BÀI GIẢNG Windows XP

∗ Khôi phục lại hệ thống sau khi mất nguồn. Kernel được định hướng đối tượng ,sử dụng hai object: ∗ Dípatcher object -khối điều phối - kiểm soát sự điều phối và đòng bộ hóa các event, m

Những mục tiêu

 Khám phá ra nguyên lý thiết kế các thành phần đặc trưng phức tạp trong hệ thống của Windows XP

 Hiểu được Windows XP chạy các chương trình được thiết kế cho các hệ điều hành khác như thế nào

 Mang lại một giải thích chi tiết về hệ thống tập tin của Windows XP

 Minh họa những chỉ lệnh nối mạng được hỗ trợ trong Windows XP

 Để bao gói giao diện sẵn có cho hệ thống và các lập trình ứng dụng

Sơ lược về Windows XP.

 Hệ điều hành đa nhiệm ưu tiên 32 bit của bộ vi xử lý Intel.

 Các key mục đích cho hê thống:

Sử dụng kiến trúc nhân vi mô(micro-kernel).

Có 4 phiên bản :Professional, Server, Advanced Server,

National Server

Lịch sử.

 Vào năm 1988, Microsoft quyết định phát triển một “công nghệ mới”(NT) đó là 1 hệ điều hành

có thể hỗ tợ cả OS/2 và POSIX APIs

 Trước đó , NT đã được hỗ trợ để sử dụng trong OS/2 API như môi trường riêng của nó nhưng trong suốt quá trình phát triển, NT được thay đổi

đẻ sử dụng trong Win32 API, điều này phản ánh tính phổ biến của của Windows 3.0

∗ Cấu trúc mô đun cho phép những hệ thống con môi trường bổ sung

sẽ được thêm vào nhưng không gây ảnh hưởng đến Executive

 Tính linh động- XP có thể được di chuyển từ kiến trúc phần cứng tới những phần khác mà ít có sự thay đổi.

∗ Được viết bằng C và C++.

∗ Một mã thuộc bộ xử lý bị cô lập trong thư viện liên kết động(DLL) được gọi là lớp “trừu tượng hóa phần cứng”(HAL).

Nguyên lý thiết kế(tt).

những cơ chế bảo vệ phần mềm cho những tài nguyên của

hệ điều hành.

1003.1(POSIX) có thể được tuân theo để chạy trên XP

không có sự thay đổi mã nguồn.

những phần khác thông qua sự chuyển thông báo hiệu quả cao.

hệ thống phản hồi nhanh những sự kiện(event) ngoài.

nhau qua chương trình hỗ trợ ngôn ngữ quốc gia (NLS) API

Cấu trúc của XP.

 Hệ thống được sắp lớp của mô đun

 Chế độ protected(bảo vệ)-HAL, KERNEL,

Sơ đồ mô tả kiến trúc XP.

∗ Khôi phục lại hệ thống sau khi mất nguồn.

 Kernel được định hướng đối tượng ,sử dụng hai object:

∗ Dípatcher object -khối điều phối - kiểm soát sự điều phối và đòng bộ hóa (các event, mutant, mutexe, semaphore, tiểu trình và timer).

∗ Control object -khối điều khiển - (Những lời gọi thư tục không đồng

bộ, các ngắt, thông báo nguồn, tình trạng nguồn, tiến trình và hồ sơ các đối tượng)

Kernel (tt)-Tiến trình và tiểu trình.

 Tiến trình bao gồm một không gian địa chỉ bộ

nhớ ảo riêng, các thông tin (độ ưu tiên cơ bản)

và sự giống nhau về cấu trúc của một hay nhiều

thông tin tính toán

 1 tiểu trình có thể có 1 trong 6 trạng thái :ready, standby, running, waiting, transition, và

terminated

Kernel(tt)-Sự lập lịch.

 Khối điều phối sử dụng sơ đồ 32 mức đặc quyền để xác định mệnh lệnh thi hành tiểu trình.

 Các đặc quyền được chia thành 2 lớp:

∗ Lớp real-time(thời gian thực) chứa các tiểu trình có đặc quyền từ 16 tới 31.

∗ Lớp variable(biến) chứa các tiểu trình có đặc quyền từ 0 tới 15.

 Đặc trưng của chiến lược đặc quyền trong XP.

∗ Các tiểu trình tương tác với nhau với nhau sử dụng chuột và

windows có xu hướng thời gian đáp ứng nhanh.

∗ Cho phép các tiểu trình trong phạm vi I/O giữ các thiết bị I/O trong tình trạng busy.

∗ Các tiểu trình giới hạn bổ sung chạy thử lần đầu các chu trình CPU

Sự lập lịch(tt).

 Sự lập lịch xuất hiện khi có 1 tiểu trình trong

trạng thái ready (sẵn sàng) hay wait (đợi),khi

tiểu trình kết thúc hoặc khi 1 appplication(trình

ứng dụng) thay đổi quyền ưu tiên của 1 tiểu trình hoặc mối quan hệ giữa các bộ xử lý

 Các tiểu trình real-time(thời gian thực) được cấp quyền ưu tiên khi truy cập đến CPU,nhưng XP không bảo đảm các tiểu trình này sẽ chạy được trong bất kỳ giối hạn thời gian đặc biệt nào

∗Được biết đến với tên soft realtime(thời gian

thực mềm)

Bảng các yêu cầu ngắt của Windows XP

Kernel-Trap handling(Bẫy lỗi)

 Kernel cung cấp các bẫy lỗi khi các ngoại lệ và ngắt được sinh ra từ phần cứng hay phần mềm

 Các ngoại lệ không thể bị xử lý bằng bẫy lỗi sẽ

bị xử lý bởi các khối điều phối của kernel

 Điều phối ngắt trong kernel xử lý ngắt được gọi

là thủ tục phục vụ ngắt (như trong bộ điều khiển thiết bị)hoặc 1 đoạn chương trình kernel cài đặt sẵn

 Kernel sử dụng khóa spin để lưu trú trong bộ

nhớ toàn thể để thực thi đa xử lý loại trừ lẫn

nhau

Executive-quản lý object.

 XP sử dụng các object cho tất cả các tác vụ và thực thể của nó Quản lý object giám sát sự sử dụng của tất cả đối tượng

∗Phát sinh một đối tượng điều khiển

∗Kiểm soát sự bảo mật

∗Lưu trữ các track khi các tiến trình sử dụng mỗi object

 Các object được thao tác bởi 1 tập phương thức tiêu chuẩn,bao gồm:create, open, close, delete, query name, parse và security

Executive –Đặt tên object.

 Executive của XP bắt buộc bất kỳ 1 object nào cũng phải

có tên, dù là tạm thời hay vĩnh viễn.

 Ten object có cấu trúc giống như tên đường dẫn file

trong MS-DOS và UNIX.

 XP bổ sung 1 symbolic link object, tương tự như

symbolic link trong UNIX, cho phép nhiều biệt danh hay

bí danh có thể tham chiếu tới cùng một file

 Một tiến trình có 1 object điều khiển , được tạo ra từ việc

mở hay đóng object, việc nhận 1 chỉ thị lặp lại từ 1 tiến trình khác, hoặc được thừa kế từ tiến trình gốc.

 Mỗi object được bảo vệ bởi 1 danh sách điều khiển truy nhập.

 Quản lý bộ nhớ ảo trong XP sử dụng 1 sơ đồ quản lý

trang cơ bản, với kích thước của 1 trang là 4KB.

 Nó sử dụng 2 bước tiến trình để cấp phát bộ nhớ.

∗ Bước 1 :lưu trữ 1 phần không gian địa chỉ tiến trình.

∗ Bước 2 :ủy thác sự cấp phát bằng cách phân vùng

không gian cho 2000 bản trang.

Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ ảo.

Quản lý bộ nhớ ảo(tt).

 Việc chuyển đổi địa chỉ ảo trong XP sử dụng vài cấu trúc dữ liệu.

∗ Mỗi tiến trình có 1 thư mục trang chứa 1024 mục trang có kích thước

4 byte.

∗ Mỗi thư mục trang trỏ tới 1 bảng trang chưa khoảng 1024 mục bảng trang (PTEs) có kích thước 4 byte

∗ Mỗi PTE trỏ tới 1 khung trang 4KB trong bộ nhớ vật lý.

 10 bit nguyên biểu thị các giá trị từ 0 đến 1023,vì vậy có thể chọn bất kỳ mục nào trong thư mục trang hay bảng trang.

 Thuộc tính này được sử dụng khi chuyển đổi 1 con trỏ địa chỉ ảo tới

1 địa chỉ phụ trong bộ nhớ vật lý.

 Một trang có thể có 1 trong 6 chế độ:valid, zeroed, free standby,

modified và bad.

Chuyển đổi địa chỉ vật lý.

 10 bit cho mục thư mục trang, 20 bit cho mục

bảng trang và 12 bit cho byte offset trong trang

Trang sắp xếp trang-Mục vào bảng

5 bit cho sự bảo vệ trang,20 bit cho địa chỉ

khung trang,4 bit để lựa chọn phân trang và 3 bit

mô tả trạng thái trang.V=0

Executive-quản lý tiến trình

 Cung cấp những dịch vụ cho tạo,xoá và sử dụng những dòng và những tiến trình

 Những vấn đề như nguồn gốc, những mối liên

hệ hoặc những sự phân cấp tiến trình để lại cho

hệ thống con môi trường đặc biệt mà sở hữu

tiến trình

Executive-phương tiện gọi thủ tục cục bộ

 Những yêu cầu và những kết quả chuyển qua LPC giữa client và server bên trong 1 máy đơn

 Đặc biệt, nó được sử dụng khi đòi hỏi những dịch vụ từ nhiều hệ thống con XP

 Khi một kênh LPC được tạo ra,một trong ba kỹ thuật

những kiểu chuyển qua thông báo phải được chỉ rõ

 Kiểu đầu tiên thích hợp cho thông báo nhỏ,trên 256 byte; thông báo được sao chép từ 1 tiến trình này tới 1 tiến trình khác

 Kiểu thứ hai tránh sự sao lại nững thông báo bởi việc trỏ vào 1 đối tượng dùng chung tạo ra cho kênh

 Phương pháp thứ ba, LPC được gọi nhanh được sử dụng bởi những phần giao diện đồ hoạ của hệ thống con Win32

 Lưu lại những hệ tập tin thiết đặc nặng và quản lý những

bộ đệm cho yêu cầu I/O

 Làm việc với XP cache manager, những nơi lưu trữ cho toàn bộ hệ thống I/O

 Hỗ trợ cả hệ thống đồng bộ và không đồng bộ

 Cung cấp thời gian ra cho những bộ điều khiển 1 để gọi đến nơi khác

File I/O

Executive-Bộ kiểm tra chuẩn an toàn

 Hướng đối tượng XP cho phép sử dụng một cơ chế đồng dạng thực hiện những sự kiểm tra

logic và kiểm soát truy nhập thực hiện cho mỗi thực thể trong hệ thống

 Mỗi khi một quá trình mở một handle tới một đối tượng, bộ kiểm tra chuẩn an toàn kiểm tra tiến trình an toàn và điều khiển đối tượng truy nhập liệt kê đến tiến trình có được hay không

Executive – Plug-and-Play Manager

 Plug-and-Play (PnP) manager được sử dụng để đoán nhận và lắp vào để làm thay đổi thích nghi trong phần cứng

 Khi những thiết bị mới được thêm (cho ví dụ,

LPC hoặc USB), PnP tải bộ điều khiển thích hợp

 Manager cũng theo dõi những tài nguyên được

sử dụng bởi mỗi thiết bị

Những hệ thống con môi trường

 Người sử dụng tiến trình sắp thành từng lớp qua những dịch vụ của XP để cho phép XP chạy những chương

trình phát triển cho hệ điều hànhkhác

 XP sử dụng hệ thống phụ Win32 như hệ điều hành môi trường chính, Win32 được sử dụng để khởi động tất cả các tiến trình

 Nó cũng cung cấp tất cả bàn phím, con chuột và giao diện đồ hoạ có khả năng hiển thị

 Môi trường MS-DOS thì do một Win32 cung cấp, ứng dụng gọi là thực tế làm máy (VDM) một người sử dụng kiểu tiến trình trang và dòng XP được gửi đi như mọi

kiểu khác

Những hệ thống con môi trường(tt)

 Môi trường Window 16 bit

 Được cung cấp bởi 1 VDM hợp nhất trên về Windows

 Cung cấp những thủ tục Windows 3.1 kernel và thủ tục con cho Window manager những hàm GDI

 Hệ thống con POSIX được thiết kế để chạy

những ứng dụng sau tiêu chuẩn POSIX1 dựa

vào mô hình UNIX

Những hệ thống con môi trường(tt)

 Hệ thống con OS/2 được chạy ứng dụng OS/2

Hệ tập tin

 Cấu trúc cơ bản của hệ tập tin XP(NTFS) là một bộ đĩa

 Được tạo ra bởi người quản trị viên đĩa tiện ích XP

 Dựa vào một sự phân chia đĩa logic

 Có thể chiếm 1 phần của đĩa,toàn bộ đĩa hoặc kéo dài qua vài đĩa.

 Tất cả siêu dữ kiện như thông tin về bộ đĩa, được cất giữ trong 1 file bình thường

 NTFS sử dụng cluster như 1 đơn vị nằm dưới (ưu tiên) của định vị đĩa

 1cluster la 1 số của đĩa sectors,là 1 luỹ thừa của 2

 Vì kích thước cluster nhỏ hơn hệ tập tin FAT 16 bit nên

số lượng của sự phân đoạn bên trong được giảm bớt.

Cách bố trí bên trong hệ tập tin

 NTFS sử dụng số cluster logic(CLNs) như những đĩa chỉ đĩa

 1 file trong NTFS không phải là 1 dòng byte đơn giản như trong

MS-DOS hoặc UNIX, nó là 1 đối tượng có cấu trúc gồm có những thuộc tính

 Mỗi file trong NTFS được mô tả bởi 1 hoặc hơn bản ghi trong 1

mảng được lưu trữ trong 1 file đặc biệt gọi là Bảng tập tin

gốc(Master File Table (MFT))

 Mỗi file trên 1 bộ đĩa NTFS có một ID duy nhất gọi là một file tham chiếu.

 Số lượng 64 bit mà gồm file 48 bit số và 16 bit số nối tiếp

 Có thể sử dụng để thực hiện kiểm tra sự nhất quán bên trong

 Vùng tên NTFS được tổ chức bởi một phân cấp của những thư

mục, chr số gốc chứa đựng nức đỉnh của B+ cây

Khôi phục hệ tập tin

 Tất cả các sự cập nhật cấu trúc dữ liệu hệ tập tin đều được thực hiện bên trong những giao

 Sau một phá huỷ, những cấu trúc dữ liệu tập tin có thể được khôi phục tới một trang thái thích hợp bởi việc xử

lý những bản ghi.

trước khi phá huỷ.

 Bản ghi được lưu trữ trong tâp tin siêu dữ kiện thứ ba tại phần đầu của bộ đĩa

 Ghi dữ liệu đặc biệt do dịch vụ bản ghi XP cung cấp

Sự quản lý và lỗi dung sai bộ đĩa

 FtDisk,bộ điều khiển đĩa khoan dung lỗi cho XP, cung cấp vài

đường đi để kết hợp nhiều ổ đĩa SCSI vào trong bộ đĩa logic 1.

 Ghép nối nhiều đĩa logic để hình thành 1 bộ đĩa logic lớn, một tập hợp bộ đĩa.

 Xen kẻ nhiều phân chia vật lý trong kiểu cách lần lươt đẻ hình

thành 1 tập hợp sọc(cũng được gọi là RAID mức 0, hoặc “disk

striping”)

 Mức biến đổi :sọc đặt với chẵn lẻ,hoặc RAID mức 5.

 Sự nhân bản đĩa hoặc RAID mức1 là một lược đồ mạnh mà sử

dụng 1 tập hợp phản chiếu -2,sự phân chia 2 phần kích cở bằng nhau trên 2 đĩa với nội dung dữ liệu đồng nhất.

 Để giải quyết những khu vực đĩa bị hỏng,FtDisk sử dụng một kỹ

thuật phần cứng được gọi khu vực NTFS dành dụm sử dụng một kỹ thuật phần mềm gọi ánh lại cluster

Dung lượng chứa trên 2 ổ đĩa

Stripe Set on Two Drives

Stripe Set With Parity on Three Drives

Mirror Set on Two Drives

Hệ tập tin-Sự nén

 Để nén 1 tập tin,NTFS chia cắt dữ liệu tập tin

vào trong những đơn vị nén,mà là những khối của 16 cluster kề nhau

 Cho những tập tin rãi rác, NTFS sử dụng kỹ

 Khi đọc 1 tập tin, nếu 1 chỗ trống trong cluster ảo là số được tìm thấy, NTFS đó chính là phần của người goi bộ đệm.

Nối mạng

 XP hỗ trợ nối mạng giữa các máy tính tương đương và giữa các client/server ,nó cũng có những phương tiện cho quản lý mạng.

 Để mô tả nối mạng bên trong XP,chúng ta chuyển tới

những mặt nối mạng bên trong:

 NDIS(sự quy định về mặt giao diện thiết bị mạng)-phân ra

những bộ tiếp hợp mạng từ những thủ tục hoặc có thể được thay đổi mà không ảnh hưởng tới cái khác.

 TDI(giao diện bộ điều khiển)-cho phép bất kì thành phần lớp

nào sử dụng bất kì cơ chế chuyển nào có sẵn.

 XP thực hiện những thủ tục vận chuyển những bộ điều khiển mà có đã nạp và không bị hệ thống động.

 Thiết lập những tên logical trên mạng.

 Thiết lập những kết nối logical của những hệ thống mạng giữa hai logical trên mạng.

 Hỗ trợ sự di chuyển dữ liệu đáng tin cậy cho một hệ thống qua yêu

Nối mạng_Nghi thức(tt)

 Net BEUI (giao diện người dùng được mở rộng

NetBIOS):hình thức mặc định cho nối mạng và Windows

95 cho những nhóm làm việc;khi sử dụng XP có thể chia

sẻ được tài nguyên.

 XP sử dụng TCP/hình thức internet IP để nối tới một đa dạng rộng những nền tảng hệ điều hành và phần cứng.

 PPTP(hình thức xuyên đường hầm từ điểm tới điểm)

được sử dụng truyền thông giữa những môđun bộ dich

vụ truy nhập từ xa chạy về những máy XP mà được nối qua internet.

 Hình thức XP NWLink nối NetBIOS tới những mạng

NovellNetWare.

Nối mạng_Nghi thức(tt)

 Hình thức điều khiển nối dữ liệu (DLC)là những máy in được sử dụng truy nhập những máy tính lớn và HPIBM mà trực tiếp được nối tới mạng

 Những hệ thống XP có thể giao diện với những máy tính Macintosh qua hình thức cuộc chuyện trò quả táo nếu máy chủ XP đang chạy windows

XP những dịch vụ cho Macintosh đóng gói

Nối mạng_Xử lý cơ chế

 XP hỗ trợ những ứng dụng phân tán qua tên NetBIOS ,tên ống và những lỗ windows,những thủ tục từ xa(RPC),và sự trao đổi dữ liệu mạng động(Net DDE).

 Những ứng dụng NetBIOS có thể chuyển qua sử dụng mạng

NetBEUI,NWLink hoặc TCP/IP.

 Tên ống là cơ chế truyền tin hướng kết nối mà tên ống đặt tên quy ước(UNC).

 Mailslots là một cơ chế truyền tin không kết nối mà được sử dụng cho những ứng dụng phát thanh,tất cả để tìm những thành phần trên mạng.

 Wínock,những lỗ của những cơ sở API,là một giao diện điều hành lớp mà cung cấp một giao diện được tiêu chuẩn hoá tới nhiều thủ tục vận chuyển hoá tới nhiều thủ tục vận chuyển hoá mà có thể có những sơ đồ định vị khác nhau.

Những cơ chế xử lý phân bố

 Cơ chế XPRPC đi theo rộng rãi _sử dụng môi

trường tính toán phân tán chuẩn cho những

thông báo RPC như vậy những chương trình

viết để sử dụng XP RPCS thì rất di động

 Những thông báo RPC được gửi sử dụng

NetBIOS,hoặc Winsock trên TCP/mạng IP,hoặc giữa tên ống trên mạng chủ LAN.

 XP cung cấp ngôn ngữ định nghĩa giao diện microsoft

để mô tả những tên thủ tục từ xa, đối số và kết quả.

 Một rediretor lại là một client_đối tượng mà ứng dụng

vào/ra yêu cầu tới những file nhỏ,nơi chúng được thoả

mãn bởi server.

 Cho sự thực hiện và sự an toàn,những rediretor và server chạy trong phương thức chính