WindowsServer2021体系结构分析.docx

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1、WindowsServer2023体系结构分析WindowsServer2003体系结构专业：智能弱电姓名：龚世伟绍兴乔波冰雪世界体育进展有限公司2010-7-30WindowsServer2003体系结构熟悉一个操作系统的体系结构就像熟悉一部汽车的工作原理一样，即使不明白汽车的技术细节，驾驶员也能驾驶汽车从A地到达B地。但是假如汽车出了毛病，就得把车送到车间或者修理工那里去修理。修理工会告诉您应该早些更换机油，或者者车胎需要做动平衡调整，或者者是火花塞被脏东西堵了。假如明白了汽车的工作原理，就会更好地保养汽车、减少损耗，甚至能够自己对它进行维修了。尽管操作系统比汽车发动机更复杂，但是道理是相

2、似的。假如熟悉核心部分的各类组件、文件系统与OS是如何利用处理器、内存、硬件等，就能够更好地管理机器。11操作系统模式基于WindOWS2000SerVer之上的WindoWS2003是一个模块化的、基于组件的操作系统。这个操作系统中的所有组件对象都提供接口，以便其他对象与进程与它们交互，从而利用这些组件所提供的各类功能与服务。这些组件协同工作便能执行特定的操作系统任务。Windows2003体系结构包含两个要紧的层次：用户模式与内核模式。这两种模式与各类子系统如图所示。用户模式内核模式执行程序服务便件拍象层(HardwareAbstraction1ayer,HA1)便件图ITWindowsS

3、erver2003系统体系结构（简图）12用户模式Windows2003用户模式层是一种典型的应用程序支持层，它由环境子系统与整合子系统构成，同时支持MiCrOSOft与第三方应用软件。它是操作系统的一部分，独立的软件供应商能够在其上使用公布的AP1与面向对象的组件进行操作系统调用。所有的应用程序与服务都安装在用户模式层。1.2.1环境子系统环境子系统的功能是运行为不一致操作系统所编写的应用程序。它能够截取应用程序对特定操作系统AP1的调用，然后将它们转换成为WindoWS2003能够识别的格式，转换后的AP1调用再传递到处理请求所需要的操作系统组件，最后再将调用所返回的返回码或者返回信息转换

4、回应用程序能够识别的格式。这些子系统在WindoWS2003中并不是新功能，但与在NT中相比，它们在这几年中已经有了显著的改进。一些实际应用说明，应用程序在WindoWS2003中比在它们当初所设计的目标操作系统中运行得更好。很多应用程序在WindoWS2003中也更加安全。比如，Windows2003中止DOS应用程序时不可能对服务器稳固性产生影响，而通常情况下，它会使运行DOS的机器崩溃。表1-1列出的是WindOWS2003环境或者应用程序子系统。表1-1环境子系统环境子系统用途Windows2003Win32（32位）支持基于Win32的应用程序。这个子系统也支持16位Windows与

5、DOS应用程序。所有应用程序的1/0与GU1功能都在这里处理。为了支持终端服务，该子系统已经得到很大的增强OS/2支持16位OS/2应用程序(要紧是MicrosoftOS/2)POSIX支持兼容PoS1X的应用程序(通常为UN1X)非Win32子系统只对非Win32的旧式应用程序提供基本支持。关于这些子系统并没有太多的要求，保留它们只是为了运行最简单的有用程序与兼容POSIX或者OS/2的函数调用(这些调用通常使用C语言)。比如，POSIX子系统就是为了满足运行UNIX有用程序Vi与grep的要求而设置的。POSIX子系统不是作为UNIX与WindoWS2003高级集成的一种方法保留的，比如，

6、假如要在WindoWS2003上运行UN1Xshe11,您仍然需要安装UNIX服务。在WindOWS2003上运行非WindOWS应用程序会受到一些局限与约束，这些影响来自基础操作系统。关于这些局限与约束，下面将有全面的列举描述，其中大部分约束也包含用户模式的、基于Win32的应用程序：软件不能直接访问硬件。换句话说，假如应用程序要求硬盘空间时，系统将禁止它直接访问硬件以获得空间信息，它将访问的是用户模式对象。用户模式对象与内核模式对象进行对话，对话由内核模式对象向下传递到操作系统堆栈，再到硬件抽象层(HardwareAbstraction1ayer,HA1),然后信息再逐层向上传递，由堆栈到

7、接口。这个过程就是通常所说的切换处理(handoffprocessing)oWin32代码中函数实质上都获得一个返回值，使开发人员不必与硬件对话。这对开发人员与操作系统都是有好处的。检查调用有效性的AP1能够保护操作系统，而开发人员则直接面对简单的调用级接口，它通常只需写一行代码，而不是一万行。不能直接访问设备驱动程序。上述原则同样适用于设备驱动程序。硬件制造商为Windows2003建立了访问硬件的驱动程序。驱动程序同样也不能对硬件进行直接访问，而是与由设备驱动程序API提供的抽象对象进行对话。软件受限于内存中分配的地址空间。这项约束保护操作系统不受流氓应用程序的影响，这些应用程序会试图访问

8、所有可访问的内存。这在WindoWS2003中已经不可能了，应用程序只能在所分配的地址空间中活动。Windows2003与WindoWS2000一样，使用硬盘空间作为准RAM(quasi-RAM)。应用程序并不在意内存的类型或者来源，它关于应用程序是透明的。虚拟内存是系统中所有内存的组合，它既包含机器中的物理内存，又包含系统中的交换文件。交换文件用来储存那些不能储存在硬件RAM中的信息。用户模式子系统中应用程序的运行优先级比在内核模式中运行的所有服务与例程都低。这也意味着它们对CPU的访问要比内核模式进程的优先级低。1.2.2整合子系统整合子系统用于执行某些关键操作系统功能。表1-2列出了这些

9、服务。表1-2整合子系统整合子系统用途安全子环境执行与用户权利与访问操纵有关的服务。访问操纵包含对整个网络及操作系统对象的保护，这些对象是以一定的方法在操作系统中定义或者抽象的。安全子环境也处理登录请求并开始登录验证过程服务器服务该服务使WirIdoWS2003成为网络操作系统。所有网络服务都源于服务器服务工作站服务这项服务在用途上与服务器服务相类似。它更多地面向用户对网络的访问（在禁用这项服务的机器上也能进行工作）这些系统几乎不需要进行管理。在服务操纵管理器（ServiceContro1Manager）中能够访问这些服务，也能够通过手动方式启动与停止这些服务。13内核模式Windows200

10、3内核模式是能访问系统数据与硬件的层。它由几个组件构成（参见图1-1）O1.3.1Windows2003执行程序执行程序是指所有执行程序服务的集合名词。它包含很多操作系统中的I/O例程，并实现对关键对象的管理功能，特别是安全性方面。执行程序还包含系统服务组件（在两种OS模式中都能够访问）与内部内核模式例程（任何运行在用户模式中的代码都不能访问）。内核模式组件如下所示。I/O管理器：管理机器设备的输入与输出。具体包含下列设备。文件系统：将文件系统请求转换为与设备有关的调用。设备驱动程序：管理直接访问硬件的设备驱动程序。高速缓存管理器：隐藏在I/O管理器代码中，通过缓存磁盘读出的数据来管理I/O性

11、能。还能缓存读请求与写请求，并能处理对硬件的脱机写入或者后台写入。安全性引用监视器：该组件能够实施计算机的安全策略。进程间通信管理器（IPC）：该组件的作用使它存在于操作系统的各个角落。它的本质作用是管理客户端与服务器进程间的通信。它由本地过程调用（1PC）工具与远程过程调用（RPC）工具构成，前者用来管理同一台计算机上的客户端与服务器进程间的通信，后者用来管理不一致机器上客户端与服务器之间的通信。内存管理器或者虚拟内存管理器（VMM）：该组件用来管理虚拟内存。它为每个进程提供一段虚拟地址空间，每个进程占有并保护它的虚拟地址空间以保护系统的完整性。它同时还操纵虚拟RAM对硬盘的访问要求，这就是

12、通常所说的分页技术。进程管理器：该组件能够创建与终止由系统服务或者应用程序产生的进程与线程。即插即用管理器：该组件利用各类设备驱动程序，为与硬件有关的配置与服务提供即插即用服务及通信。电源管理器：该组件操纵系统中的电源管理。它利用各类电源管理AP1进行工作，管理与电源管理请求有关的事件。窗口管理器与图形设备接口（GDI）：驱动程序Win32k.sys将两个组件服务结合在一起，并管理显示系统，分别说明如下：窗口管理器：该组件管理屏幕输出与窗口显示。它同时还处理鼠标与键盘的I/O数据。GDI：该组件是最难以编写代码的接口，在WinI6时代，它总是与内存一起提供。它利用一些组件来负责屏幕与界面图形的

13、绘制与处理，这些组件负责把这些对象提交给打印机对象与其他图形输出设备。对象管理器：该引擎管理系统对象。它能够创建对象、删除不需要的对象。它同时能够进行资源管理，比如创建对象时需要分配的内存。除了这些服务之外（如图IT所示），还有构成内核模式的3个核心组件，这包含设备驱动程序组件、Microkerne1与硬件抽象层（HA1）。1.3.2设备驱动程序该组件将驱动程序调用转换为操作硬件的实际例程。1.3.3Microkerne1该组件是操作系统的核心（有人将其本身看作是操作系统，其他所有部分看作是服务）。它管理微处理器上的线程处理、线程排队、多任务，等等。Windows2003Microkerne1

14、具有抢先权，从本质上看，这说明线程能够被中断或者重新排队。1.3.4硬件抽象层硬件抽象层（HA1）实际上对其他设备与组件隐藏了硬件接口的全面信息。换句话说，它是位于真实硬件之上的抽象层，所有到硬件的调用都是通过HA1来进行的。HA1包含处理硬件有关的I/O接口、硬件中断等所必需的硬件代码。该层也负责与Inte1与AMD有关的支持，使一个执行程序能够在这二者中的任何一个处理器上运行。14Windows2003处理体系结构WindowsServer2003使用对称多处理（SMP）体系结构。也就是说，首先，操作系统能够在多个CPU上运行；其次，它能够使所有进程根据需要使用多个CPU。换句话说，假如一

15、个CPU被完全占用了，应用程序或者服务程序所产生的线程能够在其他可用的CPU上进行处理。Windows2003将它的多任务与多线程能力与SMP能力结合在一起。假如线程处于等待执行状态，操作系统将安排处理器处理这个等候线程。线程执行的负担被均匀分摊到可用的CPU上。对称多处理技术能够确保操作系统使用所有的可用处理器资源，显然这将提高整个系统的处理速度。WindowsServer2003Standard版支持4路（4CPU）对称多处理。EnterPriSe版支持8路SMP,DatacenterSCrVCr可支持32路SMP,而Web版本最多只能支持2路SMP。假如需要，用户还能够从MiCrOSOf

16、t获得代码，根据合同将OS编译成所要求的SMP规范。1.5Windows2003内存管理Windows2003与WindoWS2000SCrVCr在内存处理上几乎相同，Windows2000在WindowsNT4.0的基础上进行了很大的改进。它包含一个内存模型，这个内存模型基于一个平面的、线性的仍然为32位的地址空间。在WindOWS2003操作系统中使用两种类型的内存。第一种是物理内存，包含安装在系统主板上RAM芯片中的内存，典型的有SDRan1、DDRam.RAMBusRAM等几种形式。第二种是虚拟内存，它是系统中所有内存的组合，并包含如何使这些内存可用于操作系统的技术。虚拟内存管理器(Virtua1MemoryM