PDF de programación - Windows NT

WindowsNT



Windows NT es un sistema operativo de Microsoft. Fue diseñado para tomar ventaja de
todo el poder que ofrecen los procesadores más avanzados de Intel, así como algunos de
los procesadores RISC. Windows NT es la respuesta de Microsoft a UNIX. NT ofrece
los mismos servicios que UNIX, interopera con redes UNIX pero reemplaza los
comandos crípticos de UNIX, su estructura de archivos ARCANE y la mezcla de GUIs
con una simple y estandarizada interfaz para el usuario como lo es Windows. Además,
NT tiene las características que originalmente iba a tener el OS/2: un avanzado sistema
operativo de 32 bits y compatibilidad con Windows GUI, además de soportar las
aplicaciones hechas en DOS pero liberándose de las limitaciones de éste. Las
características de diseño que hacen de Windows NT un sistema operativo avanzado son
[MJS Jul-Ago92]:

• Extensibilidad: El código podrá ser alterado (crecer o cambiar) de manera

sencilla según cambien las necesidades del mercado.

• Portabilidad: El código podrá utilizar cualquier procesador sin que esto afecte su

desempeño de manera negativa.

• Confiabilidad y robustez: El sistema deberá auto-protegerse tanto de los malos
funcionamientos internos como de los externos. Así mismo se deberá comportar
de manera predecible en cualquier momento y las aplicaciones no deberán
afectar su funcionamiento en forma negativa.

• Compatibilidad: El sistema se extendará hacia la tecnología existente pero al
mismo tiempo sus API y sus UI serán compatibles con los sistemas ya existentes
de Microsoft.

• Multiprocesamiento y escalabilidad: Las aplicaciones podrán tomar ventaja de
cualquier computadora y los usuarios podrán correr las mismas aplicaciones
tanto en una computadora de un procesador como en una multiprocesador.

• Cómputo distribuido: NT será capaz de repartir sus tareas computacionales a
otras computadoras en la red para dar a los usuarios más poder que el que tenga
cualquier computadora por sí misma en la red. Podrá usar computadoras tanto
local como remotamente de manera transparente al usuario (efecto de sinergia en
red).

• Desempeño: El sistema debe responder y ser lo más rápido posible en cada

plataforma HW.

• Compatibilidad con POSIX: POSIX (Portable Operating System based on
UNIX) es un estándar especificado por el gobierno de los EU, el cual deberán de
cumplir todos los contratos en el área computacional que sean vendidos a ese
gobierno. NT puede proporcionar un ambiente opcional para la ejecución de
aplicaciones POSIX.

• Seguridad certificable por el gobierno de EU: El gobierno de EU estableció
niveles de seguridad computacional como guías a cumplir para todas las
aplicaciones gubernamentales. El rango de estos niveles va desde la D (menor)
hasta la A (mayor), en donde la C y B tienen varios subniveles. NT puede
soportar el C2 (el dueño del sistema tiene el derecho de decidir quién tiene
permiso de acceso y el sistema operativo puede detectar cuándo los datos son

accesados y por quién) pero en futuras versiones puede ser mejorada para
alcanzar niveles de seguridad más altos.
Características de WindowsNT
Un sistema operativo es un programa complejo que necesita un modelo unificado para
asegurarse que el sistema puede acomodar sus características propias sin que éstas
alteren el diseño. El diseño de Windows NT fue guiado por una combinación de
diversos modelos que fueron unidos en Windows NT. Los rasgos característicos de NT
son [LenF93]:

• Direccionamiento de 32-bits.
• Soporte de memoria virtual.
• Preemptive multitasking.
• Soporte para multiprocesador.
• Arquitectura cliente/servidor.
• Seguridad e integridad del sistema.
• Compatibilidad con otros Sistemas Operativos.
Independencia de plataformas.
•
• Networking (Interoperatividad).
El núcleo de WindowsNT
El núcleo es la base del sistema operativo, en donde reside el ejecutivo del NT por
medio del cual se realizan las siguientes operaciones:

• Entradas y salidas de tareas al sistema.
• Proceso de interrupciones y excepciones.
• Sincronización de los multiprocesadores.
• Recuperación del sistema después de una caída.

11.2.1 Entradas y salidas de tareas al sistema

Cada objeto de tipo tarea es creado como una respuesta a una requisición de la
aplicación que contenga una mini-tarea consistente en una llamada al kernel que es
usada para iniciar la ejecución de una tarea más larga, cada una de las tareas puede
encontrarse en los estados de ejecución, espera en cola, espera por recursos, lista para
ejecución o finalizada. El kernel cuenta con un módulo llamado despachador que se
encarga de permitir la entrada de los procesos y de darlos por terminados. El
despachador igualmente examina la prioridad de los procesos para determinar en qué
orden van a ser ejecutados; suspendiendo y activando los procesos.

11.2.2 Proceso de interrupciones y excepciones

En Windows NT se manejan las interrupciones como en cualquier sistema operativo. La
llegada de señales por el bus debido a fallas de los programas o por peticiones de
entrada/salida de los periféricos son atrapadas por el núcleo. El paso de los subsistemas
de OS/2, POSIX y Win32 hacia los servicios del sistema se hace a través de mensajes y
de atrapado de interrupciones.

11.2.3 Sincronización de los multiprocesadores.

Esta característica asegura que sólo una tarea puede accesar un mismo recurso a la vez.
En un sistema basado en multiprocesadores con memoria compartida, dos o más
procesadores pueden estar ejecutando tareas que necesitan accesar la misma página de
memoria o realizar operaciones sobre un mismo objeto. El núcleo y el ejecutivo de NT
proveen mecanismos para asegurar la integridad del sistema a través de la
sincronización; en el caso del kernel la sincronización es manejada a través de candados
colocados en puntos críticos de las instrucciones del nivel despachador, de esta manera,
ningún otro procesador puede ejecutar código o accesar datos protegidos por uno de los
candados de tipo spin hasta que éste es liberado. El ejecutivo del NT realiza la
sincronización a través de la familia de los objetos de sincronización.

11.2.4 Recuperación del sistema

La última función del kernel consiste en la recuperación del sistema en caso de una
caída. Cuando existe una falla de alimentación en un sistema NT se dispara una
interrupción de alta prioridad la cual dispara a su vez una serie de tareas diseñadas para
preservar la integridad del sistema operativo y de los datos tan rápido como sea posible.

El mcro-núcleo de WindowsNT contiene una capa de abstracción del hw que es el
límite entre el ejecutivo del NT y el hw específico de la computadora. NT fue diseñado
de tal manera que los cambios de código son mínimos para ser acoplados a las
diferentes plataformas de hw tomando como ejemplo los sistemas UNIX.

11.2.5 Arquitectura cliente/servidor

Windows NT tiene dos modos de operar, modo usuario y modo privilegiado (kernel).
Programas de aplicaciones como una base de datos, una hoja de cálculo, o un sistema de
reservaciones de un hotel, siempre son ejecutadas en modo usuario. El ejecutivo de NT
es el corazón del sistema. El ejecutivo de NT realiza tareas como el manejo de entradas
y salidas, la memoria virtual, y todos lo procesos, además de controlar las ligas entre
NT y el hardware de la computadora. El ejecutivo de NT es ejecutado en modo kernel,
el cual es una modo de alta seguridad libre de interferencias de los procesos de los
usuarios.

El modo usuario, hay también los llamados subsistemas protegidos. Un ejemplo de
estos es el Win32 API. Usando esta API los programadores no tienen porque
preocuparse acerca del hardware donde el programa va a ser ejecutado y por otro lado
protege al sistema de aquellos programadores que traten de modificar su memoria y
para hacer que falle el sistema. Adicionalmente el API tiene reglas de seguridad que
protegen a los otros subsistemas de interferencias entre ellos.

En el ambiente de NT los programas de aplicación de los usuarios son los clientes y los
subsistemas protegidos son los servidores. Las aplicaciones (clientes) mandan mensajes
a los subsistemas protegidos a través del ejecutivo de NT, el cual provee un conjunto de
servicios compartidos para todos los servidores. Y a su vez los servidores contestan a
los clientes de la misma forma.

En NT, los servidores ejecutándose en un procesador local pueden mandar mensajes de
sus clientes a otros servidores que estén siendo ejecutados en procesadores remotos sin
que se necesite que el cliente sepa algo de los servidores remotos.

El modelo cliente/servidor hizo que el sistema operativo fuera más eficiente eliminando
recursos duplicados y elevó el soporte que ofrece el sistema operativo para multiproceso
y redes. Esta arquitectura permite que otros API's sean añadidos sin tener que aumentar
un nuevo ejecutivo de NT para su manejo. Por otro lado cada subsistema es un proceso
separado en su propias memorias protegidas, así, si uno de los subsistemas falla no hace
que todo el sistema falle también.

El ejecutivo NT es un sistema operativo completo que no cuenta con interfaz y está
compuesto de cuatro capas, siendo éstas las siguientes:

• Servicios del sistema: son las llamadas al sistema que sirven como medio de
comunicación entre los modos de los procesos y los componentes del ejecutivo.
La manera en que in