Windows NT

Windows NT (zkr. z angličtiny  New technology ) je řada operačních systémů (OS) vyráběná společností Microsoft Corporation a název prvních verzí OS.

Windows NT byl vyvinut počátkem 90. let po ukončení spolupráce mezi Microsoftem a IBM na OS / 2 , vyvíjen odděleně od ostatních operačních systémů rodiny Windows ( Windows 3.xa Windows 9x ) a na rozdíl od nich byl umístěn jako spolehlivé řešení pro pracovní stanice (Windows NT Workstation) a servery (Windows NT Server). Windows NT dal vzniknout rodině operačních systémů, která zahrnuje: vlastní Windows NT 3.1 , Windows NT 3.50 , Windows NT 3.51 , Windows NT 4.0 , Windows 2000 , Windows XP , Windows XP Professional x64 Edition , Windows Server 2003 , Windows Vista , Windows Server 2008 , Windows 7 , Windows Server 2008 R2 , Windows 8 , Windows 8.1 , Windows Server 2012 , Windows Server 2012 R2 , Windows 10 , Windows Server 2016 , Windows Server 2019 , Windows 11 , Windows Server 2022 .

Historie vývoje

Vývoj Windows NT pod pracovním názvem "NT OS/2 " byl zahájen v listopadu 1988 skupinou specialistů vedených Davidem Cutlerem , který přešel do Microsoftu z DEC , kde vyvinuli VAX a OpenVMS [2] . Práce šla ruku v ruce s vývojem vlastního operačního systému IBM , OS/2 2.0 , který byl konečně vydán v dubnu 1992 . V Rusku byla vydána 13. června 1992.

Microsoft zároveň pokračoval ve vývoji svých operačních systémů řady DOS a Windows , které se vyznačují nižšími nároky na počítačové zdroje než IBM OS/2. Po vydání Windows 3.0 v květnu 1990 se Microsoft rozhodl přidat k NT OS/2 programovací rozhraní ( API ) kompatibilní s Windows API . Toto rozhodnutí způsobilo vážné třenice mezi Microsoftem a IBM, které skončily přerušením spolupráce. IBM pokračovalo ve vývoji OS/2 samostatně, zatímco Microsoft začal pracovat na systému, který byl nakonec vydán pod názvem Windows NT. Ačkoli se z marketingového hlediska nestal okamžitě populárním jako DOS, Windows 3.x nebo Windows 9x, ukázal se být Windows NT výrazně úspěšnější než OS/2.

Rozhraní API OS/2 a poté POSIX byly původně plánovány jako API pro NT , přičemž podpora pro Windows API byla přidána jako poslední. Navíc Intel i860 a poté MIPS byly původně plánovány jako hardwarová platforma pro NT , podpora pro Intel x86 byla také přidána později. Poté během evoluce tohoto OS zmizela podpora jak pro původně plánovaná softwarová rozhraní, tak pro obě původně plánované hardwarové platformy. Pro i860 neexistovala jediná stabilní verze tohoto operačního systému, ačkoli název samotného NT OS pochází z kódového označení tohoto procesoru N10 (N Ten) [4] [5] . Microsoft nyní znamená NT jako New Technology . A jako alternativu k subsystému POSIX začal Microsoft nabízet subsystém pro aplikace založené na UNIXu . Výroční aktualizace z července 2016 pro Windows 10 představila beta verzi podsystému Windows pro Linux pro spouštění binárních spustitelných souborů pro linuxové jádro bez použití virtualizace . Obraz Ubuntu je nabízen jako základní systém , ve verzi z 11. dubna 2017 jsou přidány také obrazy SUSE a Fedora .

Přenositelnost NT byla jednou z jeho hlavních priorit. Proto byl vývoj tohoto OS původně prováděn pro procesor i860, i když binární kompatibilita s OS/2, což byla jedna z podmínek projektu NT OS/2, by v každém případě vyžadovala vytvoření x86 verze NT nebo zahrnutí emulace této platformy do něj. Počet platforem, pro které byly k dispozici verze operačních systémů Windows NT, je působivý: kromě jmenovaných MIPS a Intel x86 sem patří PowerPC , DEC Alpha , Itanium a AMD x86-64 . ISV také vyvinuli Windows NT pro architektury a ; tyto verze však nebyly vydány jako samostatné softwarové produkty. Operační systémy Unix a Mach byly vzaty jako příklady vysoce přenosných operačních systémů během vývoje NT .

K vývoji operačního systému NT Microsoft pozval skupinu specialistů z DEC v čele s Davidem Cutlerem , kteří mají zkušenosti s tvorbou multitaskingových operačních systémů, jako jsou VAX/VMS a RSX-11 . Některé podobnosti zaznamenané mezi vnitřní architekturou Windows NT a rodinou operačních systémů VMS daly důvod obviňovat nově najaté zaměstnance Microsoftu z krádeže duševního vlastnictví DEC. Výsledný konflikt byl vyřešen přátelsky: DEC uznalo vlastnictví Microsoftu k technologiím, které jsou základem Windows NT, a Microsoft vytvořil a udržoval verzi Windows NT pro architekturu DEC Alpha.

Navzdory jejich společným kořenům se kompatibilita mezi Windows NT a OS/2 s každým novým vydáním tohoto OS snižovala. Podpora pro OS/2 2.0 API, ačkoli plánována pro NT, nebyla nikdy dokončena; Windows NT 4.0 odebral podporu pro systém souborů HPFS a Windows XP odebral podsystém softwarové podpory pro OS/2 1.x.

Verze

Vnitřní architektura

Komponenty jádra

Komponenty uživatelského režimu

Subsystém uživatelského rozhraní v systému Windows NT implementuje rozhraní v okně podobné tomu z předchozích verzí systému Windows. Dva typy objektů v tomto subsystému, které nebyly přítomny v 16bitových verzích Windows a ve Windows 9x, jsou okenní stanice a plochy . Okenní stanice odpovídá jedné uživatelské relaci Windows NT – například při připojování přes Remote Desktop Service se vytvoří nová okenní stanice. Každý běžící proces patří jedné z okenních stanic; služby, kromě těch, které jsou označeny jako schopné interakce s pracovní plochou, běží v samostatných, neviditelných okenních stanicích.

Každá stanice okna má svou vlastní schránku , sadu globálních atomů (používaných pro operace DDE ) a sadu ploch . Plocha je kontext pro všechny globální operace podsystému uživatelského rozhraní, jako je instalace zavěšení a vysílání zpráv. Každé běžící vlákno patří k jedné z ploch - té, kde se nacházejí jím obsluhovaná okna; konkrétně jedno vlákno nemůže vytvořit více oken patřících různým plochám. Jedna z ploch může být aktivní (viditelná pro uživatele a schopná reagovat na jeho akce), zbytek ploch je skrytý. Možnost vytvořit více pracovních ploch pro jednu relaci a přepínat mezi nimi před vydáním Windows 10 nebyla poskytována standardními nástroji uživatelského rozhraní Windows, ačkoli existují programy třetích stran, které poskytují přístup k této funkci.

Okenní stanice a plochy jsou jedinými objekty v podsystému uživatelského rozhraní Windows NT, kterým lze přiřadit oprávnění. Zbývající typy objektů – okna a nabídky  – poskytují plný přístup k jakémukoli procesu, který je s nimi ve stejné okenní stanici. Služby systému Windows NT se proto ve výchozím nastavení spouštějí v samostatných stanicích oken: spouštějí se se zvýšenými oprávněními a povolení uživatelských procesů neomezeně manipulovat s okny služeb by mohlo vést k selháním nebo problémům se zabezpečením.

Programovací rozhraní

Nativní API

Windows NT poskytuje několik sad rozhraní API pro aplikační programy. Hlavním z nich je tzv. „nativní“ API ( NT Native API ), implementované v dynamicky propojované knihovně ntdll.dll a skládající se ze dvou částí: systémová volání jádraNt NT (funkce s a prefixy Zw, které přenášejí provádění na funkce jádra ntoskrnl.exese stejnými názvy) a funkce implementované v uživatelském režimu (s předponou Rtl). Některé funkce druhé skupiny používají systémová volání interně; zbytek se skládá výhradně z neprivilegovaného kódu a lze jej volat nejen z kódu uživatelského režimu, ale také z ovladačů . Kromě funkcí Native API ntdlljsou zahrnuty také funkce standardní knihovny C.

Oficiální dokumentace k Native API je velmi skoupá, ale komunitě nadšenců se podařilo pokusem a omylem nasbírat o tomto rozhraní poměrně dost informací. Zejména v únoru 2000 vyšla kniha Garyho Nebbeta „ Příručka základních funkcí Windows NT/2000 API “ ( ISBN 1-57870-199-6 ) ; v roce 2002 byl přeložen do ruštiny ( ISBN 5-8459-0238-X ). Zdrojem informací o Native API může být Windows DDK , který popisuje některé funkce jádra dostupné prostřednictvím Native API, a také studium kódu Windows ( reverzní inženýrství ) – prostřednictvím rozebrání , buď pomocí uniklých zdrojových textů Windows 2000 nebo pomocí zdrojových textů Windows Server 2003 , dostupných prostřednictvím programu Windows Research Kernel .

Programy, které se spouštějí před načtením podsystémů, které poskytují zbytek rozhraní API systému Windows NT, jsou omezeny na použití nativního rozhraní API [13] . Například program autochk, který kontroluje disky při spuštění operačního systému po nesprávném vypnutí, používá pouze Native API.

Win32 API

Aplikace Windows NT nejčastěji používají Win32 API, což je rozhraní založené na Windows 3.1 API , které umožňuje překompilování existujících programů pro 16bitové verze Windows s minimálními změnami zdrojového kódu. Kompatibilita Win32 API a 16bitového Windows API je tak velká, že 32bitové a 16bitové aplikace si mohou volně vyměňovat zprávy, pracovat mezi sebou navzájem atd. Kromě podpory funkcí stávajícího Windows API, řadu nových funkcí, včetně podpory konzolových programů , multithreadingu a synchronizačních objektů, jako jsou mutexy a semafory . Dokumentace pro Win32 API je součástí sady Microsoft Platform SDK a je k dispozici na webu . [čtrnáct]

Podpůrné knihovny Win32 API se v zásadě jmenují stejně jako systémové knihovny Windows 3.x s příponou 32: jedná se o knihovny kernel32, advapi32, gdi32, user32, comctl32, comdlg32a shell32řada dalších. Funkce Win32 API mohou buď samostatně implementovat požadovanou funkcionalitu v uživatelském režimu, nebo volat funkce Native API popsané výše, nebo přistupovat k subsystému prostřednictvím csrssmechanismu LPC provádět knihovny , win32kkterá implementuje podporu režimu jádra nezbytnou pro Win32 API. Čtyři uvedené možnosti lze také kombinovat v libovolné kombinaci: například funkce Win32 API WriteFilevolá funkci Native API NtWriteFilepro zápis do souboru na disku a volá příslušnou funkci csrsspro výstup do konzoly .

Podpora Win32 API je součástí řady operačních systémů Windows 9x ; lze jej také přidat do systému Windows 3.1x instalací balíčku Win32s . Pro usnadnění portování stávajících aplikací systému Windows, které k reprezentaci řetězců používají kódování MBCS , byly všechny funkce rozhraní Win32 API, které berou řetězce jako parametry, vytvořeny ve dvou verzích: funkce s příponou A( ANSI ) přijímají řetězce MBCS a funkce s příponou W( wide ) přípona přebírá řetězce zakódované v UTF-16 . Na Win32s a Windows 9x jsou podporovány pouze A-funkce, zatímco na Windows NT, kde jsou všechny řetězce uvnitř OS uloženy výhradně v UTF-16, každá A-funkce jednoduše převede své parametry řetězce na Unicode a zavolá verzi W stejnou funkci. H-soubory knihovny také definují názvy funkcí bez přípony a použití A- nebo W-verze funkcí je dáno možnostmi kompilace a v modulech Delphi před rokem 2010 jsou například pevně svázány s variantami s příponou A. Většina nových funkcí, které se objevily ve Windows 2000 nebo novějších operačních systémech rodiny Windows NT, existuje pouze ve verzi Unicode, protože problém zajištění kompatibility se staršími programy a s Windows 9x již není takový akutní, jak to bývalo.

POSIX a OS/2

Na rozdíl od většiny svobodných operačních systémů podobných Unixu je Windows NT certifikován NIST , aby vyhovoval standardu POSIX .1 a dokonce i přísnějšímu standardu FIPS 151-2. Knihovna psxdllexportuje standardní funkce POSIX, stejně jako některé funkce Native API, které nemají v POSIX žádné analogy - například pro práci s haldou , se strukturovanými výjimkami , s Unicode . Uvnitř těchto funkcí se používají jak Native API, tak LPC volání do subsystému psxss, což je běžný proces Win32.

Pro spouštění 16bitových programů napsaných pro OS/2 1.x obsahuje Windows NT dvě systémové knihovny OS/2 ( doscallsa ) a program emulátorunetapi konzoly [15] , který načítá a používá subsystémy a prostřednictvím volání LPC . Zbývající systémové knihovny OS/2, kromě dvou jmenovaných ( , , , , a tucet dalších), nejsou uloženy jako samostatné soubory, ale jsou emulovány. Windows NT nepodporuje programy napsané pro OS/2 2.0 a vyšší, stejně jako okenní programy a programy, které pracují přímo s počítačovými zařízeními, včetně ovladačů . os2os2srvos2sskbdcallsmailslotmoncallsnampipesquecallsviocalls

Oba tyto subsystémy, které jsou pro většinu aplikací volitelné, byly v systému Windows XP a novějších edicích systému Windows odstraněny. Pomocí manipulace s registrem mohly být také zakázány v předchozích verzích Windows NT, což bylo doporučeno odborníky na počítačovou bezpečnost , aby se snížila plocha útoku na počítačový systém.

DOS a Win16

Aby byla zajištěna binární kompatibilita se stávajícími programy pro předchozí rodiny operačních systémů od společnosti Microsoft, byl do Windows NT přidán emulátorový program ntvdm, který implementuje VDM ( virtuální stroj DOS ), uvnitř kterého lze spustit program DOS. Každý běžící DOSový program vytváří svůj vlastní VDM, zatímco několik 16bitových Windows programů může běžet v samostatných vláknech v rámci jednoho VDM, který v tomto případě hraje roli subsystému. Aby mohly být programy Windows spouštěny uvnitř VDM, musí se do něj nejprve nahrát program, wowexeckterý vytvoří spojení mezi VDM a platformou WOW („Windows na Win32“), což umožňuje používat 16bitové aplikace Windows na stejné úrovni. základ s 32bitovými. Samotný program emulátoru ntvdmběží uvnitř podsystému Win32, který umožňuje programům Win32 přistupovat k oknům programu DOS jako normálním oknům konzoly a oknům programu Win16 jako normálním grafickým oknům.

Další technologií binární kompatibility implementovanou ve Windows NT jsou thunks ( eng.  thunk = "adaptér") - malé části kódu, které provádějí převody (například typy) nebo poskytují volání 32bitového kódu ze 16bitového a naopak. Thunkové umožňují 32bitovým programům používat 16bitové knihovny DLL (pro Windows nebo OS/2) a naopak. Thunks pro Win16 jsou implementovány v knihovnách wow32(32bitové vstupní body) a krnl386(16bitové vstupní body); thunks pro OS/2 - v knihovně doscalls(16bitové vstupní body). Knihovny 16bitového systému, které jsou součástí systému Windows NT pro použití s ​​technologií WOW , zahrnují , , přistupujíDOSproProgramykrnl386další, , a Podpora programů pro DOS a Win16 ve Windows NT je však omezena bezpečnostními požadavky: programy, které přímo spolupracují s počítačovými zařízeními, včetně ovladačů , nejsou podporovány. gdiusercommctrlcommdlgshell

Kvůli hardwarovým omezením 64bitových platforem byla z 64bitových verzí Windows vyloučena podpora VDM a WOW, spouštění 16bitových programů se systémovými nástroji na nich není možné, lze však použít emulátory jako DOSBox . Hlavní API těchto verzí Windows NT je 64bitová verze Win32 API; Technologie WOW64 se používá ke spouštění 32bitových programů , podobně jako tradiční WOW.

Hardwarové platformy

Jak již bylo uvedeno, byla vyžadována x86 verze NT , aby byla kompatibilní s OS/2, ale aby bylo zajištěno, že vytvářený kód bude přenosný, začal vývoj NT verzemi pro architektury RISC a teprve poté byla přidána podpora x86. Počáteční vývoj x86 verze Windows NT se soustředil na procesor 80486 , ale v době vydání Windows NT 3.1 byla přidána také podpora pro 80386 . Poslední verzí podporující i386 byl Windows NT 3.51 .

Procesor i860 , pro který byl proveden počáteční vývoj operačního systému NT, nezískal podporu od výrobců počítačů, v jakou Intel a Microsoft doufali v době dokončení Windows NT . V důsledku toho byly v systému Windows NT 3.1 podporovány tři platformy x86, Alpha a MIPS. Podpora těchto platforem pokračovala ve verzích Windows NT 3.x, přičemž Windows NT 3.51 také přidaly založenou na procesoru PowerPC Windows NT 3.51 však nebyl kompatibilní s počítači Macintosh se stejným procesorem; ve skutečnosti byly podporovány pouze klony IBM PC s procesorem PowerPC namísto x86. Takové počítače vyráběly především společnosti - tvůrci PowerPC - IBM a Motorola .

První vydání Windows NT 4.0 podporovalo čtyři platformy (x86, Alpha, MIPS a PowerPC), ale podpora pro méně běžné platformy byla s vydáním aktualizací Service Pack omezena : podpora MIPS byla odebrána z SP1 a podpora PowerPC z SP3. Nedávná vydání Windows NT 4.0 podporovala pouze x86 a Alpha; ačkoli podpora Alpha byla plánována pro zahrnutí do Windows 2000, byla z vydání RC2 vypuštěna. Výsledkem bylo, že jedinou podporovanou platformou ve Windows 2000 byla x86.

Podpora 64bitových procesorů byla poprvé představena ve Windows XP pro IA-64  , architekturu procesorů Intel Itanium . Na základě 64bitové verze Windows XP byly vytvořeny také 64bitové serverové verze Windows 2000; podpora pro procesor Itanium byla později přidána do některých verzí systému Windows Server 2003 . Druhou 64bitovou architekturou podporovanou v rodině operačních systémů Windows NT byla architektura x86-64 vytvořená společností AMD , později implementovaná v procesorech Intel pod názvem EM64T. Windows Server 2003 SP1 x64 a Windows XP Professional x64 byly vydány současně, což jsou serverové a desktopové verze stejné verze Windows – konkrétně se na tyto edice vztahují stejné aktualizace. Od roku 2005 se Microsoft rozhodl přestat podporovat IA-64.; Nejnovější verze Windows NT, která plně podporuje Itanium , je Windows NT 5.2 (XP Professional 64-bit Edition a Server 2003). Pro dražší (a tudíž obtížněji upgradovatelné) servery však byly vydány speciální verze Windows Server 2008 a Windows Server 2008 R2 a Windows Server 2012 již nezískal podporu IA-64.

Viz také

• ReactOS  je operační systém s otevřeným zdrojovým kódem kompatibilní s aplikacemi a ovladači Windows NT.
• Architektura Windows NT
• Instalace Windows

Poznámky

1. ↑ https://blogs.windows.com/windows-insider/2021/08/19/announcing-windows-11-insider-preview-build-22000-160/
2. ↑ N. A. Olifer, V. G. Olifer. Historie Windows NT Archivováno 21. března 2009 na Wayback Machine // Network Operating Systems
3. ↑ NT znamená... - Matt Mullenweg . Získáno 3. srpna 2008. Archivováno z originálu 6. ledna 2014. (neurčitý)
4. ↑ SuperSite Paula Thurrotta pro Windows: Windows Server 2003: Cesta ke zlatu, část první: Raná léta archivována 4. června 2010.
5. ↑ Microsoft potvrzuje, že Windows 10 bude také verze 10 interně | Obsah Windows 10 ze SuperSite pro Windows (nedostupný odkaz) . Získáno 2. října 2015. Archivováno z originálu 16. října 2017. (neurčitý) 
6. ↑ Microsoft potvrzuje aktualizaci verze jádra systému Windows 10 na 10.0 - Softpedia . Získáno 2. října 2015. Archivováno z originálu 9. října 2015. (neurčitý)
7. ↑ Microsoft potvrzuje, že jádro Windows 10 bude 10.0 . Získáno 2. října 2015. Archivováno z originálu dne 5. března 2016. (neurčitý)
8. ↑ Windows Server 2016: mraky pro masy . Datum přístupu: 17. června 2017. Archivováno z originálu 27. února 2017. (neurčitý)
9. ↑ Edice Windows Server 2016, ceny, dostupnost, funkce . Získáno 17. června 2017. Archivováno z originálu 18. června 2017. (neurčitý)
10. ↑ Windows Server 2019 – nyní obecně k dispozici! . Získáno 8. října 2018. Archivováno z originálu dne 4. ledna 2020. (neurčitý)
11. ↑ Datum vydání Windows 11 je známé . m24.ru. _ Získáno 29. července 2021. Archivováno z originálu dne 29. července 2021. (Ruština)
12. ↑ Windows Native API Programming . Získáno 4. února 2011. Archivováno z originálu 21. února 2011. (neurčitý)
13. ↑ Knihovna MSDN . Získáno 25. února 2007. Archivováno z originálu 2. února 2007. (neurčitý)
14. ↑ Kapitola 28 – Kompatibilita OS/2 Archivováno 6. listopadu 2015 na Wayback Machine / Windows NT Workstation Resource Kit, Microsoft : Seznam souborů 

Odkazy

• Klientské systémy Windows na TechNet
• Centrum stahování zkušební verze systému Windows 7 Enterprise
• Technická knihovna Windows 7
• Zpráva „XP, Vista, Windows 7 – včera, dnes, zítra. Možnosti sítě»
• Zpráva o vývoji bezpečnostních technologií z Windows Vista na Windows 7
• Microsoft's NT OS/2 Design Workbook , 1989-1990 – dostupný prostřednictvím programu Windows Research Kernel a také v Americkém muzeu národní historie
• MS Windows NT Workstation 4.0 Resource Guide Microsoft, 1995, ISBN 1-57231-343-9