A Windows NT architektúrája a Windows NT kernelen alapuló operációs rendszerek (OS) családjának velejárója . Ezek az operációs rendszerek a következők: Windows NT 3.1 , Windows NT 3.5 , Windows NT 3.51 , Windows NT 4.0 , Windows 2000 , Windows XP , Windows Server 2003 , Windows Vista , Windows Server 2008 , Windows 7 , Windows 8 , Windows 10 és Windows 11 .
Mindegyik preemptív többfeladatos operációs rendszer , amelyet úgy terveztek, hogy egyprocesszoros és szimmetrikus többprocesszoros számítógépekkel is működjön . Az I/O kérések feldolgozásához kötegelt I/O-t használnak, amely I/O kéréscsomagokat (IRP) és aszinkron I/O-t használ.
A Windows NT architektúrája moduláris, és két fő rétegből áll: felhasználói módú összetevőkből és kernel módú összetevőkből. A felhasználói módban futó programok és alrendszerek korlátozzák a rendszererőforrásokhoz való hozzáférést. A kernel mód korlátlan hozzáféréssel rendelkezik a rendszermemóriához és a külső eszközökhöz. Az NT rendszerek kernelét hibrid kernelnek vagy makrokernelnek nevezik. Az architektúra magában foglalja magát a kernelt, a hardveres absztrakciós réteget (HAL), az illesztőprogramokat és számos szolgáltatást (végrehajtókat), amelyek kernel módban (Kernel módú illesztőprogramok) vagy felhasználói módban (felhasználói módú illesztőprogramok) működnek [1] [2 ] .
A Windows NT felhasználói mód olyan alrendszerekből áll, amelyek az I/O kezelőn keresztül továbbítják az I/O kéréseket a megfelelő kernel módú illesztőprogramnak. Felhasználói szinten két alrendszer létezik: a környezeti alrendszer (különböző operációs rendszerekhez írt alkalmazásokat futtat) és az integrált alrendszer (a környezeti alrendszer nevében speciális rendszerfunkciókat kezel). A kernel mód teljes hozzáféréssel rendelkezik a számítógép hardveréhez és rendszer erőforrásaihoz.
A felhasználói mód olyan alrendszerekből áll, amelyek I/O-kezelőn keresztül továbbítják az I/O kéréseket a megfelelő kernelmódú illesztőprogramnak. A felhasználói szint két alrendszerből áll - a környezeti alrendszerből (Environment) és az integrált alrendszerből (Integral).
A környezeti alrendszert különböző típusú operációs rendszerekre írt alkalmazások futtatására tervezték. A környezeti alrendszerek egyikének sincs közvetlen hozzáférése a számítógép hardveréhez. A memória-erőforrásokhoz a Virtual Memory Manageren keresztül lehet hozzáférni, amely kernel módban fut. Az alkalmazások alacsonyabb prioritással futnak, mint a kernel módú folyamatok.
A környezeti alrendszer a következő alrendszerekből áll: a Win32 alrendszer, az OS/2 alrendszer és a POSIX alrendszer . A Win32 környezeti alrendszer 32 bites Windows alkalmazásokat futtat. Tartalmaz konzol és szöveges ablak támogatást, hibakezelést az összes többi környezeti alrendszerhez. Támogatja a VDM-et (Virtual DOS Machine), amely lehetővé teszi a 16 bites DOS és Windows (Win16) alkalmazások futtatását. A VDM saját címterében fut, és egy Intel 80486 processzorral rendelkező számítógépen futó MS-DOS rendszert emulál.A Win16 programok Win16 VDM módban futnak. Minden program ugyanabban a folyamatban fut, ugyanazt a címteret használva, de mindegyik program saját szálat használ. A Windows NT azonban lehetővé teszi, hogy a Win16 programok különálló Win16 VDM folyamatokban futhassanak, lehetővé téve a megelőző többfeladatos munkát. A Win32 környezet alrendszeri folyamata, a csrss.exe egy ablakkezelő funkciót is tartalmaz, vagyis feldolgozza a bejövő eseményeket, például a billentyűzet- és egérkattintásokat, és átadja azokat a megfelelő alkalmazásoknak feldolgozásra. Ezekre az üzenetekre válaszul minden alkalmazás a saját ablakát újrarajzolja.
Az OS/2 környezeti alrendszer támogatja az OS/2 operációs rendszer nem grafikus 16 bites alkalmazásait, és emulálja az OS/2 2.1.x verzióját.
A POSIX környezeti alrendszer támogatja a POSIX.1 szabvány szerint írt alkalmazásokat.
Egy integrált alrendszer figyeli az operációs rendszer bizonyos funkcióit a környezeti alrendszer nevében. Egy biztonsági alrendszerből, egy munkaállomás-szolgáltatásból és egy szerverszolgáltatásból áll. A biztonsági szolgáltatás kezeli a hozzáférési tokeneket , engedélyezi vagy megtagadja a hozzáférést a felhasználói fiókhoz, feldolgozza az engedélyezési kérelmeket, és elindítja a felhasználói bejelentkezési folyamatot. A Workstation szolgáltatás számítógépes hozzáférést biztosít a hálózathoz - ez egy API hálózati átirányítóhoz (szoftver, amely helyiként emulálja a távoli fájlrendszer elérését). A szerver szolgáltatás lehetővé teszi a számítógép számára, hogy hálózati szolgáltatásokat nyújtson.
A Windows NT kernel mód teljes hozzáféréssel rendelkezik a számítógép hardveréhez és rendszer erőforrásaihoz. Védett memóriaterületen fut. Kezeli a memóriát és a hardverrel való interakciót. Megakadályozza, hogy a felhasználói módú alkalmazások és szolgáltatások hozzáférjenek a memória kritikus területeihez. Az ilyen műveletek végrehajtásához egy felhasználói módú folyamatnak meg kell kérnie a kernel módot, hogy hajtsa végre ezt a nevében.
Az x86 architektúra 4 jogosultsági szintet támogat, 0-tól 3-ig, de csak a 0 és 3 szintet használja. A felhasználói mód a 3. szintet használja, a kernel mód pedig a 0-t. Ez azért történt, hogy lehetővé tegye a hordozhatóságot a RISC platformra , amely csak két jogosultsági szintet használ. A kernel mód végrehajtó szolgáltatásokból áll, amelyek bizonyos feladatokat végrehajtó különféle modulokból, kernel-illesztőprogramokból, magából a kernelből és a HAL hardveres absztrakciós rétegből állnak.
Működik I/O-val, objektumkezelővel, folyamatvezérléssel és biztonsággal. Informálisan több alrendszerre osztva - gyorsítótár-kezelő, konfigurációkezelő, bemeneti / kimeneti kezelő, helyi eljáráshívás, memóriakezelő, biztonsági figyelő. A rendszerszolgáltatások, vagyis a rendszerhívások ezen a szinten valósulnak meg, kivéve néhány olyan hívást, amelyek közvetlenül a kernelt hívják a nagyobb teljesítmény érdekében. Ebben az összefüggésben a "szolgáltatás" kifejezés a meghívott szubrutinokra vagy az elnevezett szubrutinok halmazára vonatkozik. Ezek különböznek a felhasználói módú szolgáltatásoktól, amelyek némileg analógok a UNIX-szerű rendszerek démonjaival.
Ez az a végrehajtó alrendszer, amelyet a végrehajtó alrendszer összes többi modulja hív meg, különösen a rendszerhívások, amikor hozzá kell férniük a Windows NT erőforrásokhoz. Az objektumkezelő az objektumok többszörözésének csökkentésére szolgál, ami hibákhoz vezethet a rendszerben. Az objektumkezelő számára minden rendszererőforrás egy objektum – legyen szó fizikai erőforrásról, például perifériaeszközről, fájlrendszerről vagy logikai erőforrásról – fájl stb. Minden objektumnak megvan a maga szerkezete vagy objektumtípusa.
Egy objektum létrehozása két szakaszra oszlik - létrehozásra és beillesztésre. Létrehozás – Egy üres objektum jön létre, és a szükséges erőforrások le vannak foglalva, például egy név egy névtérben. Ha egy üres objektum létrehozása sikeres volt, akkor az objektum létrehozásáért felelős alrendszer kitölti. Ha az inicializálás sikeres, akkor az alrendszer arra készteti az objektumkezelőt, hogy beszúrja az objektumot, azaz elérhetővé tegye a nevével vagy kezelőjével.