Основные этапы развития операционных систем корпорации Microsoft

Операционные системы корпорации Microsoft для настольных и переносныхкомпьютеров можно разделить на три семейства: MS DOS, Consumer Windows (Windows95/98/Me) и Professional (Windows NT/2000/2003/. Net).

В 1981 году корпорация IBM создала персональный компьютер IBM PC, основанный на процессоре Intel 8088. Персональный компьютер был оснащен 16-разряднойоднопользовательской ОС реального режима с командной строкой, названной MS DOS1.0.

Эта ОС поставлялась крохотной начинающей фирмой Microsoft, известной как создатель интерпретатора BASIC для систем на базе процессоров Intel 8080 и Zilog Z80.ОС состояла из резидентной программы размером 8 Кбайт, довольно близко копирующей СР/М, примитивную ОС для 8-разрядных процессов Intel 8080 и Zilog Z80.

Два года спустя была выпущена более мощная ОС MS DOS 2.0, состоящая из 24 Кбайт резидентного кода. Она содержала программу обработки командной строки (оболочку)с большим количеством функций, заимствованных у ОС UNIX.

Когда фирма Intel выпустила 286-й процессор, корпорация IBM создала на его основе новый компьютер PC/AT, выпущенный в 1986 году (AT - Advanced Technology - передовая технология). Хотя i286 работал на частоте 8 МГц и мог адресовать 16 Мбайт памяти,на практике у большинства систем было максимум 1 Мбайт или 2 Мбайт, поскольку память в то время стоила очень дорого. Персональный компьютер IBM PC/AT поставлялся с MS DOS 3.O., занимавшей 36 Кбайт. С годами в ОС MS DOS появилось много новых функций (современная наиболее распространенная версия 6.22), но она по-прежнему осталась системой, ориентированной на командную строку.

Вдохновленная пользовательским интерфейсом компьютера Apple Lisa, предшественника Apple Macintosh, корпорация MS решила добавить к ОС MS DOS графический интерфейс пользователя (оболочку), которую она назвала Windows. Операционная система Windows 1.0, выпущенная в 1985 году, была чем-то вроде суррогата. Версия Windows 2.0, разработанная в 1987 году для PC AT, была не намного лучше.

Наконец, Windows 3.0 для ПК с процессором i386 (1990 год) и особенно последовавшие за ней версии 3.1 и 3.11 добились большого коммерческого успеха. Однако ни одна из этих систем не являлась настоящей ОС, а была, по сути, графической оболочкой MS DOS. Все программы работали в одном и том же адресном пространстве, и ошибка в одной из них могла повесить всю систему.

Выход в августе 1995 года Windows 95 не привел к полному вытеснению системы MS DOS, хотя почти все функции MS DOS были перенесены в Windows. Как Windows 95, так и новая версия MS DOS 7.0 содержали большинство особенностей монолитной операционной системы, включая виртуальную память и управление процессами. Однако ОС Windows 95 не была полностью 32-разрядной программой. Она содержала большие куски 16-разрядного ассемблера кода (а также немного 32-разрядного) и продолжала использовать файловую систему MS DOS, практически со всеми ее ограничениями. Единственное значительное изменения файловой системы заключалось в добавлении длинных имен файлов к именам из 8+3 символа, разрешенным в MS DOS.

Даже в выпуске Windows 98 в июне 1998 года MS DOS присутствовала версия 7.1 и состояла из 16-разрядного кода. Хотя теперь еще больше функций было переведено из MS DOS в Windows, а поддержка больших дисковых разделов стала стандартом, по-своему строению Windows 98 не сильно отличалась от Windows 95. Основное отличие заключалось в интерфейсе пользователя, в большой степени интегрировавшем в себя Интернет и рабочий стол пользователя. Именно эта интеграция и привлекла внимание Министерства юстиции США, которое выдвинуло иск против MS, обвиняя ее в нарушении закона о монополиях.

Кроме того, что в ядре ОС Windows 98 содержался большой модуль 16-разрядного ассемблера кода, у этой системы были еще две серьезные проблемы. Во-первых, хотя эта система была многозадачной, само ядро не было реентерабельным. Если процесс был занят управлением какой-либо структурой данных в ядре, а затем квант его времени заканчивался и начинал работу другой процесс, новый процесс мог получить структуру данных в противоречивом состоянии. Чтобы предотвратить возникновение подобной проблемы, большинство процессов, зайдя в ядро, первым делом получали гигантский мьютекс, покрывающий всю систему, прежде чем приступить к каким-либо действиям. Хотя такой подход и устранял потенциальную угрозу противоречивости структуры данных, он также уничтожал большую часть преимуществ многозадачности, так как процессам, чтобы войти в ядро, часто приходилось ждать, пока другой процесс ядро покинет.

Во-вторых, у каждого процесса было 4-гигабайтное адресное пространство, в котором первые 2 Гбайт полностью принадлежали процессу. Однако следующий 1 Гбайт совместно использовался (с возможностью записи) всеми процессами системы.

Нижний 1 Гбайт также совместно использовался всеми процессами системы, чтобы они могли получать доступ к векторам прерывания MS DOS. В результате ошибка в одной программе могла повредить ключевые структуры данных, используемые посторонними процессами, вследствие чего эти процессы рушились.

Что еще хуже, последний 1 Гбайт совместно использовался (с возможностью записи) процессами и ядром и содержал некоторые критические структуры данных. Любая программа, записав поверх этих структур какой-либо мусор (преднамеренно или нет), могла вывести из строя всю систему. Очевидно, решение, заключавшееся в том, чтобы не помещать структуры данных ядра в пространство пользователя, было неприменимо, так как старые программы, написанные для MS DOS, не смогли бы тогда работать в Windows 98.

В 2000 году MS выпустила слегка измененную версию системы Windows 98, называемую Windows Me (Windows Millennium Edition). Хотя в данной версии исправлены некоторые ошибки, а также добавлены новые функции (улучшенные возможности воспроизведения изображений, музыки и фильмов, домашняя сеть, поддержка кабельных модемов и ADSL и др.), суть системы мало изменилась. Одна интересная новая функция состояла в возможности восстановить прежние настройки компьютера после неверной установки каких-либо параметров.

К концу 80-х годов MS осознала, что построение современной 32-разрядной ОС поверх 16-разрядной MS DOS - не лучшее решение. Компания MS наняла Давида Катлера, одного из ключевых разработчиков ОС VMS (корпорации DEC), и поручила ему возглавить работу над совершенно новой 32-разрядной ОС, совместимой с Windows.

Эта новая система, названная позднее Windows NT (NT - New Technology – новая технология), предназначена для деловых приложений, решающих критически важные, ответственные задачи, а также для домашнего использования.

В то же время мэйнфреймы еще правили деловым миром, поэтому предложение использовать персональные компьютеры для чего-либо важного тогда выглядело довольно утопично. Однако теория показала правильность такой постановки задачи. Такие свойства, как безопасность и высокая надежность, отсутствовавшие в версиях Windows, основанных на MS DOS, были поставлены в данном проекте во главу угла. Проект оказался успешным, и в 1993 году была выпущена первая версия Windows NT 3.11. начальный номер версии был выбран так, чтобы он соответствовал номеру версии популярной тогда Windows 3.11. Корпорация MS ожидала, что ОС NT быстро вытеснит Windows 3.1, так как по формальным показателям NT значительно превосходила ее.К большому удивлению разработчиков, почти все пользователи предпочли остаться на старой 16-разрядной версии, а не переходить на новую 32-разрядную, какой бы хорошей она ни была. Дело в том, что для ОС NT требовалось значительно больше памяти, чем для Windows 3.1, к тому же для новой системы не было 32-разрядных программ.

Поскольку ОС NT 3.1 потерпела неудачу на рынке, MS выпустила 32-разрядную версию 3.1, а именно Windows 95. Пользователи продолжали упорствовать, не желая переходить на NT, и MS выпустила Windows 98 и, наконец, Windows Me. О каждой из этих версий заявлялось, что это самый последний выпуск ОС, основанный на MS DOS.

Несмотря на тот факт, что почти все покупатели и большинство корпораций проигнорировали ОС NT 3.1 для настольных систем, эта ОС стала пользоваться некоторым спросом на рынке серверов. В 1994 и 1995 годах было выпущено несколько новых 3.x версий с небольшими изменениями (наиболее распространенной стала версия 3.51).

Эти версии стали приобретать сторонников среди пользователей настольных машин. Первое значительное усовершенствование системы NT появилось в 1996 году в виде версии NT 4.O. Эта система не только обладала мощностью и надежностью современной операционной системы, но и использовала тот же самый пользовательский интерфейс, что и очень популярная в то время Windows 95. Эта совместимость облегчала пользователям переход с Windows 95 на NT, и многие пользователи так и поступили: перешли с Windows 95 на Windows NT Workstation.

С самого начала ОС NT разрабатывалась в расчете на переносимость системы на другие платформы, поэтому она была практически полностью написана на языке С с очень небольшими включениями на ассемблере для низкоуровневых функций, как обработка прерываний. Первый выпуск состоял из 3,1 млн. строк на С для операционной системы, библиотек и подсистем окружения. Когда вышла NT 4.0, программная основа выросла до 16 млн. строк, большей частью на языке С, хотя для написания пользовательского интерфейса было использовано некоторое количество строк C++. К этому времени система обладала высокой переносимостью, различные ее версии работали на компьютере с процессором Pentium, Alpha, MIPS и Power PC. В настоящее время некоторые из этих версий не поддерживаются.

Следом за NT 4.0 предполагалось выпустить версию NT 5.O. Однако в 1999 году MS изменила ее название на Windows 2000, в основном из-за попыток найти нейтральное имя, выглядящее логическим продолжением как для пользователей Windows 98, так и пользователей NT. Таким образом корпорация MS рассчитывала иметь единую ОС, построенную на основе надежной 32-разрядной технологии, но использующую популярный пользовательский интерфейс Windows 98.

Поскольку ОС Windows 2000 представляет собой NT 5.0, она унаследовала множество свойств системы NT 4.O. Она является полностью 32-разрядной (планировался переход на 64-разрядную) многозадачной системой с индивидуально защищенными процессами. У каждого процесса собственное 32-разрядное виртуальное адресное пространство.

ОС работает в режиме ядра, тогда как процессы - в пользовательском режиме, что обеспечивает полноценную защиту. У процессов может быть один или несколько потоков, видимых для операционной системы и управляемых ею. Она удовлетворяет требованиям безопасности уровня С2 Министерства обороны США. Она обладает поддержкой симметричных многопроцессорных систем с числом процессоров от 2 до 32.

ОС Windows 2000 - это не просто улучшенная версия NT 4.0 с интерфейсом Windows 98. Она содержит множество других функций, которые были ранее только в Windows 98: поддержка устройств plug-and-play, шины USB, стандарта IEE1394 (Fire Wire),IrDA (Infrared Data Association - стандарт на инфракрасную передачу данных и выводна печать), управление питанием. Кроме того, добавлен ряд новых функций, не присутствовавших ранее в других ОС MS. Сюда относятся каталоговая служба Active Directory, система безопасности Kerberos, поддержка смарт-карт, инструменты мониторинга системы, лучшая интеграция лэптопов и настольных компьютеров, инфраструктура системного администрирования.

Новые свойства получила файловая система NTFS 5.0. Два пользователя могут совместно использовать один связанный файл. Как только один из них начинает запись в этот файл, автоматически создается копия этого файла. Кроме того, новая файловая система NTFS 5.0 допускает шифрование файлов.

Еще одно значительное усовершенствование заключается в интернационализации. ОС NT 4.0 поставлялась в виде отдельных версий для различных языков, так как текстовые строки были внедрены в программный код. ОС Windows 2000 состоит из единого двоичного кода, работающего во всех странах мира. Для каждой установки системы и даже для каждого пользователя можно выбрать язык, который будет использоваться во время работы системы. Это возможно потому, что все пункты меню, строки диалоговых окон, сообщения об ошибках и другие текстовые строки удалены из операционной системы и помещены в специальные каталоги, по одному для каждого языка. Как и предыдущие версии ОС NT, Windows 2000 использует кодировку Unicode для поддержки языков не использующих латинский алфавит, например русского, греческого, иврита, японского.

Единственное чего нет в Windows 2000, - это MS DOS. Ее нет ни в каком виде. Есть интерфейс командной строки, но это новая 32-разрядная профамма, включающая функциональность старой системы MS DOS, а также некоторые новые функции.

Несмотря на многочисленные свойства, способствующие переносимости системы, ОС Windows 2000 обладает меньшей переносимостью, чем NT 4.O. Она работает только на двух платформах Pentium и Intel - IA - 64. Как и предыдущая версия NT, в настоящее время Windows 2000 поставляется в виде нескольких уровней продукта: Professional, Server, Advanced Server, Datacenter Server.

Однако различия между этими версиями незначительны, и в них используется один и тот же исполняемый двоичный код. При установке системы тип продукта записывается во внутренней базе данных (системном реестре). Во время загрузки ОС проверяет содержимое реестра, определяя версию программного продукта. Различия между ними показаны ниже.

Размер кластера означает способность операционной системы Windows 2000 представить для окружающего мира две или четыре отдельные машины в виде одного сервера, что часто бывает полезно, например, для Web-серверов. Следует отметить, что в Windows 2000 Professional по-другому (по отношению к серверам) настраиваются параметры по умолчанию. В этой системе интерактивным процессам предоставляется преимущество перед пакетными заданиями, хотя это можно при необходимости изменить. Еще одно отличие серверных систем заключается в том, что с ними предоставляется дополнительное программное обеспечение, а с системой Datacenter Server поставляются дополнительные средства управления большими заданиями.

Причина существования нескольких версий исключительно коммерческая. Это позволяет корпорации Microsoft получать с крупных компаний больше денег, чем с индивидуальных клиентов, за практически один и тот же программный продукт. Идея эта не нова, и MS не уникальна в применении такой рыночной политики.

Формально различием в версиях управляют в нескольких местах программы всего две переменные, считываемые из реестра: ProductType и ProductSuite. В зависимости от этих значений выполняется слегка отличный код. Изменение значений этих переменных рассматривается как нарушение лицензии. Кроме того, система перехватывает любые попытки изменить их и регистрирует эти попытки нестираемым способом, так что впос ледствии можно доказать факт нарушения лицензии.

Кроме основных операционных систем корпорация MS разработала несколько инструментальных программ для продвинутых пользователей: Support Tools (средства поддержки), Software Development Kit (SDK - средства разработки программных продуктов), Driver Development Kit (DDK - средства разработки драйверов) и Recourse Kit (набор ресурсов). Это большие наборы утилит для отладки и мониторинга системы. Инструментарий поддержки распространяется на компакт-диске Windows 2000, в каталоге \Support\tools. SDK и DDK разработчики могут получить в Интернете по адресу www.msdn.microsoft.com. Recourse Kit представляет собой розничный продукт корпорации MS. Кроме того, существует множество утилит для слежения за внутренней работой Windows 2000, разработанных другими компаниями. Например, прекрасный набор инструментов можно бесплатно скачать с Web-сайта www.sysinternals.com. Некоторые из этих программ предоставляют даже больше информации, чем соответствующие инструменты корпорации Microsoft.

Windows 2000 представляет собой чрезвычайно сложную систему, на сегодняшний день состоящую более чем из 29 млн. строк на язьке С (580 томов по 1000 страниц и 50 строк настранице). Для сравнения заметим, что наибольшая по размеру версия UNIX имеет не более 4 млн. строк с учетом графического интерфейса пользователя (X Windows), который не входит собственно в ОС, поскольку считается пользовательским персоналом.