操作系统 W2K-XP操作系统-结构剖析1学习专业课件

本节将深入了解Windows2000/XP体系结构层次结构

Client/Server结构

微内核（非纯微内核）

注：纯微内核系统有“通信”瓶颈问题，不实用

核心态（管态，kernelmode）

――内核用户态（目态，usermode）

――服务进程及用户程序1/1/20251哈工大软件学院Windows2000体系结构详图？层次结构？Client/Server结构？微内核1/1/20252哈工大软件学院Windows2000体系结构详图硬件抽象层（HAL）

HAL－HardwareAbstractionLayerWindows2000设计的重点之一是在不同平台上移植

HAL即是此设计实施的关键部分，它隐藏了硬件的相关细节

HAL为Windows2000运行提供最底层的接口函数有关HAL的文件在Windows2000CD有若干文件，但在安装系统时只能有一个被使用1/1/20253哈工大软件学院Windows2000体系结构详图系统核心(内核)

WindowsOS的核心—“微内核”特点的体现之处内核由一系列的可调用函数组成:1)一部分存于Ntoskrnl.exe中(Ntoskrnl.exe另一部分为执行体)

如OS原语（primitive）

线程调度、线程同步服务、硬件中断服务等函数这些函数供“执行体”程序调用

2)另一部分存档于DDK中（DriversDevelopmentKit驱动程序开发软件）这些函数供实现设备驱动程序使用

内核代码主要用C语言编写访问处理器指令和寄存器的代码用汇编语言编写1/1/20254哈工大软件学院Windows2000体系结构详图设备驱动程序

设备驱动程序是可加载的内核模式模块

（通常以.sys结尾的文件）

Windows2000的设备驱动程序不直接操作硬件，它们通过调用内核函数或直接调用HAL中的函数与硬件接口设备驱动程序分类：（1）硬件设备驱动程序

hardwaredevicedriver――直接面对硬件如主板驱动、I/O接口（串口、并口、USB口）驱动等

（2）过滤驱动程序（软硬件驱动程序）

filterdriver――对硬件驱动程序添加进一步的函数功能，如控制面板当中的“声音”、“键盘”、“电话”1/1/20255哈工大软件学院Windows2000体系结构详图设备驱动程序设备驱动程序分类：

（3）文件系统驱动程序

filesystemdriverWindowsOS中非常重要的驱动程序存储设备的硬驱动（读、写）文件系统的软驱动（FAT12、FAT16、FAT32、NTFS等）（4）协议驱动程序

protocoldriver――实现网络功能如TCP/IP、NetBEUI、IPX/SPX协议驱动程序1/1/20256哈工大软件学院Windows2000体系结构详图窗口及图形系统

窗口及图形系统包括：

1.

Win32User和GDI（GraphicsDeviceInterface）函数,即图形窗口处理，如窗口创建、切换、控制等图形函数

2.

图形驱动程序

与绘图相关的设备驱动程序

相关系统文件：Win32k.sys

User32.dll

GDI32.dll1/1/20257哈工大软件学院Windows2000体系结构详图执行程序（Executive）

执行程序是内核映像Ntoskrnl.exe中上层模块与函数。

其中，模块主要包括：

1．I/O管理器

2．高速缓存管理器

3．对象管理器

4．即插即用（PnP）管理器

5．电源管理器

6．安全引用监视器

7．虚拟内存管理器

8．进程与线程管理器

9．配置管理器（注册表管理器）10．本地过程调用功能？为什么没有进程或线程调度管理程序？1/1/20258哈工大软件学院Windows2000体系结构详图1．I/O管理器

I/Omanager

它使得I/O操作设备无关性，负责将I/O

请求分配给相关设备驱动程序

I/O请求几乎以I/O请求包（IRP）表示

I/O管理器负责分发IRP给相关设备驱动程序。1/1/20259哈工大软件学院Windows2000体系结构详图2．高速缓存管理器

cachemanager

主要针对提高外存储器存取效率

1/1/202510哈工大软件学院Windows2000体系结构详图3．对象管理器

objectmanager

是一组函数

Windows2000为一致、安全访问各种内部服务，封装各种对象，统一管理和访问对象为一种数据结构

比如进程的栈段，数据段，线程的执行代码实体，打开文件的动态数据结构等1/1/202511哈工大软件学院Windows2000体系结构详图4．即插即用（PnP）管理器

PlugandPlaymanager

自动识别所安装的设备为新设备动态分配资源：DMA通道、存储单元等

为设备加载适当的驱动程序1/1/202512哈工大软件学院Windows2000体系结构详图5．电源管理器

powermanager

协调电源事件，并为设备驱动程序产生电源管理I/O通知。管理设备（CPU、显示器等）休眠，减少耗电；休眠时，保存内存内容到Hiberfile.sys（在引导卷根目录下），然后关机。开机时，Ntldr执行时将该文件读入内存，从睡眠点继续执行。电源管理需要硬件性能支持它们必须遵从ACPI标准

1998年底之后制造的计算机几乎符合ACPI标准1/1/202513哈工大软件学院Windows2000体系结构详图6．安全引用监视器

securityreferencemonitor

负责监控操作系统资源

当有用户线程访问资源（如文件）或内部对象（如进程私有数据段）时产生安全审计消息：

YesorNo1/1/202514哈工大软件学院Windows2000体系结构详图7．虚拟内存管理器

virtualmemorymanager

一个实现虚拟内存的存储管理模块为每一进程提供超过物理空间的存储空间为高速缓存管理器提供基本支持1/1/202515哈工大软件学院Windows2000体系结构详图8．进程与线程管理器processandthreadmanager负责创建、终止进程或线程注：线程调度由内核负责1/1/202516哈工大软件学院Windows2000体系结构详图

9．配置管理器（注册表管理器）

configurationmanager

管理系统注册表系统中任何涉及对注册表的操作均由它来完成如regedit.exe，软件安装过程对注册表的修改等

注：它并不是regedit.exe1/1/202517哈工大软件学院Windows2000体系结构详图

10．本地过程调用功能

localprocedurecall

LPC功能：是一组函数。

在本机内传递客户进程与服务进程间的信息

LPC函数只能在系统内部模块间调用，用户应用程序不能通过API调用

如系统服务进程Winlogon与Lsass之

间的通信如安全引用监视器与Lsass进程通信1/1/202518哈工大软件学院Windows2000体系结构详图我们先看一下“任务管理器”

注意进程4系统进程

1.系统进程（Systemprocess）

它是内核模式线程的“宿主”进程无映像文件相对应，它包括内核中大部分线程

（Ntoskrnl.exe或设备驱动程序中）在TaskManager中显示为System，PID＝4

一般情况下有几十个系统线程在运行系统线程由该进程派生

比如：设备轮询、内外存交换等线程1/1/202519哈工大软件学院Windows2000体系结构详图系统进程

2.空闲进程（