dll, притом, что реализация всех API прописана в другой DLL. Эти DLL с реализацией также могут отличаться у разных SKU. Посмотреть наборы API в деле можно, запустив обход зависимостей на традиционной Windows DLL, например, kernel32.dll.

Закончив это отступление по поводу строения Windows, позволяющего системе максимизировать повторное и совместное использование кода, перейдём к техническим глубинам запуска ядра по планировщику, являющегося ключом к масштабированию ОС.

Компоненты ядра

Windows NT – это, по сути, микроядро, в том смысле, что у него есть своё core Kernel (KE) с ограниченным набором функций, использующее исполняемый уровень (Executive layer, Ex) для выполнения всех политик высокого уровня. EX всё ещё является режимом ядра, так что это не совсем микроядро. Ядро отвечает за диспетчеризацию потоков, синхронизацию между процессорами, обработку исключений аппаратного уровня и реализацию низкоуровневых функций, зависящих от железа. Слой EX содержит различные подсистемы, обеспечивающие набор функциональности, который обычно считается ядром – IO, Object Manager, Memory Manager, Process Subsystem, и т.д.

Чтобы лучше представить себе размер компонентов, вот примерное разбиение по количеству строк кода в нескольких ключевых каталогах дерева исходников ядра (включая комментарии). В таблицу не вошло ещё много всего, относящегося к ядру.

Подсистемы ядра	Строк кода
Memory Manager	501, 000
Registry	211,000
Power	238,000
Executive	157,000
Security	135,000
Kernel	339,000
Process sub-system	116,000

Более подробная информация об архитектуре Windows содержится в серии книг “Windows Internals”.

Планировщик

Подготовив таким образом почву, давайте немного поговорим о планировщике, его эволюции и том, как ядро Windows умеет масштабироваться на такое количество различных архитектур с таким большим количеством процессоров.

Поток – это базовая единица, исполняющая программный код, и именно её работу планирует планировщик Windows. Решая, какой из потоков запустить, планировщик использует их приоритеты, и в теории, поток с наивысшим приоритетом должен запускаться на системе, даже если это означает, что потокам с более низким приоритетам времени не останется.

Проработав квантовое время (минимальное количество времени, которое может работать поток), поток испытывает уменьшение динамического приоритета, чтобы потоки с высоким приоритетом не могли работать вечно, душа всех остальных. Когда для работы пробуждается другой поток, ему повышают приоритет, рассчитанный на основе важности события, из-за которого произошло ожидание ( например, приоритет сильно повышается для находящегося на переднем плане интерфейса пользователя, и несильно – для завершения операций ввода/вывода). Поэтому поток работает с высоким приоритетом, пока он остаётся интерактивным. Когда он становится связанным преимущественно с вычислениями (CPU-bound), его приоритет падает, и к нему возвращаются уже после того, как другие потоки с высоким приоритетом получат своё процессорное время. Кроме того, ядро произвольным образом увеличивает приоритет готовых потоков, не получивших процессорного времени за определённый промежуток, чтобы предотвратить их вычислительное голодание и подправить инверсию приоритетов.

У планировщика Windows изначально была одна очередь готовности, из которой он выбирал следующий, наивысший по приоритету поток для запуска. Однако с началом поддержки всё большего количества процессоров, единственная очередь превратилась в узкое место, и примерно в районе выхода Windows Server 2003 планировщик поменял работу и организовал по одной очереди готовности на процессор. При переходе на поддержку нескольких запросов на один процессор единую глобальную блокировку, защищающую все очереди, делать не стали, и разрешили планировщику принимать решения на основе локальных оптимумов. Это означает, что в любой момент в системе работает один поток с наивысшим приоритетом, но не обязательно означает, что N самых приоритетных потоков в списке (где N – число процессоров) работают в системе. Такой подход оправдывал себя, пока Windows не начала переходить на CPU с низким энергопотреблением, например, на ноутбуки и планшеты. Когда на таких системах поток с наивысшим приоритетам не работал (например, поток переднего плана интерфейса пользователя), это приводило к заметным глюкам интерфейса. Поэтому в Windows 8.1 планировщик перевели на гибридную модель, с очередями для каждого процессора для потоков, связанных с этим процессором, и разделяемой очередью готовых процессов для всех процессоров. Это не сказалось на быстродействии заметным образом благодаря другим изменениям в архитектуре планировщика, например, рефакторингу блокировки базы данных диспетчера.

В Windows 7 ввели такую вещь, как динамический планировщик со справедливыми долями (Dynamic Fair Share Scheduler, DFSS); это в первую очередь касалось терминальных серверов. Эта особенность пыталась решить проблему, связанную с тем, что одна терминальная сессия с высокой загрузкой CPU могла повлиять на потоки в других терминальных сессиях. Поскольку планировщик не учитывал сессии и просто использовал приоритет для распределения потоков, пользователи в разных сессиях могли повлиять на работу пользователей в других сессиях, задушивая их потоки. Также это давало несправедливое преимущество сессиям (и пользователям) с большим количеством потоков, поскольку у сессии с большим количеством потоков было больше возможностей получить процессорное время. Была сделана попытка добавить в планировщик правило, по которому каждую сессию рассматривали на равных с другими по количеству процессорного времени. Подобная функциональность есть и в ОС Linux с их абсолютно честным планировщиком (Completely Fair Scheduler). В Windows 8 эту концепцию обобщили в виде группы планировщика и добавили в планировщик, в результате чего каждая сессия попадала в независимую группу. Кроме приоритетов для потоков, планировщик использует группы планировщика как индекс второго уровня, принимая решение по поводу того, какой поток запускать следующим. В терминальном сервере все группы планировщика имеют одинаковый вес, поэтому все сессии получают одинаковое количество процессорного времени вне зависимости от количества или приоритетов потоков внутри групп планировщика. Кроме того, такие группы также используют для более точного контроля над процессами. В Windows 8 рабочие объекты (Job) были дополнены так, чтобы поддерживать управление процессорным временем. При помощи специального API можно решать, какую часть процессорного времени может использовать процесс, должно это быть мягкое или жёсткое ограничение, и получать уведомления, когда процесс достигает этих ограничений. Это похоже на управление ресурсами в cgroups на Linux.

Начиная с Windows 7, в Windows Server появилась поддержка более 64 логических процессоров на одном компьютере. Чтобы добавить поддержку такому большому количеству процессоров, в системе ввели новую категорию, «процессорная группа». Группа – неизменный набор логических процессоров количеством не более 64 штук, которые рассматриваются планировщиком как вычислительная единица. Ядро при загрузке определяет, какой процессор к какой группе отнести, и у машин с количеством процессорных ядер менее 64 этот подход практически невозможно заметить. Один процесс может разделяться на несколько групп (например, экземпляр SQL-сервера), единственный поток в один момент времени может выполняться только в рамках одной группы.

Но на машинах, где число ядер CPU превышает 64, Windows начала демонстрировать новые узкие места, не дававшие таким требовательным приложениям, как SQL-сервер, масштабироваться линейно с ростом количества ядер процессора. Поэтому, даже при добавлении новых ядер и памяти, замеры скорости не показывали её существенного увеличения. Одной из главных проблем, связанных с этим, был спор по поводу блокировки базы диспетчера. Блокировка базы диспетчера защищала доступ к объектам, работу которых необходимо было запланировать. Среди этих объектов – потоки, таймеры, порты ввода/вывода, другие объекты ядра, подверженные ожиданию (события, семафоры, мьютексы). Под давлением необходимости разрешения таких проблем, в Windows 7 была проделана работа по устранению блокировки базы диспетчера и замене её на более точные подстройки, например, пообъектную блокировку. Это позволило таким замерам производительности, как SQL TPC-C, продемонстрировать рост скорости на 290% по сравнению с предыдущей схемой на некоторых конфигурациях. Это был один из крупнейших взлётов производительности в истории Windows, случившихся благодаря изменению единственной особенности.

Windows 10 принесло другую инновацию, внедрив наборы процессоров (CPU Sets). CPU Sets позволяют процессу разделять систему так, что процесс может распределиться на несколько групп процессоров, не позволяя другим процессам пользоваться ими. Ядро Windows даже не даёт прерываниям устройств пользоваться процессорами, входящими в ваш набор. Это гарантирует, что даже устройства не смогут исполнять свой код на процессорах, выданных группе вашего приложения. Это похоже на низкотехнологичную виртуальную машину. Понятно, что это мощная возможность, поэтому в неё встроено множество мер безопасности, чтобы разработчик приложения не допустил больших ошибок, работая с API. Функциональность наборов CPU используется в игровом режиме (Game Mode).

Наконец, мы приходим к поддержке ARM64, появившейся у Windows 10. Архитектура ARM поддерживает архитектуру big.LITTLE, гетерогенную по своей природе – «большое» ядро работает быстро и потребляет много энергии, а «малое» ядро работает медленно и потребляет меньше. Идея в том, что малозначительные задачи можно выполнять на малом ядре, экономя таким образом батарею. Для поддержки архитектуры big.LITTLE и увеличения времени работы от батареи при работе Windows 10 на ARM, в планировщик добавили поддержку гетерогенной планировки, учитывающую пожелания приложения, работающего с архитектурой big.LITTLE.

Под пожеланиями я имею в виду то, что Windows старается качественно обслуживать приложения, отслеживая потоки, выполняющиеся на переднем плане (или те, которым не хватает процессорного времени), и гарантируя их выполнение на «большом» ядре. Все фоновые задачи, сервисы, другие вспомогательные потоки выполняются на малых ядрах. Также в программе можно принудительно отметить маловажность потока, чтобы заставить его работать на малом ядре.

Работа от чужого имени [Work on Behalf]: в Windows довольно много работы на переднем плане осуществляется другими сервисами, работающими в фоне. К примеру, при поиске в Outlook сам поиск проводится фоновым сервисом Indexer. Если мы просто запустим все сервисы на малом ядре, пострадает качество и скорость работы приложений на переднем плане. Чтобы при таких сценариях работы она не замедлялась на архитектурах big.LITTLE, Windows отслеживает вызовы приложения, поступающие к другим процессам, чтобы выполнять работу от их имени. В таком случае мы выдаём приоритет переднего плана потоку, относящемуся к сервису, и заставляем его выполняться на большом ядре.

На этом позвольте закончить первую статью о ядре Windows, дающую обзор работы планировщика. Статьи со сходными техническими подробностями о внутренней работе ОС последуют позже.

В этом разделе мы рассмотрим, как получить
доступ к основным функциям операционной
системы Windows. Мы начнем с
рассмотрения понятия объект ядра
Windows, которое нам будет
необходимо для осуществления многих
операций. Далее мы рассмотрим функции
позволяющие управлять процессами и
потоками, синхронизовать их выполнение,
работать с виртуальной памятью.

Необходимо отметить, что в пособии
описаны только самые основные и наиболее
часто используемые функции ядра Windows.
Многие функции и редко используемые
параметры функций не будут описаны.
Пособие показывает только наиболее
распространенные способы работы с
функциями ядра Windows.
Рекомендуем вам при использовании этих
функций обращаться к справке, в которой
можно найти полное описание всех
параметров и возвращаемых значений.

Рассмотренные функции имеются во всех
32-х разрядных операционных системах
Windows, включая Windows
95, 98, Me, NT, 2000, XP. Наиболее
простые способы работы с этими функциями
могут быть без проблем использованы во
всех этих операционных системах. В
случае больших разночтений это будет
указано в пособии, с небольшими
особенностями реализации всех функций
можно ознакомиться в справке.

Работа с сетью (протоколами TCP/IP)
будет описана позднее в отдельном
разделе.

Объекты ядра Windows

Объектами ядра Windows
называют специальные структуры данных,
используемые для реализации основных
функций этой операционной системой.
Система позволяет создавать и оперировать
рядом таких объектов, среди которых:

• маркеры доступа / access
  token

• события / event

• файлы / file

• проекции файлов / file
  mapping

• порты завершения ввода-вывода / I/O
  completion port

• задания / Job

• почтовые ящики / mailslot

• мъютексы / mutex

• каналы / pipe

• процессы / process

• семафоры / semaphore

• потоки / thread

• ожидаемые таймеры / waitable
  timer

Каждый
объект ядра представляет собой блок
памяти, выделенный ядром ОС и доступный
только ему. В элементах этой структуры
содержится информация, необходимая для
управления объектом каждого типа. Часть
этой информации является общей для всех
типов объектов (например, права доступа),
а часть – специфична для каждого
конкретного объекта (например, смещение
для объекта файл).

Поскольку
область памяти, в которой находятся
объекты ядра, доступна только для
операционной системы, то все операции
с ними можно производить только с помощью
специальных функций Windows
API. Это обеспечивает защиту
объектов ядра от случайной или
злонамеренной модификации пользовательскими
программами и улучшает устойчивость
операционной системы.

Пользователи объектов ядра

Объекты ядра принадлежат ядру, а не
процессу. Это позволяет, в случае
необходимости, использовать один объект
одновременно в нескольких процессах.
Для обеспечения такого режима работы
операционная система хранит счетчик
использования объекта. При создании
объекта ядра этот счетчик устанавливается
в единицу. При открытии этого же объекта
из другого процесса или при передаче
объекта другому процессу (о том, как это
сделать будет рассказано ниже), счетчик
использования увеличивается на 1. Когда
пользовательская программа «закрывает»
объект, операционная система уменьшает
счетчик на 1. Однако объект при этом не
уничтожается – другие процессы могут
продолжать его использовать. Уничтожение
объекта ядра происходит только в том
случае, когда счетчик использования
принимает значение 0.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Операционная система Windows является одной из самых популярных в мире. Она используется на миллионах компьютеров и обеспечивает пользователей широким набором функций и возможностей. Но на чем, собственно, написана эта операционная система? В данной статье мы рассмотрим различные аспекты разработки Windows, включая ядро, кодовую базу и язык программирования.

Ядро операционной системы Windows называется NT (от английского «New Technology»). Оно разрабатывается компанией Microsoft и представляет собой набор программных модулей, обеспечивающих базовые функции операционной системы. Ядро NT обеспечивает управление ресурсами компьютера, диспетчеризацию процессов, взаимодействие с аппаратным обеспечением и другие базовые функции.

Кодовая база операционной системы Windows достаточно обширна и включает в себя миллионы строк кода. Разработка Windows ведется с использованием языков программирования, таких как C и C++. Эти языки выбраны из-за их эффективности и возможности написания быстрого и надежного кода. Кодовая база Windows включает в себя различные компоненты, включая файловую систему, пользовательский интерфейс, драйверы устройств и многое другое.

«Кодовая база операционной системы Windows достаточно обширна и включает в себя миллионы строк кода.»

Язык программирования C++ играет особую роль в разработке операционной системы Windows. Он позволяет разработчикам создавать эффективный и быстрый код, который может работать на различных системах и обеспечивать высокую производительность. Кроме того, Microsoft разработала свой собственный язык программирования, названный C#, который также используется в разработке Windows.

В заключение можно сказать, что операционная система Windows написана с использованием ядра NT, разработанного компанией Microsoft. Кодовая база состоит из миллионов строк кода, написанных на языках программирования C и C++. Для разработки Windows также используется язык программирования C#. Все эти компоненты совместно обеспечивают функциональность и надежность операционной системы Windows, делая ее одной из самых популярных и широко используемых в мире.

Ядро операционной системы Windows

Кодовая база ядра Windows состоит из множества файлов, написанных на языке программирования C и C++. Эти языки выбраны из-за своей эффективности и возможностей низкоуровневого программирования. Ядро Windows написано с использованием принципов объектно-ориентированного программирования, что упрощает его разработку и поддержку.

Одной из ключевых особенностей ядра Windows является его многоуровневая архитектура. Оно состоит из нескольких слоев, каждый из которых выполняет свои функции. На самом низком уровне находится аппаратный слой, который обеспечивает взаимодействие с аппаратной частью компьютера. Поверх него располагается драйверный слой, отвечающий за подключение и управление устройствами.

Высокоуровневые функции, такие как управление памятью, планирование процессов и работы с файлами, реализуются на уровне ядра операционной системы. Ядро Windows также содержит множество дополнительных сервисов и компонентов, отвечающих за безопасность, сетевое взаимодействие и другие функции.

Обновление ядра операционной системы Windows происходит регулярно. Новые версии ядра выпускаются вместе с обновлениями операционных систем и содержат улучшенную функциональность, исправления ошибок и уязвимостей.

В целом, ядро операционной системы Windows является фундаментальной частью системы и обеспечивает ее нормальное функционирование. Оно обеспечивает гибкость, надежность и высокую производительность операционной системы, что позволяет пользователям полноценно работать на компьютере.

Состав и функции ядра

Состав ядра операционной системы Windows включает следующие основные компоненты:

• Менеджер памяти: отвечает за управление памятью компьютера, включая выделение и освобождение памяти для программ, а также виртуальную память и обмен данными между физической и виртуальной памятью.
• Планировщик задач: отвечает за распределение ресурсов процессора между работающими программами и управление выполнением потоков.
• Управление устройствами: обеспечивает взаимодействие ядра с аппаратными устройствами, такими как жесткий диск, видеоадаптеры, сетевые карты и принтеры.
• Файловая система: отвечает за организацию и управление файлами и папками на жестком диске и других носителях информации.
• Сетевые протоколы: обеспечивают возможность работы сетевых подключений, включая передачу данных по протоколам TCP/IP и управление сетевыми настройками.

Ядро операционной системы Windows написано на языке программирования C и C++. Эти языки обладают низким уровнем абстракции и позволяют разработчикам эффективно управлять системными ресурсами и работать с аппаратными устройствами.

Функции ядра операционной системы Windows включают управление памятью, планирование задач, управление устройствами, обработку прерываний, загрузку и выгрузку драйверов, обеспечение безопасности и многие другие. Они предоставляют необходимые сервисы для работы прикладных программ и обеспечивают стабильность и безопасность операционной системы в целом.

Кодовая база Windows

Кодовая база операционной системы Windows состоит из множества компонентов и файлов, которые написаны на различных языках программирования. Эти языки включают C, C++, C#, ассемблер и другие.

Написание кода для Windows осуществляется с помощью различных интегрированных сред разработки (IDE), таких как Visual Studio. В IDE разработчики могут создавать, компилировать и отлаживать код, а также использовать множество инструментов для разработки и тестирования операционной системы.

Кодовая база Windows включает в себя ядро операционной системы, которое представляет собой основное программное обеспечение системы. Оно отвечает за управление ресурсами и обработку запросов от приложений и пользователя.

Основные компоненты кодовой базы Windows включают следующие:

1. Ядро операционной системы, включая файлы ядра (kernel), драйверы и службы;
2. Файловую систему, включая файловые драйверы и службы;
3. Подсистемы для работы с графикой, звуком, сетью и другими устройствами;
4. Системные приложения, такие как проводник (Explorer), командная строка (Command Prompt) и панель управления (Control Panel);
5. Библиотеки, включая стандартные библиотеки C и C++, библиотеки .NET.

Кодовая база Windows представляет собой огромный проект, который постоянно развивается и обновляется. Microsoft активно работает над улучшением функциональности и безопасности операционной системы, внося изменения и патчи в кодовую базу Windows.

Происхождение и структура кодовой базы

Происхождение кодовой базы Windows относится к далекому прошлому, начиная с ее первой версии, выпущенной в 1985 году. Начальные версии операционной системы были основаны на ядре DOS. Однако, с выпуском Windows NT в 1993 году, кодовая база была полностью перестроена с целью создания более мощной и надежной операционной системы.

Сегодня кодовая база Windows содержит миллионы строк кода, написанных на разных языках программирования, включая C, C++, C#, а также ассемблер. Это позволяет разработчикам использовать широкий спектр инструментов и библиотек для создания и поддержки операционной системы.

Основные компоненты кодовой базы включают в себя файловую систему, драйверы устройств, подсистемы работы с сетью, ядро операционной системы и множество других компонентов, обеспечивающих функционирование и взаимодействие различных частей операционной системы.

Структура кодовой базы Windows организована в виде модульной архитектуры, где каждый компонент выполняет свои специфические задачи и взаимодействует с другими компонентами, чтобы обеспечить полноценное функционирование операционной системы. Это позволяет легко модифицировать и обновлять отдельные части без необходимости изменения всей системы.

Поддержка и развитие кодовой базы Windows является сложным процессом, включающим множество этапов, таких как отладка, тестирование, оптимизация и добавление новых функций и возможностей. Команда разработчиков постоянно работает над улучшением и совершенствованием операционной системы для обеспечения максимальной производительности и надежности.

Язык программирования для разработки Windows

С++ был выбран для разработки Windows из-за своей мощности, гибкости и эффективности. Этот язык позволяет создавать высокопроизводительные и надежные приложения, которые могут эффективно использовать ресурсы компьютера и обеспечивать отличную производительность.

Однако, в разработке Windows используются и другие языки программирования. Например, для написания пользовательских интерфейсов часто используется язык программирования C#. C# является объектно-ориентированным языком и обладает широкими возможностями для разработки графических приложений.

Кроме того, для создания драйверов и низкоуровневого программного обеспечения операционной системы Windows можно использовать язык программирования ассемблера. Ассемблер позволяет писать программы, работающие непосредственно с аппаратурой компьютера и отвечающие за его взаимодействие с внешними устройствами.

Таким образом, в разработке операционной системы Windows используются различные языки программирования, в зависимости от требований и задач, которые необходимо решить. Однако, основная часть кодовой базы и ядро операционной системы Windows написаны на языке программирования С++, что обеспечивает стабильность, производительность и надежность этой операционной системы.

Обзор основных языков

Операционная система Windows написана на разных языках программирования, и каждый из них выполняет свою уникальную роль. Вот некоторые из основных языков, использованных при разработке Windows:

• C и C++: Основная часть операционной системы написана на языках C и C++. Благодаря их эффективности и близости к машинному коду, эти языки часто используются для разработки ядра операционной системы и системных компонентов.
• C#: Язык программирования C# разработан Microsoft и широко используется для создания приложений под управлением Windows. Он предлагает мощный набор инструментов для разработки графического интерфейса пользователя и множество библиотек и фреймворков.
• Assembly: Язык программирования Assembly используется для написания низкоуровневого кода, который взаимодействует с аппаратными ресурсами компьютера. Он обеспечивает прямой доступ к регистрам и операциям процессора, что делает его идеальным для написания оптимизированного кода.
• Java: Несмотря на то, что Java не является основным языком разработки для операционной системы Windows, его использование в Windows с каждым годом становится все более широким. Java позволяет создавать кросс-платформенные приложения, которые могут работать на разных операционных системах, включая Windows.
• Python: Python предлагает простый и понятный синтаксис программирования, что делает его популярным для разработки Windows-приложений. Более того, Python широко используется в сфере анализа данных и научных исследований, что позволяет создавать инструменты для анализа и обработки данных в операционной системе Windows.

Это только некоторые из основных языков программирования, используемых при разработке операционной системы Windows. Комбинация всех этих языков и инструментов позволяет создать мощную и универсальную операционную систему, которая функционирует на миллионах компьютеров по всему миру.

Шаблон:Нет ссылок

У этого термина существуют и другие значения, см. Ядро.

Ядро́ (kernel) — центральная часть операционной системы (ОС), обеспечивающая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память, внешнее аппаратное обеспечение, внешнее устройство ввода и вывода информации. Также обычно ядро предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов.

Как основополагающий элемент ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Описанная задача может различаться в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации.

Типы архитектур ядер операционных систем[]

Монолитное ядро[]

Основная статья: Монолитное ядро

Монолитное ядро предоставляет богатый набор абстракций оборудования. Все части монолитного ядра работают в одном адресном пространстве. Это такая схема операционной системы, при которой все компоненты её ядра являются составными частями одной программы, используют общие структуры данных и взаимодействуют друг с другом путём непосредственного вызова процедур. Монолитное ядро — старейший способ организации операционных систем. Примером систем с монолитным ядром является большинство UNIX-систем.

• Достоинства: Незначительно выше скорость работы, упрощённая разработка модулей.
• Недостатки: Поскольку всё ядро работает в одном адресном пространстве, сбой в одном из компонентов может нарушить работоспособность всей системы.

Примеры: Традиционные ядра UNIX (такие как BSD), Linux; ядро MS-DOS, ядро KolibriOS.

Монолитные ядра, в особенности систем класса UNIX/Linux, требуют перекомпиляции при любом изменении состава оборудования. Большинство современных ядер позволяют во время работы подгружать модули, выполняющие часть функций ядра. В этом случае компоненты операционной системы являются не самостоятельными модулями, а составными частями одной большой программы, называемой монолитным ядром (monolithic kernel), которое представляет собой набор процедур, каждая из которых может вызвать каждую. Все процедуры работают в привилегированном режиме.

Модульное ядро[]

Основная статья: Модульное ядро

Модульное ядро — современная, усовершенствованная модификация архитектуры монолитных ядер операционных систем.

В отличие от «классических» монолитных ядер, модульные ядра, как правило, не требуют полной перекомпиляции ядра при изменении состава аппаратного обеспечения компьютера. Вместо этого модульные ядра предоставляют тот или иной механизм подгрузки модулей ядра, поддерживающих то или иное аппаратное обеспечение (например, драйверов). При этом подгрузка модулей может быть как динамической (выполняемой «на лету», без перезагрузки ОС, в работающей системе), так и статической (выполняемой при перезагрузке ОС после переконфигурирования системы на загрузку тех или иных модулей).

Микроядро[]

Основная статья: Микроядро

Микроядро предоставляет только элементарные функции управления процессами и минимальный набор абстракций для работы с оборудованием. Бо́льшая часть работы осуществляется с помощью специальных пользовательских процессов, называемых сервисами. Решающим критерием «микроядерности» является размещение всех или почти всех драйверов и модулей в сервисных процессах, иногда с явной невозможностью загрузки любых модулей расширения в собственное микроядро, а также разработки таких расширений.

• Достоинства: Устойчивость к сбоям оборудования, ошибкам в компонентах системы. Основное достоинство микроядерной архитектуры — высокая степень модульности ядра операционной системы. Это существенно упрощает добавление в него новых компонентов. В микроядерной операционной системе можно, не прерывая её работы, загружать и выгружать новые драйверы, файловые системы и т. д. Существенно упрощается процесс отладки компонентов ядра, так как новая версия драйвера может загружаться без перезапуска всей операционной системы. Компоненты ядра операционной системы ничем принципиально не отличаются от пользовательских программ, поэтому для их отладки можно применять обычные средства. Микроядерная архитектура повышает надежность системы, поскольку ошибка на уровне непривилегированной программы менее опасна, чем отказ на уровне режима ядра.
• Недостатки: Передача данных между процессами требует накладных расходов.

Классические микроядра предоставляют лишь очень небольшой набор низкоуровневых примитивов, или системных вызовов, реализующих базовые сервисы операционной системы.

• Сервисные процессы (в принятой в семействе UNIX терминологии — «демоны») активно используются в самых различных ОС для задач типа запуска программ по расписанию (UNIX и Windows NT), ведения журналов событий (UNIX и Windows NT), централизованной проверки паролей и хранения пароля текущего интерактивного пользователя в специально ограниченной области памяти (Windows NT). Тем не менее, не следует считать ОС микроядерными только из-за использований такой архитектуры.

Примеры: Symbian OS; Windows CE; OpenVMS; Mach, используемый в GNU/Hurd и Mac OS X; QNX; AIX; Minix; ChorusOS; AmigaOS; MorphOS.

Экзоядро[]

Основная статья: Экзоядро

Экзоядро — ядро операционной системы, предоставляющее лишь функции для взаимодействия между процессами, безопасного выделения и освобождения ресурсов. Предполагается, что API для прикладных программ будут предоставляться внешними по отношению к ядру библиотеками (откуда и название архитектуры).

Возможность доступа к устройствам на уровне контроллеров позволит эффективней решать некоторые задачи, которые плохо вписываются в рамки универсальной ОС, например, реализация СУБД будет иметь доступ к диску на уровне секторов диска, а не файлов и кластеров, что положительно скажется на быстродействии.

Наноядро[]

Основная статья: Наноядро

Наноядро — архитектура ядра операционной системы, в рамках которой крайне упрощённое и минималистичное ядро выполняет лишь одну задачу — обработку аппаратных прерываний, генерируемых устройствами компьютера. После обработки прерываний от аппаратуры наноядро, в свою очередь, посылает информацию о результатах обработки (например, полученные с клавиатуры символы) вышележащему программному обеспечению при помощи того же механизма прерываний. Примером является KeyKOS — самая первая ОС на наноядре. Первая версия вышла ещё в 1983-м году.

Гибридное ядро[]

Основная статья: Гибридное ядро

Гибридные ядра — это модифицированные микроядра, позволяющие для ускорения работы запускать «несущественные» части в пространстве ядра. Пример: ядра ОС Windows семейства NT.

Комбинация разных подходов[]

Все рассмотренные подходы к построению операционных систем имеют свои достоинства и недостатки. В большинстве случаев современные операционные системы используют различные комбинации этих подходов.

Смешанное ядро, в принципе, должно объединять преимущества монолитного ядра и микроядра: казалось бы, микроядро и монолитное ядро — крайности, а смешанное — золотая середина. В них возможно добавлять драйверы устройств двумя способами: и внутрь ядра, и в пользовательское пространство.

Примеры: Windows NT.

Ссылки[]

• Ядро @ dmoz.org

Литература[]

• Шаблон:±. Разработка ядра Linux = Linux Kernel Development. — 2-е изд. — Шаблон:Указание места в библиоссылке: «Вильямс», 2006. — С. 448. — ISBN 0-672-32720-1.