BÀI GIẢNG Windows XP

Chương 22:Windows XP
Lịch sử.
 Những nguyên lí thiết kế.
 Các hệ thống con môi trường.
 Hệ thống tập tin(file).
 Sự liên kết mạng(Networking).
 Giao diện chương trình


chương22

2


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.
chương22

3


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:
Tính linh động.
Bảo mật
Tuân thủ tiêu chuẩn POSIX.
Hỗ trợ đa xử lý.
Có tính mở rộng.
Sự hỗ trợ mang tính quốc tế
Tương thích với các trình ứng dụng trong MS-DOS
và MS-Windows .
Sử dụng kiến trúc nhân vi mô(micro-kernel).
Có 4 phiên bản :Professional, Server, Advanced Server,
National Server .

chương22

4


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.

chương22

5


Nguyên lý thiết kế.
Tính mở rộng-Kiến trúc sắp lớp.
∗Executive chạy trong chế độ bảo vệ,cung cấp các tác vụ hệ thống
cơ bản.
∗Lớp trên của của Executive là vài hệ thống con phục vụ vận hành
trong chế độ User.
∗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).


chương22

6


Nguyên lý thiết kế(tt).
Độ tin cậy-XP sử dụng sự bảo vệ phần cứng cho bộ nhớ ảo,
những cơ chế bảo vệ phần mềm cho những tài nguyên của
hệ điều hành.
 Tính tương thích_Những ứng dụng theo tiêu chuẩn IEEE
1003.1(POSIX) có thể được tuân theo để chạy trên XP
không có sự thay đổi mã nguồn.
 Sự thực thi-Hệ thống con của XP có khả năng giao tiếp với
những phần khác thông qua sự chuyển thông báo hiệu quả
cao.
∗Quyền ưu tiên trước của các tiểu trình ưu tiên thấp cho phép
hệ thống phản hồi nhanh những sự kiện(event) ngoài.
∗Thiết kế cho đa xử lý đối xứng.
 Sự hỗ trợ mang tính quốc tế-hỗ trợ cho những quốc gia khác
nhau qua chương trình hỗ trợ ngôn ngữ quốc gia (NLS) API .


chương22

7


Cấu trúc của XP.
 Hệ

thống được sắp lớp của mô đun.
 Chế độ protected(bảo vệ)-HAL, KERNEL,

EXECUTIVE.
 Chế độ User-Tập hợp những hệ thống con:
∗Hệ thống con môi trường mô phỏng các hệ điều
hành khác.
∗Những hệ thống con bảo vệ cung cấp những
chức năng bảo mật.

chương22

8


Sơ đồ mô tả kiến trúc XP.

chương22

9


Những thành phần hệ thống-Kernel .
Là nền tảng cho cho executive và các hệ thống con.
 Gồm 4 nhiệm vụ chính:
∗Lập lịch cho tiểu trình.
∗Xử lý ngắt và các ngoại lệ.
∗Đồng bộ hóa bộ xử lý mức thấp.
∗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).


chương22

10


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
bộ xử lý.
 Tiểu trình là đơn vị của execution được lập lịch
bởi khối điều phối của kernel .
 Mỗi tiểu trình có trạng thái riêng, bao gồm độ ưu
tiên, sự giống nhau về cấu trúc bộ xử lý và
thông tin tính toán.
 1 tiểu trình có thể có 1 trong 6 trạng thái :ready,
standby, running, waiting, transition, và
terminated.
chương22

11


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
phụ trên background.


chương22

12


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).
chương22

13


Bảng các yêu cầu ngắt của Windows XP

chương22

14


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.

chương22

15


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.
chương22

16


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.
chương22

17


Quản lý bộ nhớ ảo.
Thiết kế của quản lý bộ nhớ ảo đặt giả định rằng những
phần cứng nằm dưới hỗ trợ ảo được ánh xạ vật lý bằng
1 cơ chế phân trang, kết cấu lưu trữ minh bạch trong hệ
thống đa xử lý,và đặt tên định địa chỉ ảo .
 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.



chương22

18


Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ ảo.

chương22

19


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.


chương22

20


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.

chương22

21


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.

chương22

22


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

chương22

23


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

chương22

24


Executive-Quản lý I/O


Quản lý I/O là trách nhiệm cho










Hệ thống tập tin
Quản lý bộ đệm
Thiết bị
Bộ điều khiển

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
chương22

25


File I/O

chương22

26