《微机操作系统》

第七章Windows操作系统操作系统.Window是当今世界上使用最广泛的操作系统，特别是对于个人用户。Window系统所支持的应用和软件最多，特别是在办公软件、各种应用软件和软件开发环境方面。Window也是结构十分复杂而庞大的操作系统，它融合了操作系统的最新理念、原理和技术。Window又是图形界面美观、使用最方便的操作系统，这也是它能“霸占”个人计算机市场的主要原因之一。.内容概要Windows操作系统的发展Windows2000操作系统Windows2008操作系统Windows7操作系统.7.1Windows操作系统的主要发展历史DOS操作系统Windows系统Windows95WindowsNTWindows98Windows2000WindowsNT4Windows2003Windows2008.Windows操作系统的发展DOS操作系统（1982）

DOS曾是微机平台上的主流操作系统

DOS的主要缺陷受寻址能力等限制无法充分发挥高档微机硬件资源的性能多任务处理能力的欠缺网络和安全功能不足缺乏方便而统一的操作界面.Windows操作系统的发展Windows系统最初的Windows系统是DOS的外围设备控制接口和图形扩展外壳程序，并不是严格的操作系统（1.0版1985.11）经过逐步的改进，Windows3.0（1990.5）已经成为一个多任务操作环境，在微机性能利用、GUI、多任务处理和设备无关性等方面较DOS有了突破.Windows操作系统的发展Windows95操作系统(1995.8)95是在Windows系统基础上发展起来的真正的32位操作系统

Windows95的主要优点在于：易于使用：广泛采用PnP技术32位多任务系统，程序用完全抢占方式工作，具有独立地址空间和多线程能力很好的网络功能.Windows操作系统的发展Windows98操作系统(1998.6)98是在95的基础上改进而形成，在系统结构、功能和界面上没有根本变化98的新特性包括：可靠性与性能多媒体支持文件系统网络功能小升级.Windows操作系统的发展WindowsNT操作系统（NT3.11993)兼容POSIX并满足美国政府的C2安全标准。整个WindowsNT系统的设计包括一个运行于特权处理器模式下的执行模块，由执行模块提供进入系统的惟一入口。

NT4.01996.8.Windows操作系统的发展Windows2000操作系统(NT5.0)2000在98和NT基础上开发，集NT的安全技术和9X平台的易用性于一身并增加了不少新功能单用户多任务的操作系统2000的设计重点考虑了：降低总拥有成本商务用快速开发的灵活环境.Windows操作系统的发展Windowsxp操作系统WindowsXP采用统一的系统代码同时面向消费型和商业型操作系统的需求Windows核心代码文件保护、Windows安装程序及增强的防病毒功能。增强的Windows安全性：提供了Internet连接的防火墙特性、带有多用户支持的加密文件系统（EFS）、IPSec、Keberos等。

简化的管理和部署；支持远程桌面

.WindowsServer2008WindowsServer2008是专为了强化下一代网络、应用程序和Web服务等功能而设计的服务器操作系统，可满足企业级的应用需求，为之提供稳固、易于部署和管理的基础架构支持，提高了对企业IT资源的管理效率。WindowsServerHyper-V提供了全面的服务器虚拟化支持，可在单一的服务器硬件上部署不同的操作系统，而WindowsServer2008的集中化应用访问技术还可提供应用程序虚拟化特性。WindowsServer2008整合了IIS7.0服务器，提供了一个安全且易于管理的Web计算平台。此外，WindowsServer2008是史上最安全的Windows服务器，进行了全方位的安全强化。

Windows操作系统的发展.Windows7操作系统微软在WindowsVista尚未普及时已经开始了下一代操作系统的研发工作，这个新产品曾被称为

“Windows7”，意即NT家族的第七代产品。更加以用户为中心，提供以用户为中心的服务。Windows7的内核设计将会与WindowsVista完全不同，Windows7将会是一个更加精简、更加灵活、扩展性更好的系统，比以往的Windows操作系统都要“苗条”。Windows操作系统的发展.7.2Windows

2000操作系统客户机/服务器模型系统代码分用户模式和核心模式两部分（微内核）对象模型简化了系统的设计与实现（事件对象、资源对象以及进程对象）对称多处理器（SMP）模型各处理器的地位平等，即操作系统和用户线程能被安排在任一处理器上运行，且所有处理器共享同一内存空间。

.7.2.1Windows2000体系结构服务器用户模式内核模式应用程序内核硬件内存服务器文件服务器安全服务器.7.2.2存储系统

页表和虚拟地址转换机制

缺省情况下，32位的2000/xp上每个用户进程可占有2(3)GB的私有地址空间，操作系统占有剩余的2GB空间。Windows2000/xp在x86体系结构上利用二级页表来实现虚拟地址到物理地址的转换。Win32用户应用程序以32位虚拟地址编址，这32位地址被解释位页目录索引、页表索引和字节索引这三个独立分量。每个进程都有一个独立的页目录，用于映射进程所有页表的位置。CPU通过寄存器CR3存放页目录的地址。页目录由页目录项（PDE）组成，X86系统共需1024张页表来描述4GB的虚拟地址空间。每个进程有自己的页表集来映射私有地址空间，页表由页表项（PTE）数组构成。页帧号（PFN）.KPROCESS页目录索引页表索引字节索引PFNPFN页目录页表物理地址空间索引CR3物理地址PTE索引索引待访问页(每进程建立一张,有1024项)(每进程最多有512个,系统空间最多占用512个,每张表1024项)待访问字节图7-5虚拟地址转换机制.X86处理器采用了关联存储器数组形式的高速缓存，称为快表（TLB），来保存最近用过的虚拟页到物理页的映射。Windows2000/xp的内存管理器采用请求式页面调度算法将页面装入内存，页面调入操作将在线程访问一个地址并引起缺页中断时才会被执行。内存管理器采用虚拟地址描述符（VAD）来记录已在进程地址空间中被保留的虚拟地址（即进程地址空间的状态）。VAD按照自平衡二叉树方式组织信息以提高查找效率。内存管理.7.2.3进程、线程管理

1．进程Windows的进程（process）是系统资源分配的基本单位。在Windows中，进程是作为对象加以管理的，其属性包括进程标识、资源访问令牌、进程基本优先级和默认的亲和处理器集合（ProcessorAffinity）等，可通过其句柄（handle）加以引用。Windows2000/xp中每个Win32进程都由一个执行体进程块（EPROCESS）表示，其主要内容包括：线程块列表：描述属于该进程的所有线程的相关信息，用于线程调度和资源回收。虚拟地址空间描述表（VAD）：描述进程地址空间各部分的属性，用于虚拟存储管理。

对象句柄列表：描述进程正在使用的对象句柄，用于访问相关的对象资源。.2．线程线程（thread）是处理器调度的基本单位，同一进程内的各线程可访问整个进程的所有资源，因此线程间的通信更为方便。在操作系统中引入线程，可减小并发执行的时间和空间开销，提高程序执行的并发性。Windows2000/xp的线程是内核线程，是系统的处理器调度对象。线程上下文主要包括寄存器、线程环境块、核心栈和用户栈。Windows的线程状态包括：.就绪状态（ready）：线程已获得除处理器外的所需资源，正等待调度执行；备用状态（standby）：已选择线程的执行处理器，正等待进入运行状态。每处理器上只能有一个线程处于该状态。运行状态（running）：已完成描述表切换，线程进入运行状态，直至被抢先、时间片用完、线程终止或进入等待状态。等待状态（waiting）：正等待某对象以同步线程的执行，待事件出现后，将根据优先级进入运行或就绪状态。转换状态（transition）：与就绪状态相似，但线程的内核堆栈位于外存。终止状态（terminated）：线程执行完毕进入该状态。.换出的内核堆栈描述表切换创建和初始化线程对象初始化就绪运行备用终止放入就绪队列选择执行抢先抢先或时间片结束执行完成重新初始化换入的内核堆栈等待完成等待完成等待对象句柄转换等待图7-10Windows2000/xp的线程状态转移图.3.进程间的同步和互斥互斥对象（Mutex）：即互斥信号量，通过对互斥对象的创建和释放以控制在特定时刻只能被一个线程对象使用。信号量对象（Semaphore）：即资源信号量，通过经典的信号量机制限制并发访问资源的线程数。事件对象（Event）：相当于“触发器”，可用于通知特定线程某事件的发生。在上述三种同步对象之外，indows2000/XP还提供了一些与进程同步相关的机制。临界区对象（CriticalSection）：用于在同一进程内提供线程间的访问互斥。互锁变量访问API：相当于硬件指令，用于对整型变量的操作，可避免线程间切换对操作连续性的影响。.4.进程间通信信号（signal）：与信号相关的系统调用包括signal/raise，SetConsoleCtrlHandler/GenerateConsoleCtrlEvent。共享存储区（sharedmemory）：进行通信的各进程可任意读写共享存储区，同时需要进程互斥和同步机制来确保数据的一致性。相关的系统调用包括：CreateFileMapping、OpenFileMapping等。管道（pipe）：利用操作系统核心的缓冲区进行单向通信。Windows提供命名和无名两种管道机制。命名管道（namedpipe）提供可靠的服务器和客户之间双向通信。服务器端和客户端完成创建管道和连接之后，即可通过管道进行读写操作无名两种管道类似于UNIX的管道。相关的系统调用包括：CreatePipe、CreateNamedPipe、ConnectNamePipe、CallNamePipe等。.套接字（socket）：是一种网络通信机制，属于传输层，提供网络中不同计算机上进程间的双向通信，支持可靠字节流或不可靠报文两种服务，可采用客户／服务器或对等工作模式。Windows的套接字规范为Winsock。远程过程调用（RPC）是一种网络编程标准。由RPC机制完成跨网络的I/O请求、网络协议选择、网络错误处理等工作。调用本地和远程过程，对于远程过程，应用程序连接到本地包含桩过程的静态连接库或DLL，每个桩过程对应一个远程过程。桩过程调用RPC运行时的过程来定位远程过程所寄居的计算机，确定远程计算机所使用的传送机制，然后利用传送软件发送请求；远程服务器接收到RPC请求之后，解析参数、重建过程调用，然后调用该过程，服务执行完毕，再将操作结果返回。进程间通信（续）.5.线程调度

Windows2000/xp的处理器调度对象是线程，因此也称为线程调度。Windows2000/xp实现了一个基于优先级的抢先式多处理器调度系统。通常线程可在任何可用处理器上运行，但亲和处理器集合允许用户线程通过Win32调度函数选择其偏好的处理器。Windows2000/xp在内核中实现线程调度机制，其代码分布在内核中与调度相关事件出现的问题，而并不存在一个独立的线程调度模块，这些功能函数统称为内核调度器（kernel’sdispatcher）。.线程调度的触发事件一个线程进入就绪状态。一个线程由于时间配额使用完毕而从运行状态转入退出或等待状态。一个线程由于调用系统服务而改变优先级或被操作系统本身调整其优先级。一个正在运行的线程改变了其亲和处理器集合。当这些事件出现时，Windows必须选择下一个待运行的线程，并对线程上下文进行切换，并开始新的线程执行过程。

.7.3WindowsServer20087.3.1系统概述强化了下一代网络、应用程序和Web服务等功能，可满足企业级的应用需求。允许用户按照应用需求来定制服务器的安装选项，以确保对系统资源占用的最优化，并提高了对企业IT资源的管理效率。提供了全面的服务器虚拟化支持提供了一个安全且易于管理的Web计算平台。进行了全方位的安全强化。针对不同应用场景的需求，WindowsServer2008提供了多个版本。.7.3.2系统功能更新核心基础架构提供了安全性增强且易于管理的Web计算平台，以简化Web应用程序和服务的部署，并增强其安全性和服务性能。对备份及恢复功能进行了强化。支持多点传送部署，支持通过ExtensibleFirmwareInterface（EFI）实现远程电脑开机，支持基于Windows映像文件的安装。WindowsPowerShell：是一个全新的命令行程序和指令码语言，并支持命令行工具cmdlet，可帮助专业IT人员提升服务器环境系统管理能力。.安全性及强制策略网络访问保护：支持管理员按照软件需求、安全性及其他设置需求来建立客户端的健康策略并自动予以执行。高度安全的无线和有线访问：向无线用户提供一个易于部署且安全性增强的密码验证方法，并针对有线用户提供DHCP接入之前的验证功能。远程访问解决方案：支持用户通过VPN或拨号方式接入企业内网，并提供内网的全功能软件路由器用以在内网中共享网络连接。集中网络策略管理：支持通过RADIUS服务器和Proxy进行集中式的网络策略管理。高安全性的Windows防火墙已经全面集成了IPsec特性，支持基于IP地址和网络端口、基于策略的应用程序控制，并可基于IPsec验证网络流量的完整性和用户身份，并可选择性地支持数据流加密。.虚拟化及整合WindowsServer2008支持服务器虚拟化技术，并完整内置在Hyper-V版本操作系统中。WindowsHyper-V是下一代基于hypervisor的服务器虚拟化技术，可提供动态、可靠和可扩充的虚拟化平台，支持在单一的服务器硬件基础上并行运行多个不同的操作系统，适用于构建动态的IT环境。.7.4下一代操作系统产品Windows77.4.1系统概述下一代Windows将在64位计算、语音、数字墨水方面进行加强，并将更加以用户为中心，提供以用户为中心的服务。Windows7的内核设计将会与WindowsVista完全不同，Windows7将会是一个更加精简、更加灵活、扩展性更好的系统比以往的Windows操作系统都要“苗条”。Windows7和Vista一样被划分为Starter、HomeBasic、HomePremium、Professional、Enterprise和Ultimate六个版本。.7.4.2系统功能更新网络增强功能

DirectAccess：域成员计算机可在接入Internet后随时安全无缝地访问企业内网，而无需VPN连接。通过保留客户端从远程服务器上访问数据的本地副本，可在减少广域网资源占用的同时提高远程办公室Intranet应用的响应速度。基于URL的服务质量（QoS）：可通过组策略设置基于URL的Web流量优先级，以此实现对网络流量的控制，确保企业核心业务相关的应用运行。多重活动防火墙脚本：可根据网络适配器所连接的网络来确定最适合的防火墙规则。移动宽带：Windows7为移动宽带设备提供了基于驱动程序的模型，可为移动宽带连接提供即插即用的访问和一致的用户界面。.安全增强功能

基础安全平台：Windows7