Зертханалық жұмыс № 1. Операциялық жүйелердің даму бағыттары

Операциялық жүйені пішін үйлесімдіру.

1. 
   Windows және Linux операциялық жүйелерінің іске қосу және иинциализациялау туралы әдістемелік нұсқаумен танысу
   
2. 
   Операциялық жүйені пішін үйлесімдіру туралы әдістемелік нұсқаумен танысу
   
3. 
   Практика тапсырмасын орындау
   
4. 
   Бақылау сұрақтарына жауап беру
   

• 
  Windows және Linux операциялық жүйелерінің іске қосу және иинциализациялау.
  
• 
  Операциялық жүйені пішін үйлесімдіру.
  

1. Жабдықтан абстрактциялау деңгейі (Hardware Abstraction

2.Операциялық жүйе ядросы. Ядро операциялық жүйесiнiң жиi шақырылатын төмен деңгейлi функцияларында жиі болады: процесстер арасындағы ресурстарды бөлу және жоспарлау, олардың ауыстырып қосылуы және синхронизациялануы. Ядроның мiндеттерiне қате ахуалдардың үзумен басқару және өңдеуi сонымен бiрге басқару жүйесiнiң жұмыс жасауы да кiредi. Windows XPнiң ядросының коды, ағындарға бөлiнбегенiнде емес, тек қана жедел жадта болғанында және дискке жүк түсiрiле алмағанында. Windows XP ядросының коды Ntoskrnl.exe жүйелiк файлда орналасқан.

3.Құрылымдардың драйверлерi. Драйверлер нақты құрылымдар үшiн қолданбалы бағдарламалардың деректердi өңдеудiң сұрау салу түскен шақыру хабарлайтын iшкi программаларда болады. Драйверлердiң түбегейлi саны Windows XP құрамына кiредi (олар Isystem32l drivers жүйелiк тiзбенiң төменгi тiзбектерiнде орналасады және *ның файлының түрлерiн алады.мысалы, sys диск сияқты iшкi жүйенiң драйверi disk.sysтiң файлында болады ), қалыпсыз шеттегi құрылымдардың драйверлерi үшiн жабдықтау комплекттерiнде болады.

4. Атқарушы iшкi жүйе (NT Executive ). NT Executive-шi модул микроядродан және виртуалды жадқа рұқсаты бар бағдарламаларын басқарудың диспетчеризацияның iшкi жүйелерi, терезелерге және график түрiнде iшкi жүйеге кіреді. Виртуалды жад адрестiк кеңiстiк процесстер және компьютердiң жедел жадының тиiстi физикалық беттерi виртуалды мекенжайлар қолданбалы бағдарламаларға iлiгедi. График түрiндегі iшкi жүйе терезелiк интерфейстiң жасауы үшін, терезе орналасқан басқарулардың элементтерiнiң сурет салуы үшiн арналған. Атқарушы iшкi жүйеге Ntkrnlpa.exe, Kernel32.dll, Advapi32.dll, User32.dll, Gdi32.dllдiң жүйелiк файлдары жатады.

Windows XP басқару жүйесi Intel x86-шы жанұясымен үйлесiмдi процессорлары мүмкiндiктерін пайдаланады. Олардың аппаратты архитектурасында 0-шi - ең жоғары ерекше құқықты, процессордың командаларының шектелген жиыны бар 4-шi - қолданбалы тәртiбiне дейiнгі бағдарламаладың кодының орындауының артықшылықтарының төрт деңгейi ескерiледi. Windows XP операциялық жүйе ядросының тәртiбiнiң бағдарламалары өңге қолданбалы бағдарламалар және ерекше құқықты режим қорғал қалған нөлдiк жұмыс iстейдi ерекше құқықты режимдер кем ядроның тәртiбiнiң бағдарламалары бақылап бола жұмыс iстейдi.

Операциялар және қосымшаның қол жетпес қолданбалы режимдерінде Win32 API деп аталатын операциялық жүйе ядросының жүйелiк шақыруларына айналады. API құрамына операциялық жүйе ядросы iшкi программасына негiзделген жүйелiк шақырулар көмегiмен 250 функциядан астам кiредi. NT Executive-шi модулымен де, жүйелiк қызметтермен NT те Win32 API барлық шақырулар қызмет көрсетедi - Windows XPнiң орындайтын жүйесi. NT Executive-шi модул ядроның тәртiптерiнде орындалатын бiрнеше программалық ағындар болады. Бұл модулдың түгелдей дерлiк iшкi жүйелерiнiң коды hal.dllдың файлында болатын HALның жабдығынан (коды win32k.sysтiң файлында орналастырған Win32дiң iшкi жүйесiнен басқа) ntoskrnl.exe файлы және абстрактциялау деңгейінде болады. NT Executive модулі операциялық жүйесiнiң барлық маңызды бөлiктерiнде шоғырланған.

Демек, микроядро қосымшалар және көпесептiктiң iске асыруына процессорлық уақыттың үлестiрiлуi үшiн жадтың ерекшелеуiне жауап бередi. Микроядро құрамына 35 приоритет деңгейлерiнiң бiр ағынының әрқайсыларын тағайындайтын (threads scheduler ) ағын жоспарлауышысы кiредi. 0-шi деңгей жүйе үшiн кейiнге сақталған. 1мен 15 аралығындағы деңгейлер орындалатын программаларға белгiленедi, 16 мен 31 арығындағы деңгейлер тек қана админстратормен белгiлене алады. Жоспарлаушы бекiтiлген өлшемнiң кванттарына барлық процессорлық уақытты бөледi. Әрбiр программалық ағыны сонымен бiрге уақыттың тек қана берілген ағымында орындалады және ол кванттың аяқталуына байланысты егер берілген уақыттағы процессор жоспарлаушыны босатпаса бұл ағынды бөгейдi және процесстiң программалық ортасын оның басымдылықпен сол ие болатын басқа ағынның орындалу күйiне келтiре өзгертедi. Сонымен бiрге микроядро программалық және аппаратты үзу өңдеуге қатысты барлық жұмысты жүзеге асырады.

5.Бағдарламаларды басқару диспетчеризациясы. Модул жүйелiк бағдарламалардың келесi жиынынан тұрады:

- енгiзу-шығару диспетчері – жүйеге драйверлердің толықтырылуын Windows XP операциялық жүйесiнде интегралдайды.

- объекттердiң диспетчерi - компьютердiң барлық бөлетiн қорларының басқаруы үшiн қызмет көрсетедi. Мысалы, объекттердiң диспетчерiн қор қандай болмасын қосымша үндеулерi кезінде объекттi бұл қорға салыстырады және бұл объекттiң дескрипторын қосымшаға бередi. Дескрипторды пайдалана отырып, қосымшаны объектпен әр түрлi операциялар оның қатынасында жасай әрекеттеседi. Қауiпсiздiк жүйесiнiң мониторы ар жағында сонымен бiрге объектпен тек қана шешiлген әсерлер орындалатындай етiп қадағалайды.

- процесстер диспетчерi - Windows NT Executiveнiң басқа компоненттерi көмегiмен интерфейс, сонымен бiрге қолданбалы режимнің қосымша процесстермен және ағындармен манипуляция жасай алуын ұсынады. Процесстер диспетчерi жұмыс уақытында (PID - Process Identifier) процесстiң идентификаторы және (TID - Thret Identifier) ағынның идентификаторын әрбiр процеске және ағынға сәйкесiнше салыстырады.

- виртуалды жад диспетчерi - жадтың iшкi жүйесі ұйымының басқаруы үшiн қызмет көрсетедi, процесстер үшiн кесте мекенжайларын құруға мүмкiндiк бередi және адрестi кеңiстiк қосымшаларын қолданудың түзулілігін қадағалайды. Бұдан басқа, атқарылатын файлдар және динамикалық кiтапханалардың файлдарының жедел жадқа жүктеу мүмкiндiгiн қамтамасыз етедi. Виртуалды жадтың диспетчерi қолданбалы қосымшалар үшiн нақты жадты ұсынады - әрбiр процесске 4 гбайт кiшi 2 гбайттан процесстермен қолданылатын виртуалды адрестi кеңiстiк (бәрiмiзге ортақ процесстер) жоғары 2 гбайт жүйенiң мұқтаждықтарында берiледi алады. Әрбiр процесс өз шеттетiлген адрес кеңiстiкте жұмыс iстейдi және басқа процесстер туралы бiлмейдi. Процесстер мәлiметтермен виртуалды адрес кеңiстiк бiрнеше процесстерге проекциялайланған бөлетiн жад арқылы ауысып кетедi.

- кэштiң диспетчерi - кэш жасалған оқу және жазу үшiн қолданылады және тағы басқа құрылымдардың қатты дисктерiнiң жұмысын үдетуге айтарлықтай мүмкiндiк бередi. Өте қажеттi файлдар сонымен бiрге компьютердiң жедел жадындағы кэшiнiң диспетчерi және т.б. Windows XPге кэш барлық логикалық дисктер үшiн бiртұтас болып табылады, қолданылатын файл жүйесiнен тәуелдiлiк тыс. Бұдан басқа, ол динамикалық болып табылады, бұл демек, диспетчер оның өлшемдерiмен әрбiр нақты моментке көлемiне байланысты басқарылады.

- графика және терезелер диспетчерi - жүйелiк қатынастар және мәлiметтiң бейнесiмен пердеде жiберуге қатысты барлық функцияны орындайды.

Windows XPнiң жұмыс жасау процессі үш фазада шартты бөлшектенедi: бастапқы жүктеменiң процессi, штаттық жұмыс тәртiбi және жұмыс аяғы. Windows XP жүктеулер үшiн файлдардың келесi ең төменгi жиынын қолданылады:

- жүктеушi дисктiң түбiрлiк тiзбегі орналасқан файлдар: Ntldr, Boot.ini, (жүктеулер тек қана қолдануда қажеттi) Bootsect.dos, Ntdetect.com

- /system32дiң жүйелiк төменгi тiзбегі орналасқан файлдар: Ntoskrnl.exe, Hal.dll, SYSTEMның тiзiлiмiнiң бөлiмдерi

- /system32/driversтiң жүйелiк төменгi тiзбегі орналасқан файлдар: қажеттi құрылымдардың драйверлерi.

Компьютер жүктеу процессі (POST - Power-On Self Test) жабдықтың бастапқы тестеуiн процедурадан бастайды. Код POST орындайтын әрбiр компьютердiң (BIOS ) енгiзу-шығарудың негiзгi жүйесiнде орналасқан, басқару оған қоректену көзiн қосқанда берiледi. Егер тестеулер процессте қандай болмасын қате мәлiм болса, онда BIOS әртүрлi өндiрушiлердiң BIOSi үшiн айырмашылығы болатын (POSTcodes ) қателiктiң кодтары және дыбыстық кодтар шығарады. Егер POSTтың процедурасын ойдағыдай бiтсе, онда BIOS (MBR - Master Boot Record) бас жүктеушi жазуды басқару және процесс тек қана компьютердiң аппаратурасынан тәуелдi болғанында компьютердiң жүктеуiн бiрiншi аппаратты кезең бiтуін алып бередi.

Бұдан әрi жүктеушi жазу Ntldr-шы атқарылатын жүктеушi сектор орналасқан тиеушiге басқаруын логикалыққа қатты дисктiң бөлiктерi туралы мәлiметтермен нәтиже жасай алады. Тиеушi қорғалған режимге өтедi және жады бар манипуляцияның табысты жұмыс жасауы үшiн қажеттi өндiрiп алады, бұдан басқа, Ntldr файл жүйесi және жүйенiң кейбiр басқа негiзгi қорларымен жұмыс iстеуге мүмкiндiк беретiн модулдарды алады. Барлық басқа әсерлер BIOSтер үзуi шақыруы арқылы орындалады.

Егер boot.iniнiң файлында бірнеще операциялық жүйе тiркелсе, онда операциялық жүйесiнiң таңдауы туралы Ntldr шақыруды қорытынды таңдаудың мүмкiндiгiн қолданушыға жолымен тиеушiнiң алғашқы инициализациясынан кейiн iлiгедi. Егер Windows XP операциялық жүйесiнi таңдалған болса, тиеушi Ntdetect-шы файлды iске қосады. Бұл компонент CMOSтан оқиды - жүйелiк датаны және уақытты жадты кейiн осы уақытта компьютер қосылған аппаратты құралдардың iздестiру және айырып тануы не өндiрiп алады. Ntdetect мәлiметтi оларға керi Ntldr жиюлы басқаруды жұмысты бiтiрiп қайтарады. Бұдан әрi Hal.dllдың жабдығынан Ntoskrnl.exe-шы операциялық жүйе ядросы және абстрактциялау деңгейi жүктелiп аты-жөнiн көрсетедi. Ядро инициализациялардың жанында келесi тiзбектегi әсерлерiнiң қатары көрсетіледі:

• 
  жад диспетчерiнiң инициализациясы;
  
• 
  объекттердiң диспетчерiнiң инициализациясы;
  
• 
  қауiпсiздiктiң жүйесiнiң қоюы;
  
• 
  файл жүйесiнiң драйверiнiң күйге келтiруi;
  
• 
  жүктеу және енгiзу-шығаруды диспетчердiң инициализациясы;
  
• 
  қолданушымен өзара әрекеттесулердi жүзеге асыратын жүйелiк сервистердiң жүктелуi.
  

- (сеанстар диспетчері) Smss.exe - модул басқа сервистер және Windowsтiң қызметтерiмен басқаруды iске қосады: (Csrss ) Win32 және жүктеу кезеңде атқарылатын кейбiр жүйелiк утилиталар; Csrss.exe және WinLogon.exeнiң процесстерiнiң график түрiнде қолданбалы интерфейс және iске қосуын жүзеге асырады

- Csrss.exe - модул компьютермен және қолданушының аралығында өзара әрекеттесу ұйымы үшiн арналған;

- Lsass.exe - WinLogon.exe жүйенiң қауiпсiздiгіне сәйкес келетiн iске қосылатын қызмет; қолданушыға жүйеде тiркелiп қоюға мүмкiндiк бередi.

Аутентификацияның процедурасын қолданушының операциялық жүйесiнiң жүктеулерiнен кейiн өте алуы керек - (Логин ) меншiктi тiркеу аты және пароль енгiзу. Жүйеге қосуды процедураға кiру құқығы және жүйесi бар жұмыстың қолданушысына анықтауға мүмкiндiк берiп, ие болады. Бұл процедураны WinLogonнiң қызметiн орындайды. Жүйеде сонымен бiрге келесi оқиғалар да болады:

- WinLogon процесс Логин және парольнiң қолданушысы енгiзуге жұмыс столының фоны және шақыруды пердеде бейнелейдi; енгiзiлген мәлiметтер қауiпсiздiгінің iшкi жүйелерiне берiледi;

- қауiпсiздiктiң iшкi жүйесi (Security Accounts Manager ) осы SAMлар базасына қарайды және жүйесi бар жұмыстың өкiлеттiктерiмен қолданушыға тексерiп, ие болады.

Егер қолданушы жүйенiң авторластырылған қолданушысы болып табылса, онда қауiпсiздiктiң iшкi жүйесiн басқарумен бiрге WinLogonнiң процессiне керi алып берген рұқсаты оны идентификатор үшiн қалыптастырады. Win32дiң iшкi жүйеге қарап сөйлеуi WinLogon арқылы процесс қолданушы үшiн жаңа процесстi құрады және рұқсаттың идентификаторын оған бекiтедi. Ендiгәрi құрылған қолданушымен әрбiр процессi рұқсаттың идентификаторы тәуелділігін атап өтедi, сондықтан жүйенiң қорларына қолданушының рұқсаты да тексеріледi. Жүйеге қосулардың арқасында сөзсiз процедураға тетiктердiң iске асыруы оңайланады: қолдану қорларға жүйе және квотаның тексерілуi. Рұқсаттың қолданбалы идентификаторы қолданушының идентификаторы болады.