System operacyjny Microsoft Windows€¦ · CD-ROM, uDiskOnChip, Flash, USB, sieć Ethernet...

Systemy Operacyjne Komputerów Przemysłowych

dr inż. Jan Schmidt

Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

Katedra Systemów Sonarowych

2019/2020

System operacyjny Microsoft Windows

Historia systemu operacyjnego Windows (Microsoft)

Data

opublikowania

Nazwa systemu

05 1990 Windows 3.0 (MS DOS 3.1)

04 1992 Windows 3.1 (MS DOS 5.0)

07 1993 Windows NT 3.1 (32b)

08 1995 Windows 95 (16/32b)

08 1996 Windows NT 4.0 (32b)

06 1998 Windows 98 (16/32b)

Historia systemu operacyjnego Windows (Microsoft)

Data

opublikowania

Nazwa systemu

02 2000 Windows 2000 (32b)

10 2001 Windows XP (32/64b)

(SP1, SP2, SP3)

11 2001

(SP3 10 2008)

Windows XP Embedded (32/64b)

05 2003 Windows 2003 Server (32/64b)

10 2009 Windows 7 (32/64b)

10 2012 Windows 8 (32/64b)

07 2015 Windows 10 (32/64b, ARM)

Architektura systemu Windows

Odseparowanie aplikacji od systemu operacyjnego

Kod użytkownika – wykonywany w trybie nieuprzywilejowanym (tryb użytkownika)

ograniczona liczba dostępnych interfejsów

ograniczona dostęp do danych systemowych

brak bezpośredniego dostępu do zasobów sprzętowych

Kod jądra – wykonywany w trybie uprzywilejowanym (tryb jądra)

pełny dostęp do danych systemowych

bezpośredni dostęp do zasobów sprzętowych


W trybie jądra komponenty używają tej samej przestrzeni pamięciowej

potencjalna możliwość uszkodzenia dane używane przez inne komponenty systemu

certyfikacja WHQL (Windows Hardware Quality Labs) – kontrola jakości i pochodzenia sterowników za pomocą technologii KMCS (Kernel-ModeCode Signing Requirements, wymagania dotyczące podpisywania kodu w trybie jądra)

ochrona jądra poprzez wirtualizację, funkcję Device Guard i HyperGuard


Składniki pracujące w trybie jądra – zaprojektowane z zasadami programowania obiektowego

składnik w celu uzyskania danej z innego składnika nie może jej bezpośrednio odczytać – musi zostać użyty formalny interfejs

System operacyjny został napisany w języku C bez wykorzystania konstrukcji języka obiektowego

np. polimorficzność funkcji, dziedziczenie klas


Rozbudowana ochrona systemu operacyjnego (części uprzywilejowanej)

system solidny i stabilny

Dedykowany do serwerów aplikacji, stacji roboczych:

usługi jądra

zarządzanie pamięcią wirtualną

obsługa plików wejścia-wyjścia

praca w sieci

współdzielenie plików i drukarek


Uproszczona architektura

Procesy użytkownika

Procesy usługowe

Procesy systemowe

Podsystemy środowiskowe

NTDLL.DLLTryb

użytkownika

Tryb jądraCentrum wykonawczeOkienka i grafika

JądroSterowniki urządzeń

Warstwa abstrakcji sprzętowej (HAL)

Hipernadzorca Hyper-V

Tryb jądra(kontekst

hipernadzorcy)


Procesy użytkownika:

Typy

32-/ 64-bitowe Windows’owe (Windows Runtime Windows 8 i

nowsze)

16-bitowe Windows 3.1

16-bitowe MS-DOS

32-/ 64-bitowe POSIX (starsze niż Windows 8)

Tryb użytkownika


Procesy usługowe:

Usługi systemu Windows:

Harmonogram zadań

Bufor wydruku

Działają niezależnie od zalogowanego użytkownika

Tryb użytkownika


Procesy systemowe:

Wbudowane procesy:

Logowanie użytkownika

Zarządzanie sesjami

Nie są uruchamiane przez menadżera sterowania usługami

Tryb użytkownika


Procesy serwera podsystemu środowiskowego:

Implementacja obsługi tej części środowiska systemu operacyjnego,

do której ma dostęp użytkownik i programista

Windows

POSIX (do Windows 2000)

OS/2 (do Windows XP)

Podsystem aplikacji systemu UNIX [SUA (Subsystem for UNIX-basedApplications)]

• (Windows 7 Ultimate i Enterprise, Windows Server 2008 R2)

WSL beta (ang. Windows Subsystem for Linux) – Windows 10 version 1607

Tryb użytkownika


Centrum wykonawcze

Podstawowe usługi systemowe:

Zarządzanie pamięcią

Zarządzanie procesami i wątkami

Ochrona

Wejście-wyjście

Łączność z siecią

Komunikacja między procesami

Tryb jądra (komponenty)


Jądro:

Niskopoziomowe funkcje systemu operacyjnego: Szeregowanie wątków

Obsługa przerwań i wyjątków

Synchronizacja wielu procesorów

Procedury i obiekty są wykorzystywane do implementacji konstrukcji

na wyższych poziomach abstrakcji



Sterowniki urządzeń:Komponent zawierający sterowniki urządzeń sprzętowych i nie-sprzętowych:

wywołania funkcji wejścia/wyjścia od użytkownika są przekładane na żądanie dostępu do konkretnego urządzenia

wywołania funkcji wejścia/wyjścia dotyczące elementów takich jak: system plików, łączność sieciowa



Warstwa abstrakcji sprzętowej (HAL- ang. Hardware Abstraction Layer)

Warstwa kodu separująca jądro, sterowniki urządzeń i centrum wykonawcze od sprzętu o różnych właściwościach (płyty główne o różnych konfiguracjach)



Okienka i grafikaFunkcje graficznego interfejsu użytkownika (GUI ang. Graphical User Interface)

Funkcje są przeznaczone do obsługi okien, kontrolek sterujących i grafiki



Hipernadzorca: poziom uprzywilejowania jak dla trybu jądra (0),

wykorzystuje specjalne instrukcje

(procesory Intel: VT-x , procesory AMD: SVM ),

możliwość odizolowania od jądra / monitorowanie jego i aplikacji.

Zawiera wewnętrzne warstwy i usługi:

system zarządzania pamięcią

wirtualny zarządca procesora

obsługa przerwań i zegara

procedury synchronizujące

zarządzanie partycjami

komunikacja między partycjami (IPC ang. inter-partition communication)



W systemie Windows aplikacje wywołują usługi systemowe

z pomocą podsystemowych bibliotek łączonych dynamicznie

tłumaczenie udokumentowanych funkcji na odpowiadające im wywołania wewnętrznych usług systemowych (nieudokumentowanych) zaimplementowanych przeważnie w Ntdll.dll

DLL ang. Dynamic-link Library


Główne pliki systemu Windows

Nazwa pliku Komponenty

Ntoskrnl.exe Centrum wykonawcze i jądro

Hal.dll HAL

Win32k.sys Część podsystemu (GUI) w trybie jądra

Hvix64.exe (INTEL), Hvax64.exe(AMD) Hipernadzorca

Pliki z rozszerzeniem .sys w katalogu

Windows\System32\Drivers

Pliki sterowników dla DirectX, zarządzania

pamięcią masową i obsługi TCP/IP, TPM i

ACPI

Ntdll.dll Funkcje pomocnicze i procedury

przekazujące obsługę usług systemowych

do funkcji wykonawczych

Kernel32.dll

Advapi32.dll

User32.dll

Gdi32.dll

Główne biblioteki podsystemu Windows

Wersje systemu Windows 10

Wersje klienckie

- desktopowe

Windows 10 Home

Windows 10 Pro

Windows 10 Education

Windows 10 Pro Education

Windows 10 Enterprise

Windows 10 Enterprise Long Term Servicing Branch (LTSB)

Windows 10 Mobile

Windows 10 Mobile Enterprise

Windows 10 IoT Core

Wersje systemu Windows 10

Wersje serwerowe

Windows Server 2016 Datacenter

Windows Server 2016 Standard

Windows Server 2016 Essentials

Windows Server 2016 MultiPoint Premium Server

Windows Storage Server 2016

Windows Hyper-V Server 2016

Porównanie

Wersja systemu

Windows

Liczba

obsługiwanych

gniazd

procesorów

(32 bitowa)

Wielkość

obsługiwanej

pamięci

fizycznej

(32 bitowa)

Liczba

obsługiwanych

procesorów

logicznych

(gniazd)

(64 bitowa)

Wielkość

obsługiwanej

pamięci fizycznej

(64 bitowa)

Windows 10 Home 1 4 GB 1 gniazdo 128 GB

Windows 10 Pro 2 4 GB 2 gniazda 2 TB

Windows 10

Enterprise

2 4 GB 2 gniazda 2 TB

Windows Serwer

2012 R2

Essentials

- - 2 gniazda 64 GB

Windows Serwer

2016 Standard

- - 512 procesorów

logicznych

24 TB

Windows Serwer

2016 Datacenter

- - 512 procesorów

logicznych

24 TB

Porównanie wersji

Wersje klienckie

Zoptymalizowane pod kątem szybkości reagowania na działania podejmowane przez użytkownika (posiadając możliwości serwerowe)

Wersje serwerowe

Zoptymalizowane pod kątem wydajności

Windows Embedded

Produkty te posiadają odrębny kanał dystrybucyjny.

Cechą charakterystyczną tego kanału jest długotrwała dostępność oferowanych w nim systemów, w odróżnieniu do standardowych produktów Microsoftu.

Licencjonowanie systemów operacyjnych Microsoft Embedded odbywa się wyłącznie dla producentów sprzętu (OEM).

Wersje Windows CE

Windows CE 1.x

Windows CE HandheldPC 2.x

Windows CE 2.11 – Palm-Size PC 1.1

Windows CE 2.11 – Palm-Size PC 1.2

Windows CE HandeldPC 2.11 – HandheldPC Professional

Windows CE HandeldPC 3.x – HandheldPC 2000

Windows CE.net (4.x)

Windows CE 5.0 (2004)



Embedded Compact 2013 (2013)

Wersje Windows Embedded

Windows NT Embedded 4.0 (1999)

Windows XP Embedded (11.2001) oparty o Windows XP Pro

Windows XP Embedded Service Pack 3 (10.2008) oparty o Windows XP Pro

Windows Embedded Standard 2009 (II połowa 2008) oparty o Windows XP Pro (32b)

Windows Embedded Standard 7 (04.2010) oparty o Windows 7 Pro/Enterprise

Windows Embedded Standard 8 (05.2013)

Windows 10 IoT Enterprise 2015/2016/2019 LTSB (oparty o Windows 10 Enterprise)

Pozbawiony: aplikacji uniwersalnych (Windows UWP) oraz np. asystenta głosowego Cortana

Zawiera: Embedded Enabling Features (EEFs) oraz Lockdown Features

Windows 10 IoT Mobile

Windows 10 IoT Core (Raspberry Pi)

Podrodzina Windows Embedded Industry

Windows CE

System operacyjny opracowany przez firmę Microsoft Corp. jako system dla urządzeń przenośnych typu PDA (Personal Digital Assistant, komputer kieszonkowy) lub jako system wbudowany.

Obecne wersje Windows CE mają rozbudowany i przewidywalny system przerwań. Istnieją zastrzeżenia do używania statusu RTOS.

Windows CE

Zoptymalizowany dla urządzeń o minimalnej pamięci – jądro Windows CE może być uruchomione nawet w 1 MB pamięci.

Dla urządzeń nie posiadających dysku twardego, gdzie system konfiguruje się jako "zamknięty", bez obsługi dodatkowych rozszerzeń może być boot’owany z pamięci ROM/FLASH.

W większości PDA z systemem Windows CE jest również instalowany pakiet Microsoft Office, który obsługuje pliki z Pakietu Office z komputera PC

Oprócz obsługi przenośnych urządzeń, Microsoft oferuje również Windows CE w komputerach pokładowych samochodów wraz z systemem rozpoznawania mowy mającym zapewnić bezdotykową obsługę systemu operacyjnego (rynek amerykański).

Windows CE

obsługuje pamięć wirtualną, wielozadaniowość

32 bit

dostępny kod źródłowy systemu

Środowisko programistyczne używa wybranej grupy funkcji Win32 API (WinXP)

Wspiera wiele platform sprzętowych:

SH4, MIPS, x86, ARM, PowerPC

Wsparcie rozwiązań komunikacyjnych:

WinSock, RAS, TAPI 2.0, WinINet, TCP/IP, BT.

Wsparcie do różnych odbiorców „językowych”

Kodowanie znaków w Unicode

Dostępne SDK (Microsoft)

Windows CE

Sprzęt obsługiwany przez Windows CE

Sprawdzanie stanu baterii

Bluetooth HCI

Kamery cyfrowe

Sterownik Direct3D Mobile Display

Sterownik DirectDraw Display

Akceleracje sprzętową obrazu

Odtwarzacze DVD-Video

Pamięci flash

Urządzenia HID

Klawiatury

Myszy komputerowe

Sieć

Diody LED

Port równoległy

Karty PCI

Drukarki

Karty Secure Digital

Porty szeregowe

Karty elektroniczne

Interfejs strumieniowy

Timery

Ekran dotykowy

USB w typie host, szeregowego hosta, klienta

USB OTG

Windows XP Embedded (XPe)

Sprzęt obsługiwany przez Windows CE

modułowa budowa (12 tys. komponentów )

producenci mogą wybrać te, które są przeznaczone dla konkretnych urządzeń

umożliwia konfigurację i dostosowanie systemu do konkretnej

platformy sprzętowej,

większe możliwości w zakresie komunikacji sieciowej (nietypowe

interfejsy używane w np. automatyce),

szybkie opracowanie projektu,

wsparcie dla taniego sprzętu klasy PC,

możliwość uruchamiania już gotowych programów


Niezawodność: Oparty o jądro systemu Windows XP Proffesional

Poprawione bezpieczeństwo (WinXP)

Wspiera Win32 API


Alternatywne nośniki bootowalne:

CD-ROM, uDiskOnChip, Flash, USB, sieć Ethernet

Enhanced Write Filter (EWF) Technology

Pozwala na boot’owanie systemu z jakiegokolwiek nośnika tylko do odczytu (read-only)Ochrania dany napęd przez przekierowanie zapisu

Zdalne zarządzanie systemem

Możliwość skonfigurowania do pracy bez klawiatury, myszki lub wyświetlacza

( system działający bez interwencji użytkownika )

USB Filter – zabronioniony dostęp do wybranych urządzeń

Keyboard Filter – blokowanie określonych kombinacji klawiszowych


Ta

rge

t

De

sig

ne

r

Co

mp

on

en

t

De

sig

ne

r

Application

Binaries

App,

OS and EEF

Components

Hardware

Definition

Application

Components

OS

Image

XPe

Component

Database

Wersje systemu Windows Embedded

Windows Embedded

Support

Windows XP Professional for Embedded Systems, Extended Support will

end on April 8, 2014.

Windows XP Embedded Service Pack 3 (SP3), Extended Support will end on

Jan. 12, 2016.

Windows Embedded for Point of Service SP3, Extended Support will end on

April 12, 2016.

Windows Embedded Standard 2009, Extended Support will end on Jan. 8,

2019.

Windows Embedded POSReady 2009, Extended support will end on April 9,

2019.

Windows Embedded

Support

Windows

Konfiguracja systemu Windows

Narzędzia administracyjne

Edytor rejestru

Wiersz poleceń

PowerShell

Windows

Narzędzia administracyjne

Windows

Edytor rejestru

Windows

Wiersz poleceń

Windows

PowerShell

interpreter poleceń

zintegrowany z .NET Framework

od wersji Windows XP SP2 (2006)

skrypt PowerShell wykorzystuje API

systemu Windows

bardziej rozbudowany w stosunku do

interpreterów COMMAND.COM i cmd.exe

Windows

PowerShell

Cmdlety – specjalne komendy, implementujące konkretne funkcje (ok.130)

Komenda dwuczłonowa: czasownik-rzeczownik, gdzie czasownik (get, set,

clear, itp.), rzeczownik (location, host, process, itp)

rezultaty: obiekty lub ich zbiory

możliwość tworzenia potoków

Windows

PowerShell

Windows PowerShell

(Cmdlet)

Windows PowerShell

(Alias)

Opis

Set-Location sl, cd, chdir Zmienia aktualną lokalizację

Clear-Host cls, clear Czyści ekran

Copy-Item cpi, copy, cp Kopiuje obiekty (pliki)

Get-Help help, man Wyświetla pomoc do komend

Get-Command gcm Wyświetla listęp dostępnych

komend

Get-Location gl, cd, pwd Wyświetla ścieżkę do

obecnego katalogu

Move-Item mi, move, mv Przenosi plik/katalog do

nowej lokalizacji

Remove-Item ri, del, rmdir, rd, rm Usuwa obiekt (plik, katalog

itp.)

Rename-Item rni, ren Zmienia nazwę obiektu (pliku,

katalogu itp.)

Get-ChildItem gci, dir, ls Zwraca wszystkie obiekty w

bieżącej lokalizacji. (Na

przykład pliki w aktualnym

katalogu)

Write-Output echo, write Wyświetla łańcuchy, zmienne

itd na ekranie

Windows

PowerShell

Windows PowerShell

(Cmdlet)

Windows PowerShell

(Alias)

Opis

Pop-Location popd Zamienia aktualną lokalizację

na lokalizację ostatnio

przesuniętą na stos

Push-Location pushd Przesuwa aktualną

lokalizację na stos

Set-Variable sv, set Wyświetla wartość

zmiennej/Tworzy zmienną

Get-Content gc, type, cat Wyświetla zawartość obiektu

(np. pliku)

Get-Process gps, ps Wypisuje aktualnie

uruchomione procesy

Stop-Processspps, kill

Zatrzymuje uruchomiony

proces

Select-String sls Wyświetla dane, które są

zgodne z podanym ciągiem

znaków

Tee-Object tee Tuneluje wejście do pliku lub

zmiennej, przenosi wejście

wzdłuż tunelu

Invoke-WebRequestiwr, curl, wget

Pobiera zawartość strony

internetowej

Windows

SysInternals

Narzędzia do optymalizacji niezawodności i wydajności systemów Windows

Process Explorer

Autoruns

Process Monitor

ProcDump

PsTools

Narzędzia procesów i diagnostyki

Narzędzia zabezpieczeń

Narzędzia Active Directory

Narzędzia pulpitu

Narzędzia plikowe

Narzędzia dyskowe

Narzędzia sieciowe

Narzędzia informacji systemowej

Literatura

Windows od środka. Architektura systemu, procesy, wątki, zarządzanie pamięcią i dużo więcej. Wydanie VII. Pavel Yosifovich, Alex Ionescu, Mark E. Russinovich,David A. Solomon, 2018

Windows PowerShell w miesiąc. Wydanie III. Donald W. Jones, Jeffrey Hicks, 2018

Windows Sysinternals wykrywanie i rozwiązywanie problemów. Optymalizacja niezawodności i wydajności systemów Windows przy użyciu Sysinternals. Mark Russinovich, Aaron Margosis, 2017

System operacyjny Microsoft Windows€¦ · CD-ROM, uDiskOnChip, Flash, USB, sieć Ethernet...

Documents

Transcript of System operacyjny Microsoft Windows€¦ · CD-ROM, uDiskOnChip, Flash, USB, sieć Ethernet...