Giáo trình hướng dẫn phân tích khái niệm tổng quan về hệ điều hành và quản lý tài nguyên của hệ thống p8 docx

 Đa tiểu trình được thực hiện trong một tiến trình đơn, mỗi tiểu trình có
thể thực hiện đồng thời trên các processor khác nhau.
 Cho phép các thành phần khác nhau của hệ thống như device driver,
server process chạy tốt trên hệ thống multiprocessor.
I.6.8. Kiến trúc của Windows 2000
 Kernel Mode & User Mode
Để bảo vệ hệ điều hành tránh sự truy cập và/hoặc thay đổi bất hợp lệ của các
chương trình ứng dụng của người sử dụng, Windows 2000 sử dụng hai chế độ xử lý
truy cập: Kernel mode và User mode. Các chương trình ứng dụng của người sử
dụng chạy trong user mode, trong khi đó các dịch vụ hệ thống và các chương trình
điều khiển thiết bị của hệ điều hành chạy trong kernel mode. Kernel mode chỉ đến
một chế độ của việc thực hiện trong processor mà ở đó nó có toàn quyền truy cập
đến tất cả hệ thống bộ nhớ và tất cả các chỉ thị của CPU. Trong cấu trúc này phần
mềm hệ điều hành được cung cấp một mức đặc quyền cao hơn so với mức đặc
quyền của các chương trình ứng dụng của người sử dụng. Processor cung cấp các
cơ sở cần thiết để người thiết kế hệ điều hành đảm bảo rằng các ứng dụng không
thể phá vỡ trạng thái ổn định của hệ thống và làm hỏng nó.
Các tiểu trình trong user mode thực hiện trong không gian địa chỉ bộ nhớ
được bảo vệ, mỗi thành phần trong user mode sở hữu một không gian địa chỉ tiến
trình riêng. Trong khi đó Windows 2000 không cung cấp bất kỳ một sự bảo vệ nào
trên các không gian bộ nhớ riêng được sử dụng bởi các thành phần chạy trong
kernel mode. Trong một tuyên bố khác, trong kernel mode, mã hệ điều hành và các
chương trình điều khiển thiết bị hoàn toàn có thể truy cập đến không gian bộ nhớ
hệ thống và có thể vượt qua sự giám sát an toàn của Windows 2000 để truy cập đến
các đối tượng. Bởi vì phần lớn mã của hệ điều hành Windows 2000 chạy trong
kernel mode, các thành phần quan trọng nhất của hệ điều hành chạy trong kernel
mode được thiết kế và được kiểm tra rất cẩn thận để đảm bảo rằng nó không vi
phạm đến sự an toàn của hệ thống.
Chú ý: Kiến trúc của processor Intel x86 định nghĩa 4 cấp/ vòng đặc quyền truy
cập (Privilege levels/ Rings), để bảo vệ code và data của hệ thống, tránh sự ghi đè
(overwrite) có chủ ý (maliciously) hoặc không chủ ý (inadvertently) bởi các code

có cấp đặc quyền truy cập thấp hơn. Windows 2000 sử dụng cấp 0/ vòng 0 cho
Kernl mode và cấp 3/ vòng 3 cho Uer mode. Nguyên nhân mà Windows 2000 chỉ
sử dụng có 2 cấp là do một vài kiến trúc phần cứng trước đó, chẳng hạn như
Compaq Alpha và Silicon Graphics, chỉ được cài đặc 2 cấp đặc quyền truy cập.
 Kiến trúc của Windows 2000
Hình vẽ 1.12 sau đây cho ta thấy kiến trúc đã được đơn giản hoá của
Windows 2000.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.

d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e

w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

Hình vẽ cho ta thấy kiến trúc của hệ điều hành Windows 2000 được chia
thành hai phần: User mode và Kernel mode. User mode bao gồm các thành phần:
System support processes, Service Processes, User applications, và Environment
subsystems, mỗi thành phần này sở hữu một không gian địa chỉ tiến trình riêng.
 Các thành phần trong User mode:
 System support processes (các tiến trình hỗ trợ hệ thống): Như là tiến
trình logon, quản lý các Session, các thành phần này không phải là các dịch
vụ của Windows 2000, do đó nó không được khởi động bởi thành phần
Service Control Manager.
Service processes (các tiến trình dịch vụ): Đó là các dịch vụ chủ Win32, như
là dịch Task Scheduler và Spooler, và cungc có thể là các ứng dụng server
Windows 2000 như là Microsoft SQL Server, Exchange Server và các thành
phần chạy như là các dịch vụ.
 User applications (các ứng dụng người sử dụng): Nó có thể là một
trong năm loại sau: Win32, Windows 3.1, MS_DOS, POSIX, hoặc OS/2 1.2.
 Environment subsystems (các hệ thống con môi trường): nó đưa ra các
dịch vụ nguyên thuỷ của hệ điều hành, các ứng dụng của người sử dụng
thông qua một tập các hàm có thể gọi được, do đó nó cung cấp một môi
trường hệ điều hành cho các ứng dụng. Windows 2000 đưa ra ba hệ thống
con môi trường: Win32, POSIX và OS/2, trong đó Win32 là hệ thống con
đặc biệt nhất, Windows 2000 không thể chạy nếu không có nó, do đó nó phải
System
Support Processes

Service
Processes
User
Applicatioes

Environment
SubsystemÐ

Subsystem DLLs
Executive

Kernel Device Drivers
Hard Abstraction Layer
Windows
And Graphics


Hình 1.12
: Kiến trúc được đơn giản của Windows 2000

Kernel mode



User mode



Click to buy NOW!
P

D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c

k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o

c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
luôn ở trạng thái chạy ngay sau khi hệ thống được khởi động. POSIX và
OS/2 được cấu hình là chỉ khởi tạo khi cần. Các ứng dụng được viết trên các
hệ điều hành khác nhau có thể chạy trên Windows 2000 nhờ sử dụng các
environment subsystem.
 Subsystem DLLs (hệ thống con các thư viện liên kết động): Hình trên
cho thấy trong Windows 2000 các ứng dụng của người sử dụng không thể
gọi trực tiếp các dịch vụ nguyên thủy của hệ điều hành, mà chúng phải thông
qua một hoặc nhiều các DLL. Vai trò của các Subsystem DLL là chuyển các
yêu cầu gọi hàm vào bên trong các dịch vụ hệ thống của Windows 2000.
 Các thành phần trong Kernel mode:
 Windows 2000 Executive: Chứa các dịch vụ cơ sở của hệ điều hành,
như là: quản lý bộ nhớ, quản lý các tiến trình và tiểu trình, quản lý sự an toàn
hệ thống, quản lý I/O, và thực hiện việc truyền thông liên tiến trình.
 Windows 2000 Kernel: Bao gồm các chức năng cấp thấp của hệ điều
hành như là: lập lịch tiểu trình, đồng bộ cho các hệ thống multiprocessor. Nó
cũng cung cấp một tập các thường trình và các đối tượng cơ sở mà Executive
sử dụng để cài đặt các chức năng cấp cao.
 Device drivers (các trình điều khiển thiết bị): Bao gồm cả hai: điều

khiển thiết bị phần cứng và điều khiển hệ thống file và mạng. Điều khiển
thiết bị phần cứng có nhiệm vụ chuyển các lời gọi hàm I/O từ phía người sử
dụng thành các yêu cầu I/O thiết bị phần cứng cụ thể.
 HAL: Hardware Abstraction Layer (lớp phần cứng trừu tượng): Lớp
này làm trừu tượng hoá các chi tiết phần cứng bên trong của PC, làm cho
Windows 2000 Server tương thích với nhiều kiến trúc phần cứng khác nhau.
Nó cho phép Windows 2000 chạy trên các nền vi xử lý khác nhau như Intel
và Alpha, mà không cần duy trì 2 version khác của Windows 2000 Execute.
HAL bảo vệ tất cả phần cứng và hỗ trợ các nền cụ thể cần cho mỗi thành
phần trong hệ thống đối với tất cả phần cứng và hỗ trợ nềm cụ thể. HAL
được cài đặt như là một DLL và đóng vai trò như là giao diện giữa các thành
phần phần cứng và phần mềm.
 Window Manager and Graphical Device Interface (GDI): Window
Manager và GDI được sử dụng để quản lý hệ thống hiển thị. Window
Manager bảo vệ màn hình và nhận các lệnh từ các thiết bị nhập như là Mouse
hoặc bàn phím. GDI điều khiển việc vẽ và thực hiện các thao tác đồ hoạ với
sự giúp đỡ của các chức năng khác nhau được định nghĩa trước.
Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn về một số thành phần trong kiến trúc của
hệ điều hành Windows 2000:
 Environment Subsystem và Subsystem DLL:
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n

g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D

F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k

.
c
o
m
Vai trò của hệ thống con môi trường là đưa ra một vài tập con cơ sở các dịch
vụ hệ thống trong Windows 2000 executive cho các ứng dụng. Mỗi hệ thống
con có thể cung cấp truy cập đến các tập con khác nhau của các dịch vụ
nguyên thủy của Windows 2000. Từ một ứng dụng được xây dựng trên một hệ
thống con này không thể gọi đến một ứng dụng được xây dựng trên một hệ
thống con khác.
Các lời gọi hàm không thể lẫn lộn giữa các hệ thống con. Tức là một
ứng dụng trên POSIX chỉ có thể gọi các dịch vụ được đưa ra bởi hệ thống con
POSIX, và một ứng dụng Win32 chỉ có thể gọi các dịch vụ được đưa ra bởi hệ
thống con Win32.
Như đã biết các ứng dụng người sử dụng không thể gọi trực tiếp các
dịch vụ hệ thống của Windows 2000 mà phải thông qua một hoặc nhiều các hệ
thống con DLL. Các hệ thống con DLL Win32 như kernel32.dll,
Advapi32.dll, User32.dll và Gdi32.dll, cài đặt các hàm Win32 API, để các ứng
dụng của người sử dụng gọi nó thông qua tập hàm này. Khi một ứng dụng gọi
một hàm trong hệ thống con DLL, thì một trong ba trường hợp sau sẽ xảy ra:
 Hàm được cài đặt hoàn toàn trong hệ thống con DLL. Nói cách khác là
không có thông điệp gởi tới tiến trình Vai trò của hệ thống con môi trường,
và không có một dịch vụ hệ thống nào trong Windows 2000 executive nào
được gọi. Hàm được thực hiện trong user mode và kết quả được trả về cho
chương trình gọi.
 Hàm yêu cầu một hoặc nhiều lời gọi đến Windows 2000 executive. Ví
dụ khi các hàm Win32 ReadFile và WriteFile được gọi thì nó phải gọi đến
các dịch vụ hệ thống I/O NtReadFile và NtWriteFile trong Windows 2000.
 Hàm yêu cầu một vài công việc để thực hiện trong tiến trình,.của hệ
thống con môi trường. Các tiến trình của hệ thống con môi trường chạy trong

user mode, chịu trách nhiệm duy trì trạng thái của các ứng dụng client chạy
dưới sự điều khiển của nó. Trong trường hợp này một client/server yêu cầu
tạo một hệ thống con môi trường qua một thông điệp gởi tới một hệ thống
con để thực hiện một vài thao tác. Hệ thống con DLL thì đợi trả lời trước khi
trả về cho ứng dụng gọi.
Một vài hàm có thể kết hợp 2 trong 3 trường trên, như các hàm Win32:
CreateProcess và CreateThread.
Tập tin Ntdll.Dll là một hệ thống đặc biệt, nó hỗ trợ thư viện chính cho việc
sử dụng các hệ thống con DLL. Nó chứa hai loại hàm sau:
 Dịch vụ hệ thống gởi đến các dịch vụ hệ thống Windows 2000
executive.
 Các hàm hỗ trợ bên trong được sử dụng bởi các hệ thống con, các hệ
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e

r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g

e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
thống con DLL và các hàm nguyên thủy điển hình khác.
Các hàm ở nhóm đầu tiên cung cấp một giao diện để Windows 2000
executive có thể được gọi từ user mode. Có hơn 200 hàm như thế và các hàm này
có thể truy cập thông qua Win32 API.

Ntdll cũng chứa các hàm hỗ trợ như là image loader, heap manager và các
hàm truyền thông tiến trình Win32.
 Executive:
Windows 2000 executive là lớp trên của Ntoskrnl.exe (kernel là lớp thấp).
Executive bao gồm các hàm sau:
 Các hàm được đưa ra và có thể gọi từ user mode. Đây là các hàm được
gọi và được đưa ra qua Ntdll. Hầu hết các dịch vụ là được truy cập thông qua
các hàm Win32 API hoặc các API của các Vai trò của hệ thống con môi
trường khác.
 Các hàm chỉ có thể được gọi từ kernel mode, nó được đưa ra và được
cung cấp in Windows 2000 DDK Windows 2000 Installable File System
(IFS) Kit.
 Các hàm được đưa ra và có thể gọi từ kernel mode nhưng không được
giới thiệu trong Windows 2000 DDK và IFS Kit.
 Các hàm được định nghĩa nhưng không được đưa ra. Đây là các hàm
hỗ trợ bên trong, nó được gọi trong phạm vi Ntoskrnl.
Windows 2000 Executive chứa các thành phần quan trọng sau đây:
 Configuration Manager (quản lý cấu hình): chịu trách nhiệm cài đặt và
quản lý Registry hệ thống.
 I/O Manager (quản lý I/O): Thành phần này chuyển các lệnh đọc/ ghi
trong user mode đến việc đọc/ghi của IRP (I/O Request Packets). Nó gồm
có: các hệ thống file, các điều khiển thiết bị, quản lý bộ nhớ cache, quản lý
bộ nhớ ảo.
 InterProcess Communication - IPC Manager (quản lý truyền thông
liên tiến trình): Quản lý IPC là tạo liên kết giữa client và server.
Environment subsystem đóng vai trò như là một client và Executive đóng vai
trò như là một server. Nó được tạo ra từ 2 thành phần: Remote Procedure
Call - RPC: giữ thông tin về kết nối giữa các client và các server trên các
máy tính khác nhau. Local Procedure Call - RPC: giữ thông tin về kết nối
giữa các client và các server trên cùng một máy tính.

 Security Manager (quản lý sự an toàn): Đây là thành phần tạo nên sự
an toàn hệ thống bằng cách bắt buộc các chính sách an toàn trên các máy
tính cục bộ.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w

w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m