Реализация защиты в Windows 2000

 

Защита в автономной системе Windows 2000 реализуется при помощи нескольких компонентов. Регистрацией в системе управляет программа winlogon, а аутентификацией занимаются Isass и msgina.dll. Результатом успешной регистрации в системе является новая оболочка с ассоци­ированным с ней маркером доступа. Этот процесс использует в реестре ключи SECURITY и SAM. Первый ключ определяет общую политику безопасности, а вто­рой ключ содержит информацию о защите для индивидуальных пользователей.

Как только пользователь регистрируется в системе, выполняется операция защиты при открытии объекта. Для каждого вызова ОрепХХХ требуется имя откры­ваемого объекта и набор прав доступа к нему. Во время обработки процедуры от­крытия объекта менеджер безопасности проверяет наличие у вызы­вающего процесса соответствующих прав доступа. Для этого он просматривает все маркеры доступа вызывающего процесса, а также список DACL, ассоциированный с объектом. Он просматривает по очереди элементы списка ACL. Как только он находит запись, соответствующую идентификатору SID вызывающего процесса или одной из его групп, поиск прав доступа считается законченным. Если вызыва­ющий процесс обладает необходимыми правами, объект открывается, в противном случае в открытии объекта отказывается.

Помимо разрешающих записей, списки DACL могут также содержать запре­щающие записи. Поскольку менеджер безопасности прекращает поиск, наткнув­шись на первую запись с указанным идентификатором, запрещающие записи по­мещаются в начало списка DACL, чтобы пользователь, которому строго запрещен доступ к какому-либо объекту, не смог получить его как член какой-либо группы, которой этот доступ предоставлен.

После того как объект открыт, дескриптор объекта возвращается вызываю­щему процессу. При последующих обращениях проверяется, входит ли данная операция в число операций, разрешенных в момент открытия объекта, что­бы, например, не допустить записи в файл, открытый для чтения.

Резюме

 

Структура операционной системы Windows 2000 включает в себя уровень аппа­ратных абстракций HAL, ядро, исполняющую систему и тонкий уровень систем­ных служб, перехватывающий входящие системные вызовы. Кроме того, опера­ционная система содержит множество драйверов устройств, включая файловую систему и интерфейс графических устройств GDI. Уровень HAL скрывает от верхних уровней определенные различия в аппаратуре. Ядро пытается скрыть от исполняющей системы остальные различия, чтобы сделать ее почти полностью машинно-независимой.

В основе исполняющей системы лежат объекты памяти. Пользовательские процессы создают их и получают дескрипторы, позволяющие управлять этими объектами. Компоненты исполняющей системы также могут создавать объекты. Менеджер объектов управляет пространством имен, в которое могут добавляться объекты для возможности их поиска по имени.

Операционная система Windows 2000 поддерживает процессы, задания, пото­ки и волокна. У процессов есть виртуальные адресные пространства, кроме того, процессы являются контейнерами ресурсов. Потоки представляют собой едини­цы исполнения и планируются операционной системой. Волокна являются уп­рощенными потоками, планируемыми полностью в пространстве пользователя. Задания представляют собой наборы процессов и используются для выделения квот ресурсов. При планировании используется приоритетный алгоритм, в кото­ром управление получает готовый поток с максимальным приоритетом.

Операционной системой Windows 2000 поддерживается виртуальная память с подкачкой по требованию. Алгоритм подкачки основан на понятии рабочего набо­ра. Система управляет несколькими списками свободных страниц, так что когда происходит страничное прерывание, как правило, у системы уже есть доступная страница. Списки свободных страниц получают страницы, отнимаемые у рабочих наборов при помощи сложных алгоритмов, пытающихся изымать в первую оче­редь давно не использовавшиеся страницы.

Ввод-вывод осуществляется драйверами устройств, согласующимися с моде­лью Windows Driver Model. При запуске каждого драйвера инициализируется объект драйвера, содержащий адреса процедур, к которым может обращаться опе­рационная система, чтобы добавить новое устройство или выполнить операцию ввода-вывода. Драйверы могут собираться в стеки или действовать как фильтры.

В основе файловой системы NTFS лежит главная файловая таблица MFT, в ко­торой содержится по одной записи для каждого файла или каталога. У каждого файла есть множество атрибутов, которые могут храниться в записи таблицы MFT или вне таблицы – на диске. Среди прочих возможностей файловая система NTFS под­держивает сжатие и шифрование.

Защита основывается на списках управления доступом ACL. У каждого про­цесса есть маркер управления доступом, идентифицирующий процесс, а также указывающий, какими особыми привилегиями он обладает. С каждым объектом ассоциирован дескриптор защиты. Дескриптор защиты указывает на список раз­граничительного управления доступом DACL, содержащий записи списка ACL, разрешающие или запрещающие доступ к этому объекту отдельным пользовате­лям или группам.

Контрольные вопросы и задания

1. Опишите структурное построение ОС Windows 2000.

2. Каковы функции так называемого уровня аппаратных абстракций Windows 2000?

3. Охарактеризуйте ядро ОС Windows 2000.

4. Какие объекты носят наименование управляющих объектов?

5. Перечислите объекты, которые относятся к типу объектов диспетчеризации.

6. Представьте состав исполняющей системы Windows 2000.

7. Какие функции выполняет менеджер объектов?

8. Какова роль менеджера процессов?

9. Для выполнения каких функций применяется интерфейс графических устройств GDI?

10. Опишите реализацию объектов в Windows 2000.

11. Какие компоненты системы Windows 2000 работают в режиме пользователя?

12. Перечислите интерфейсы прикладного программирования API, поддерживаемые Windows 2000.

13. Дайте определения понятиям «задание», «процесс», «поток», «волокно» в Windows 2000.

14. Опишите способы межпроцессного взаимодействия в Windows 2000.

15. Как осуществляется реализация процессов и потоков в Windows 2000?

16. Перечислите этапы загрузки ОС Windows 2000.

17. Что понимается под виртуальной страницей памяти и в каких состояниях она может находиться?

18. Как реализуется управление памятью в ОС Windows 2000?

19. Опишите реализацию ввода-вывода в ОС Windows 2000.

20. Какие режимы поддерживает менеджер энергопотребления?

21. Охарактеризуйте файловые системы типа FAT.

22. Представьте особенности организации файловой системы NTFS и ее достоинства по сравнению с файловыми системами типа FAT.

23. Какова структура главной файловой таблицы MFT в NTFS?

24. Каким образом производится сжатие данных файла в NTFS?

25. Перечислите и охарактеризуйте основные понятия системы безопасности Windows 2000.

26. Опишите особенности реализации защиты в ОС Windows 2000.

Заключение

 

Основными функциями операционных систем являются функции управления процессами и ресурсами вычислительных машин и систем. Процессы и ресурсы – это ключевые понятия операционных систем. За время своего существования процессы могут неоднократно изменять свое состояние, проходя через стадии создания, готовности, выполнения, ожидания и завершения своей работы. Операционная система организует планирование выполнения процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие процессов и решает проблемы их синхронизации.

При управлении таким важнейшим ресурсом, как память вычислительной машины, операционная система контролирует наличие свободной и занятой памяти, выделяет память для выполнения процессов и освобождает память после завершении процессов, реализует вытеснение процессов из оперативной памяти на дисковую память и возвращение их обратно в оперативную память, обеспечивает настройку адресов программы на конкретную область физической памяти.

Управляя устройствами ввода-вывода, операционная система передает устройствам соответствующие команды, перехватывает прерывания, обрабатывает ошибки, обеспечивает интерфейс между устройствами ввода-вывода и остальной частью машины. Для освобождения процессора от операций последовательного вывода данных из оперативной памяти или последовательного ввода в нее используется механизм прямого доступа внешних устройств к памяти.

Возможность управления файлами со стороны операционной системы на логическом уровне структур данных и операций обеспечивают различные типы файловых систем. Файловая система представляет собой набор спецификаций и соответствующее им про­граммное обеспечение, которые отвечают за создание, уничтожение, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файловой информации, а также за управление доступом к файлам и за управление ресурсами, которые используют­ся файлами.

В операционных системах для многопроцессорных вычислительных машин сложность планирования процессов существенно возрастает, так как требуется не только решение вопросов очередности запуска процессов на выполнение, но и выбор центрального процессора, на котором должен быть запущен тот или иной процесс.

В многомашинных вычислительных системах механизмы организации межпроцессной взаимосвязи принципиально отличаются от организации такой взаимосвязи в автономных вычислительных машинах. Базой для взаимодействия процессов в автономных машинах служит общая разделяемая память. Многомашинные вычислительные системы по определению не имеют общей разделяемой памяти, и поэтому основой межпроцессной взаимосвязи в них служит обмен физическими сообщениями посредством коммуникационной среды.

Операционные системы многомашинных вычислительных систем распределенного типа – вычислительных сетей – обычно называют сетевыми. Фундаментальным понятием сетевых операционных систем, позволяющим определить и реализовать взаимодействие удаленных процессов, является понятие сетевого протокола.

Наиболее совершенным и перспективным классом операционных систем являются так называемые распределенные операционные системы. Распределенная система создает для пользователя полную иллюзию того, что он работает в обычной автономной системе. Эффективным способом построения распределенных операционных систем является установка специального промежуточного уровня программного обеспечения поверх сетевой операционной сис­темы, который предоставляет приложениям определенную однородность взаимодействия. Среди различных типов про­межуточного программного обеспечения следует выделить документное, файловое, объектное и координационное.

Основными принципами построения современных операционных систем являются принципы модульности, генерируемости, функциональной избыточности, виртуализации, совместимости с другими системами, открытости, легкой наращиваемости, мобильности, обеспечения надежной безопасности. Операционные системы прошли длительный путь развития и совершенствования своей архитектуры от монолитных систем до хорошо структурированных модульных систем, способных к развитию, расширению и легкому переносу на новые платформы. При модульном построении в системе выделяется некоторая часть важных программных модулей, которые для более эффективной организации вычис­лительного процесса должны постоянно находиться в оперативной памяти. Эту группу модулей называют ядром операционной системы. Другие системные программные модули (транзитные или диск-резидентные) загружаются в оперативную память только при необходимости, а в случае отсутствия свободного пространства могут быть замещены другими транзитными модулями. Для использования прикладными программами системных ресурсов операционной системы и реализуемых ею функций пред­назначен интерфейс прикладного программирования, который может быть реализован как на уровне операционной системы, так и на уровне системы программирования или на уровне внешней библиотеки процедур и функций.

Прообразом современных операционных систем являются разработанные в середине 1950-х годов системы пакетной обработки, которые были первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. Следующим этапом эволюции операционных систем стала разработка в 1960-х годах универсальных систем, которые были способны работать на разных типах вычислительных машин, имеющих различный набор периферийных устройств и используемых в разных областях человеческой деятельности. Существенным достижением систем этого периода явилась реализация многозадачного режима и спулинга.

Важнейшей вехой в истории и современном состоянии операциионных систем является семейство многопользовательских многозадачных систем UNIX. UNIX получила несколько ветвей развития исходной архитектуры. Двумя главными из таких ветвей стали System V (корпорации AT&T) и BSD (Калифорний­ского университета в Беркли). Впоследствии на основе обеих этих ветвей был создан ряд новых версий ОС UNIX. Третья самостоятельная ветвь развития UNIX начиналась с относительно простой «учебной» системы MINIX, за которой в 1991 году последовала зна­чительно более мощная многоза­дачная многопользовательская ОС LINUX. Операционные системы типа UNIX широко используется на вычислительных маши­нах различных классов от ноутбуков до суперкомпьютеров.

Для персональных компьютеров клона IBM PC были разработаны однопользовательские однозадачные операционные системы типа MS-DOS корпорации Microsoft и их аналоги других корпораций. Управление компьютером в среде MS-DOS осуществлялось в режиме командной строки. Для того, чтобы сделать общение с компьютером более простым, были предложены так называемые программы-оболочки, представляющие собой программные надстройки операционной системы, позволяющие пользователю осуществлять действия по управлению ресурсами компьютера в рамках более развитого и удобного, чем командная строка, псевдографического интерфейса. Следующим историческим шагом в развитии оболочек операционных систем стало появление в 1986 г. графической многооконной операционной оболочки Windows от корпорации Microsoft, которая работала на базе MS-DOS, а основой пользовательского интерфейса Windows послужил так называемый графический интерфейс пользователя GUI, представляющий собой иерархически организованную систему окон и других графических объектов. Дальнейшим развитием семейства Microsoft Windows стала разработка полноценных операционных систем Windows 95 (Windows 4.0) и Windows NT, положившим начало двух ветвей ОС от Microsoft: Windows 95/98/ME и Windows NT/2000/XP/2003.

Линия систем «новой технологии» Windows NT принципиально отличается от линии Windows 9.х. В качестве фундаментальных компонентов в состав семейства Windows NT входят развитый сетевой сервис, поддержка работы высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных комплексов, средства обеспечения эффективной безопасности. На смену версии Windows NT 4.0. в 2000 году пришла существенно усовершенствованная и усиленная ОС Windows 2000 Professional. Серверной версией Windows 2000 Professional является система Windows 2000 Server, включающаяет множество дополнительных специальных функций. В конце 2001 г. корпорация Microsoft выпустила новую версию – Windows XP, продолжившую линию Win­dows NT. Новая серверная версия Windows Server 2003 обладает рядом преимуществ по сравнению с Windows 2000 Server.

Значительную роль в развитии ОС играет фирма Novell со своим сетевым операционными системами семейства NetWare. Историческое значение имеет система OS/2 корпорации IBM, которая появилась на рынке раньше Windows 95 и была первой 32-х разрядной операционной системой для персональных компьютеров.

Следует отметить также некоторые специализированные системы, например, предназначенные исключительно для выполнения коммуникационных задач или ориентированные на определенную аппаратную платформу компьютеров.

Любая из современных операционных систем имеет свои особенности построения и практической реализации, применяет те или иные способы и механизмы управления процессами и ресурсами, использует различные по степени универсальности и совместимости прикладные интерфейсы, обладает разным уровнем функциональности и может позиционироваться для определенных сфер применения. Для каждой из систем можно указать ее преимущества и недостатки, сильные и слабые стороны. Естественно, что предприятию или отдельному пользователю хотелось бы работать с оптимальной операционной системой, удовлетворяющей комплексу наиболее важных требований. «Идеальная» операционная система скорее всего должна иметь такую же степень интеграции и такую же поддержку, как Microsoft Windows 2000/XP/Server 2003, такую же превосходную отказоустойчивость, как Solaris 8 компании Sun Microsystems, такую же службу справочника, какой снабжена Novell NetWare 5.1, а также универсальность и гибкость, свойственные системе Linux.

Подобно другим программным продуктам информационных технологий, операционные системы постоянно совершенствуются. Основное внимание при разработке новых версий операционных систем уделяется базовым службам (файловые службы, службы печати, защиты, аутентификации, службы справочника), средствам управления, масштабируемости, применимости, надежности, службам Интернет, интрасетей и электронной коммерции. Та компания, которая в своей версии операционной системы лучше других обеспечивает эти качества, становится лидером продаж на рынке. Конкурентная борьба, как хорошо известно, является лучшим двигателем прогресса, в том числе и в области операционных систем.

Каждая из компаний – игроков на рынке операционных систем – имеет собственные планы дальнейшего развития своих продуктов.

Например, в ближайших (на момент подготовки данного учебного пособия) планах корпорации Microsoft выпуск новых версий Windows XP. К ним относятся Windows XP Media Center Edition (MCE) 2004, включающая несколько новых специализированных модулей и призванная превратить персональный компьютер в полнофункциональный развлекательный центр, а также Windows XP 64-bit Edition, являющаяся модификацией XP для компьютеров с 64-разрядными процессорами. Microsoft ведет разработку операционной системы нового поколения, именуемой как Windows Longhorn. По заявлениям Microsoft эта система станет революционной версией, основанной на внедрении новых технологий. Планируется выпуск ее 32- и 64-разрядных модификаций.

Можно надеяться, что не остановятся на достигнутом и другие компании – разработчики операционных систем, поэтому пользователей ждут еще более совершенные, функциональные, производительные и комфортные среды взаимодействия с вычислительной техникой.

Библиографический список

1. Андреев А. Г. и др. Microsoft Windows 2000 Server и Professio-nal / Под общ. ред. А.Н. Чекмарева и Д.Б. Вишнякова. – СПб.: БХВ – Петербург, 2001. – 1056 с.: ил.

2. Андреев А. Г. и др. Microsoft Windows XP. Руководство администратора/ Под общ. ред. А. Н. Чекмарева. – СПб.: БХВ – Петербург, 2003. – 848 с.: ил.

3. Бэкон Д., Харрис Т. Операционные системы. – СПб.: Питер, 2004. – 800 с.: ил.

4. Вишневский А. В. Windows Server 2003. Для профессионалов. – СПб.: Питер, 2004. – 767 с.: ил.

5. Гордеев А.В. Операционные системы. – СПб.: Питер, 2005. – 418 с.: ил.

6. Гордеев А. В., Молчанов А. Ю. Системное программное обеспечение. – СПб.: Питер, 2001. – 736 с.: ил.

7. Назаров С. В. Администрирование локальных сетей Windows NT/2000/NET: Учеб. пособие. – М.: Финансы и статистика, 2003. – 478 с.: ил.

8. Новиков Ю., Черепанов А. Персональные компьютеры: аппаратура, системы, Интернет: Учебный курс. – СПб.: Питер, 2001.– 464 с.: ил.

9. Олаф Кирх. Linux: Руководство администратора сети. – СПб.: Питер, 2000. – 242 с.: ил.

10. Олифер В.Г., Олифер Н. А. Сетевые операционные системы. – СПб.: Питер, 2001. – 544 с.: ил.

11. Основы операционных систем: Курс лекций. / В. Е. Карпов, К. А. Коньков. – М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет-Университет Информационных Технологий», 2004. – 632 с.: ил.

12. Партыка Т. Л., Попов И. И. Операционные системы, среды и оболочки. – М.: ФОРУМ – ИНФРА-М, 2005. – 400 с.: ил.

13. Таненбаум Э. Современные операционные системы. – СПб.: Питер, 2004. – 1040 с.: ил.

14. Таненбаум Э., М. ван Стеен. Распределенные системы. Принципы и парадигмы. – СПб.: Питер, 2003. – 877 с.: ил.

15. Ханикат Дж. Знакомство с Microsoft Windows Server 2003: Пер. с англ. – М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2003. – 464 с.: ил.

16. Чекмарев А. Н., Вишневский А. В., Кокорева О. И. Microsoft Windows Server 2003. – СПб.: БХВ – Петербург, 2003. – 1184 с.: ил.

17. Microsoft Windows 2000 Server:Учебный курс MCSA/MCSE: Пер. с англ. – М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2002. – 912 с.: ил.

18. Microsoft Windows XP Professional: Учебный курс MCSA/MCSE: Пер. с англ. – М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2002. – 1008 с.: ил.