PDF de programación - Estructura Windows NT

Estructura Windows NT

Introducción
- Uno de los objetivos principales del diseño de Windows NT fue tener un
núcleo tan pequeño como fuera posible.

- En este núcleo estarían integrados módulos que dieran respuesta a aquellas
llamadas al sistema que necesariamente se tuvieran que ejecutar en modo
privilegiado (supervisor).

-El resto de acciones se realizaría en modo no privilegiado (usuario).

- El núcleo resultaría una base compacta, robusta, estable y lo más pequeña
posible: micronúcleo.

- Pero en modo núcleo también se ejecutan otras unidades que sirven para
propósitos claros y bien definidos: sistema multinivel.

- En Windows se ejecuta en modo privilegiado el kernel y el Ejecutivo. En
modo usuario los susbsistemas.

- Los programas de usuario interaccionan con el SO a través de un juego de
llamadas al sistema (funciones): API (Application Programming Interface)

Estructura Windows NT

Ap. usuario Ap. usuario Ap. usuario Ap. usuario

Modo usuario
Modo núcleo

Subsistemas

Servicios Ejecutivos

Núcleo

Capa de Abstracción de HW (HAL)

Hardware

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Capa de abstracción de hardware (HAL)
- La HAL es la única parte del sistema operativo que interacciona directamente
con el hardware. Lo hace proporcionando una interfaz fija al núcleo que está
por encima y enmascara las irregularidades del hardware que está por debajo.

- El núcleo, por tanto, no necesita saber nada acerca de las peculiaridades del
hardware.

- La HAL se ocupa de recibir peticiones del núcleo y convertirlas en
instrucciones que el procesador de la máquina pueda entender.

- La HAL es la ÚNICA PARTE DEL SISTEMA que se comunica directamente
con el hardware, y el núcleo es la única parte del sistema que se comunica
directamente con la HAL.

Estructura Windows NT

El núcleo
- El núcleo de Windows NT tiene estructura MICRONÚCLEO, es decir, ofrece
una mínima funcionalidad y depende de otros servicios para agregar esa
funcionalidad.

- La primera función que reliza el núcleo es decidir qué es lo que va a
ejecutarse a continuación en el procesador. El procesador da tiempo de
ejecución a los procesos. Pasado ese tiempo decide, según prioridad, quién es el
siguiente proceso en ser atendido. Esto no siempre ha sido así en versiones
anteriores de Windows.

- La segunda función del núcleo es la atención a las interrupciones.

- Y la tercera función es la de control de excepciones de núcleo. Si cualquier
proceso ejecutándose en modo núcleo provocara un error, el kernel es el
encargado de solventarlo. Si esto no es posible lanzará una pantalla azul de
error con la información correspondiente.

Estructura Windows NT

Servicios ejecutivos (NT Executive)
- Se ejecuta en modo núcleo.

- Se encarga de suministrar los recursos necesarios a cada una de las
aplicaciones que se ejecutan en el sistema.

- La mayoría de las aplicaciones no se comunican directamente con el
Ejecutivo, sino que utilizan el subsistema Win32 para hacerlo.

- El Ejecutivo se divide en 6 administradores:

Administrador de objetos
Administrador de procesos
Administrador de memoria virtual
Administrador de referencia de seguridad
Administrador de E/S
Utilidad de llamadas de procedimiento local

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Administrador de objetos
- Un objeto, en Windows NT, puede ser algo concreto -un puerto serie-, o algo
abstracto -un subproceso-.

- El administrador de objetos se utiliza para crear, administrar y eliminar los
objetos que utiliza el sistema.

- El Administrador de objetos recibe una petición de un recurso, como un
puerto serie, y devuelve un controlador a ese recurso. El controlador incluye un
método para tener acceso al objeto, así como la información de seguridad que
determina cómo y quién puede tener acceso al objeto.

- Al distribuir centralizadamente los recursos se evitan luchas por los
dispositivos.

- El adminstrador de objetos se comunica con el Administrador de seguridad.

- El administrador de objetos busca objetos huérfano: recolección de basura.

Estructura Windows NT

Administrador de procesos
- Es un intermediario entre el usuario y el Administrador de objetos.

- Su función principal consiste en crear y gestionar los procesos.

- Es el responsable de recibir las peticiones de creación de procesos, de llamar a
continuación al administrador de objetos para crear los procesos y subprocesos
y mantener disponible la lista de procesos.

Estructura Windows NT

Administrador de memoria virtual
- Cuando se crea un proceso, éste recibe un espacio de direcciones de 4 GB(2
para la aplicación, 2 para el sistema).

- Cuando una aplicación solicita una lectura de la memoria, el Administrador de
memoria virutal es quien realmente se ocupa de recuperar los datos.

-El AMV mantiene una tabla con el fin de hacer un seguimiento de qué partes
de la memoria se encuentran en la memoria física y cuáles no.

-Utiliza el algoritmo LRU.

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Administrador de memoria virtual

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Administrador de memoria virtual

Estructura Windows NT

Administrador de memoria virtual

Estructura Windows NT

Administrador de referencia de seguridad
- Cuando un usuario inicia una sesión, el proceso de inicio genera un testigo de
seguridad para el usuario.

- Cada vez que el usuario solicita obtener acceso a un objeto, el Administrador
de objetos pide al ARS que se examine el testigo y determine el nivel de acceso
que debería tener el usuario.

- El Administrador de objetos devuelve, entonces, el identificador de objeto
donde el nivel de acceso forma parte del identificador.

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Administrador de E/S
- Se ocupa de todos los dispositivos de E/S que necesita el sistema.

- Ofrece servicio tanto a los controladores de dispositivo como a las
aplicaciones.

- De esta manera, ni los controladores necesitan saber cómo los van a utilizar
las aplicaciones, ni las aplicaciones necesitan saber cómo deben utilizar a los
controladores.

Estructura Windows NT

Utilidad de llamadas de procedimiento local
- Windows en un sistema cliente/servidor y utiliza RPC (llamada a
procedimiento remoto) para conectar los clientes y los servidores.

-Esto es ineficiente cuando el cliente y el servidor residen en la misma
máquina, por lo que se utiliza la llamada a procedimiento local que es más
rápida y eficiente.

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Subsistemas
- Un subsistema es una colección de programas que se ocupan de realizar la
conexión entre las aplicaciones de usuario y los servicios del ejecutivo.

- Si, por ejemplo, un programa quiere reproducir un sonido tiene que indicarle
al subsistema que lo reproduzca. El subsistema le indica al núcleo que
reproduzca el sonido, éste a la HAL y por último el sonido saldrá por el altavoz.

- Existen varios subsistemas:
- MS-DOS/ Win16
- POSIX
- OS/2

- Nosotros vamos a estudiar únicamente, por su importancia y por ser utilizado
por el resto de subsistemas para comunicarse con el núcleo, el WIN32.

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Subsistema Win32
- El ejecutable de Win32 es CSRSS.EXE.

- Es tanta la importancia de este susbsistema que si se bloquea, se bloquea el
sistema.

- La API Win32 realiza todas las operaciones necesarias para que se pueda
ejecutar una aplicación Windows.

¿Qué es una API?

Es una serie de funciones que utilizan los programadores
para definir cómo interaccionan los programas.

Mediante el uso de una API el fabricante de la interfaz (en
este caso Microsoft) puede cambiar el funcionamiento
interno de sus programas y, con tal de que no cambie la
interfaz, el programador y los programas de éste no se
verán afectados para nada.