Исполнительная система (The Executive)

Надо отметить, что в разных источниках понятие исполнительной системы интерпретируется по-разному. Например, в документации DDK исполнительная система - это совокупность компонентов, исполняющихся в привилегированном режиме - режиме ядра, и формирующих законченную ОС за исключением пользовательского интерфейса. В данном случае к компонентам исполнительной системы относятся также само ядро и слой абстрагирования от оборудования (HAL). В других источниках ядро и HAL рассматриваются как отдельные модули. В этой книге решено было следовать именно этому разделению, хотя бы потому, что HAL не предоставляет системных сервисов, к которым могут обращаться защищенные подсистемы.

Подсистемы Исполнительной Системы NT составляют наиболее существенный слой в режиме ядра, и они исполняют больщую часть функций, традиционно связанных с операционными системами. В Таблице 1 перечислены подсистемы Исполнительной Системы NT, и рис. 2 показывает их позицию в архитектуре NT. Эти подсистемы имеют разные обязанности и названия, так что Вы могли бы подумать, что они являются различными процессами. Например, когда программа типа Microsoft Word запрашивает обслуживание операционной системы типа распределения памяти, поток управления передается от программы Word в режим ядра через «родной» интерфейс системных сервисов NT. Тогда обработчик системного сервиса для распределения памяти напрямую вызывает соответствующую функцию Диспетчера Виртуальной Памяти. Запрошенное распределение памяти выполняется в контексте процесса Word, который запросил его, то есть нет никакого переключения контекста к другому системному процессу.
Драйверы Windows NT, включая драйверы устройств, промежуточные драйверы и драйверы файловых систем, после загрузки рассматриваются как часть исполнительной системы, а точнее как часть системы ввода/вывода.
Все компоненты, кроме диспетчера кэша, предоставляют определенное множество системных сервисов, к которым могут обращаться защищенные подсистемы. И каждый компонент исполнительной системы реализует множество внутренних процедур, доступных только компонентам исполнительной системы.
Префиксы в названиях внутренних процедур соответствуют названиям компонентов исполнительной системы, обеспечивающих эти процедуры, например: «Ех» для функций, реализуемых компонентом Ex(ecutive) Support — исполнительным модулем, Ps - диспетчером процессов, Ob — диспетчером объектов, Iо — диспетчером ввода/ вывода, Mm - диспетчером памяти, Сс - диспетчером кэша, Se - монитором безопасности.
Исполнительная система не исполняется постоянно в собственном процессе, а работает в контексте некоторого существующего процесса, завладевая выполняющимся потоком, когда происходит важное системное событие. Например, когда поток вызывает системный сервис, в результате чего происходит программное прерывание, или когда внешнее устройство генерирует прерывание, ядро получает управление потоком, который выполнялся процессором. Оно выпдлняет соответствующий системный код для обработки события и затем возвращает управление коду, выполнявшемуся перед прерыванием.
Исполнительный модуль (executive support) - это особый компонент исполнительной системы ОС Windows NT, давший свое имя целой группе модулей операционной системы. Он отвечает за многие разнообразные функции, включая управление очередями (их блокирование), управление резидентной и нерезидентной системной областью памяти, увеличение/уменьшение значения глобальной переменной и др. Этот компонент обеспечивает также системные рабочие потоки, которые драйверы NT, особенно драйверы файловых систем, используют для выполнения необходимой работы.

Таблица 1. Подсистемы Исполнительной Системы NT и их предназначение

Ниже перечислены компоненты исполнительной системы и их области ответственности.

Справочный монитор защиты (security reference monitor) отвечает за реализацию единой политики защиты на локальном компьютере. Оберегает ресурсы ОС, обеспечивая защиту объектов и аудит во время выполнения доступа к ним. Справочный монитор защиты использует для реализации единой системной политики безопасности списки контроля доступа (Access Control Lists, ACL), содержащие информацию о том, какие процессы имеют доступ к конкретному объекту и какие действия они могут над ним выполнять, и идентификаторы безопасности (Security Identifiers, SI). Он поддерживает уникальный для каждого потока профиль защиты, и проверку полномочий при попытке доступа к объектам. При открытии потоком описателя объекта активизируется подсистема защиты, сверяя ACL, связанный с объектом, с запрашиваемыми потоком действиями над этим объектом. Другим аспектом справочного монитора защиты является поддержка имперсонации (impersonation), которая позволяет одному потоку передать другому право использования своих атрибутов защиты. Это наиболее часто используется во время клиент-серверных операций, когда сервер использует атрибуты защиты клиента.
Диспетчер процессов (process manager или process structure) отвечает за создание и уничтожение процессов и потоков. Диспетчер процессов взаимодействует с диспетчером объектов для построения объекта-процесса и объекта-потока, а также взаимодействует с диспетчером памяти для выделения виртуального адресного пространства для процесса.
Средство локального вызова процедур (LPC) организует взаимодействие между клиентскими и серверными процессами, расположенными на одном и том же компьютере. LPC - это гибкая, оптимизированная версия удаленного вызова процедур (Remote Procedure Call, RPC), средства коммуникации между клиентскими и серверными процессами по сети. LPC поддерживает передачу данных между клиентом и сервером посредством использования объектов-портов, которые в качестве атрибутов имеют указатель на очередь сообщений и описатель секции разделяемой памяти. API, необходимый для доступа к LPC, не документирован. Интересно, что запрос RPC между приложениями, исполняющимися на одном компьютере, в действительности будет использовать механизм LPC.
Диспетчер памяти и диспетчер кэша (memory manager и cache manager). Диспетчер памяти и диспетчер кэша вместе формируют подсистему виртуальной памяти. Эта подсистема виртуальной памяти реализует 32-разрядную страничную организацию памяти. Подсистема виртуальной памяти поддерживает совместное использование страниц физической памяти между несколькими процессами. Она поддерживает разделяемый сегмент памяти «только для чтения», а также «чтения-записи». Подсистема виртуальной памяти отвечает за реализацию механизма кэширования данных. Данные файла могут быть доступны через диспетчера ввода/вывода при использовании стандартных операций чтения и записи в файл, или через диспетчер памяти посредством проецирования данных файла напрямую в виртуальное пространство процесса. Чтобы гарантировать согласованность между этими двумя методами доступа, диспетчер кэша поддерживает единый глобальный общий кэш. Этот единый кэш используется для кэширования, как страниц процесса, так и страниц файла. Диспетчер памяти реализует схему управления памятью, которая предоставляет каждому процессу 4-гигабайтное собственное виртуальное адресное пространство и защищает его от других процессов. Диспетчер памяти реализует механизм подкачки страниц (paging) - перенос страниц физической памяти на диск и обратно. Диспетчер кэша повышает производительность файлового ввода/вывода, сохраняя информацию, считанную с диска последней, в системной памяти. Диспетчер кэша использует средство подкачки страниц диспетчера памяти для автоматической записи информации на диск в фоновом режиме.
Поддержка среды Win32 (Win32 support) включает диспетчера окон (window manager), интерфейс графических устройств (Graphic Device Interface, GDI), драйверы графических устройств (graphic device drivers). Эти компоненты поддержки среды Win32 были перенесены в режим ядра в версии NT 4.0, а ранее они принадлежали подсистеме среды Win32. Эти средства взаимодействуют между GUI - приложениями и графическими устройствами.
Диспетчер конфигурации (configuration manager) определяет тип объект-ключ (key object) и манипулирует этими объектами. Тип объект-ключ представляет элемент реестра Windows NT. Каждый экземпляр типа объект-ключ представляет либо некоторый узел реестра, являющийся частью пути к множеству подключей, либо он содержит именованные поля с соответствующими значениями.