Операционная система Windows

Корпорация Microsoft начала разрабатывать ОС семейства Windows с конца 80-х годов прошлого столетия. На сегодняшний день можно отметить следующие ОС этого семейства:

Windows 3.0 / 3.1 / 3.11 (как графическая оболочка над ОС MS-DOS)

Windows 95

Windows 98 / 98SE

Windows CE

Windows NT

Windows 2000 (модифицированная 5-я версия Windows NT)

Windows ME (Millennium Edition)

Windows XP

Windows Server 2003

Windows Vista

Многие системы Windows были выпущены в нескольких вариантах, так что под данными именами понимают целые линейки ОС, так например, в линейке Windows XP корпорацией Microsoft были выпущены: Windows XP Server, Windows XP Professional и Windows XP Home Edition.

Рассмотрим общие характеристики и возможности ОС Windows на примере Windows XP, официально представленной мировой общественности 25 октября 2001 года.

Windows XP сочетает в себе надежность Windows 2000 Professional и все лучшее, что входило в Windows 95/98 и Windows Me (аппаратная и программная совместимость, инструменты для работы с цифровой графикой, видео- и аудио-файлами и др.). Помимо этого, Windows XP имеет много нового, что позволяет говорить о появлении новой операционной системы, а не просто об очередной версии ОС. Microsoft постаралась объединить в одном продукте мощь профессиональных ОС, базирующихся на ядре NT и простоту использования систем семейства Windows 9x (дружественный интерфейс, поддержка Plug&Play, программы для отдыха и развлечений и т.д.).

Как и большинство современных операционных систем, Windows XP имеет встроенные механизмы защиты, основными из которых являются следующие:

идентификация и аутентификация пользователя при входе в систему;

разграничение прав доступа к ресурсам, в основе которого лежит реализация дискреционной модели доступа (отдельно к объектам файловой системы, к устройствам, к реестру ОС, к принтерам и др.);

аудит, то есть регистрация событий.

Стоит отметить, что полный спектр функций защиты поддерживает только файловая система NTFS.

Однако Windows XP, как и большинство современных универсальных ОС, не может применяться для защиты конфиденциальной информации без использования добавочных средств защиты.

К достоинствам Windows XP можно отнести:

стабильность — возможность работы компьютера без аварийных отказов целыми днями и даже неделями.

функцию Remote Desktop — возможность управлять своим компьютером, находясь далеко от дома или офиса.

функцию Remote Assistance — возможность подключаться к удаленному компьютеру, находить и исправлять в нем неполадки и даже перезагружать его при необходимости.

пользовательские учетные записи — когда на компьютере работают другие пользователи, ваши приложения могут оставаться активными, а ваши данные пребывать в безопасности.

Windows Messenger — утилиту для онлайновой связи, которая в режиме реального времени является инструментом немедленной передачи сообщений, голосовой связи, видеоконференций и совместного использования приложений.

брандмауэр Интернет-подключений — специальную программу, которая защищает компьютер от попыток хакеров получить доступ к нему через подключение к Сети.

встроенную систему распознавания голосовых команд и голосового ввода данных;

полностью настраиваемый интерфейс;

поддержку записи CD-R и CD-RW дисков на уровне ОС;

новые драйвера устройств, новые и обновленные стандартные и служебные программы;

возможность восстановления системы (создание точек восстановления);

улучшенную справочную систему, совместимость приложений, возможность автоматического обновления системы в фоновом режиме из Интернета и др.

Файловая система Windows

Ядром операционной системы является модуль, который обеспечивает управление файлами — файловая система.

Основная задача файловой системы — обеспечение взаимодействия программ и физических устройств ввода/вывода (различных накопителей). Она также определяет структуру хранения файлов и каталогов на диске, правила задания имен файлов, допустимые атрибуты файлов, права доступа и др.

Обычно файловую систему воспринимают и как средство управления файлами, и как общее хранилище файлов.

Файл — это поименованная последовательность любых данных, стандартная структура которой обеспечивает ее размещение в памяти машины. Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение или звук и др. Для каждого файла на диске выделяется поименованная область, причем файл не требует для своего размещения непрерывное пространство, так как может занимать свободные кластеры в разных частях диска.

Имя файла — это символьная строка, правила построения которой зависят от конкретной файловой системы. Максимальная длина имени файла в Windows составляет 255 символов. Имена могут содержать любые символы, включая пробелы, кроме следующих: прямой и обратный слэш (\ и /), двоеточие (:), звездочка (*), знак вопроса (?), двойная кавычка ("), знаков меньше и больше (< и >), знака «трубопровода» (|). Система сохраняет использованные в длинных именах строчные буквы.

Помимо имени, файл имеет расширение (тип) длиной до 3 символов, которое отделяется от имени точкой. К свойствам файла также относятся: реальный размер и объем занимаемого дискового пространства; время создания, последнего изменения и доступа; имя создателя файла; пароль для доступа, атрибуты и др.

Файл может иметь следующие атрибуты:

R (Read-Only) — «только для чтения». При попытке модифицировать или удалить файл с этим атрибутом будет выдано соответствующее сообщение.

H (Hidden) — «скрытый файл». При просмотре содержимого папки (без специальных установок или ключа) сведения о файлах с таким атрибутом не выдаются.

A (Archive) — «неархивированный файл». Этот атрибут устанавливается при создании каждого файла и снимается средствами архивации и резервирования файлов.

Для удобства работы с файлами и их систематизации на диске создаются папки (каталоги), структура которых определяет логическую организацию данных.

Папка (каталог) — это специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, сведения об их размерах, времени последнего обновления и т.д. Имена папок образуются по тем же правилам, что и имена файлов.

Структура папок в Windows иерархическая (древовидная). Папка самого верхнего уровня — главная (корневая) — создается автоматически и не имеет имени. В ней находятся сведения не только файлов, но и о папках первого уровня (папки первого и последующих уровней создаются пользователем). Папка, с которой в данный момент работает пользователь, называется текущей.

С папками и файлами могут выполняться операции создания, удаления, копирования и перемещения, а также изменение их свойств и управление доступом.

Физическая организация данных на носителе зависит от файловой системы, которая предусматривает выделение в процессе форматирования диска специальных областей: системной области и области данных. Основными компонентами системной области являются: загрузочная запись, таблицы размещения файлов и корневой каталог (папка). Область данных содержит файлы и папки.

Вся область данных диска делится на кластеры, которые представляют собой неделимые блоки данных одного размера на диске. Все кластеры пронумерованы. В самом начале диска размещается таблица размещения файлов, содержащая столько записей, сколько кластеров доступно на диске. В ней содержатся сведения о номерах кластеров, в которых размещается файл, отмечены неиспользуемые кластеры, а также поврежденные кластеры, которые помечаются определенным значением, после чего уже никогда не употребляются.

Каждый кластер файла содержит номер следующего в цепочке его кластеров. Таким образом, достаточно знать номер первого кластера в цепочке, который хранится в оглавлении диска, чтобы определить номера всех кластеров, содержащих данный файл. Занимаемый файлом объем кратен количеству кластеров. Наличие у каждого кластера индивидуального номера позволяет найти область расположения файла, причем необязательно, чтобы его кластеры располагались рядом. Если разные фрагменты файла располагаются в несмежных кластерах, то говорят о фрагментации файла.

Каждый диск на компьютере имеет уникальное имя. Диски именуются буквами латинского алфавита. Обычно накопителю на гибком магнитном диске (НГМД) присваивается имя А:, а винчестеру (НЖМД) — С:.

Жесткий диск представляет собой физическое устройство. Для организации эффективной работы с дисковым пространством жесткого магнитного диска с помощью специальной программы его разбивают на ряд разделов — логических дисков, каждый из которых рассматривается системой как отдельный диск и именуется последующими буквами латинского алфавита (D, E и т.д.).

Windows XP позволяет форматировать жесткий диск в файловой системе FAT или NTFS.

Система FAT (File Allocation Table) — представляет собой таблицу размещения файлов MS-DOS и Windows 9x и Me, поэтому понимается этими ОС. Но она имеет низкую отказоустойчивость, и при аварийном отключении питания велика вероятность потери данных.

Система NTFS (New Technology File System) — была разработана Microsoft специально для Windows NT. Она гарантирует сохранность данных в случае копирования даже при программно-аппаратном сбое или отключении электропитания, превосходит FAT по эффективности использования ресурсов (например, работает с файлами размером более 4 Гб), предоставляет возможность создавать «динамические» жесткие диски, объединяющие несколько папок, предоставляет средства для разграничения доступа и защиты информации и др.

Перевод логического диска из FAT в NTFS осуществляется штатной программой Windows или специальными программами без потери информации. Также существуют специальные программы, которые могут производить конвертацию из NTFS в FAT, однако в большинстве случаев такой перевод требует форматирования диска.

На диске может храниться огромное количество разнообразных файлов. Для удобства работы с файлами, их систематизации по назначению, содержанию, авторству или другим признакам на диске создаются каталоги, структура которых определяет логическую организацию данных. Каталог — это специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, сведения об их размерах, времени последнего обновления, свойствах и т.д. Каталог самого верхнего уровня — корневой (главный) каталог диска создается автоматически и не имеет имени. В нем находятся имена не только файлов, но и подкаталогов первого уровня (каталоги первого и последующих уровней создаются пользователем). Подкаталог первого уровня может содержать имена файлов и подкаталогов второго уровня и т.д. Каталог, с которым в данный момент работает пользователь, называется текущим.

Имена файлов и их атрибуты хранятся в каталоге. Если в каталоге хранится имя файла, то говорят, что этот файл находится в данном каталоге. Обращение к каталогу, если он не корневой, осуществляется по имени[3].

На каждом диске может быть несколько каталогов. В каждом каталоге могут присутствовать файлы и другие каталоги. В зависимости от файловой системы структура каталогов может быть древовидной, когда каталог может входить только в один каталог более высокого уровня (рис. 3.2, а), и сетевой, когда каталог может входить в различные каталоги (рис. 3.2,6). Сетевая структура реализована в Unix, древовидная — в ОС семейства Windows.

Рис. 3.2. Структура каталога: а — древовидная; б — сетевая

 

В Windows каталог называется папкой. С папками (каталогами) и файлами могут выполняться операции создания, удаления, копирования и перемещения, а также изменение их свойств и управление доступом.

Объекты Windows

Одним из основных понятий Windows является объект, его свойства и действия, которые можно выполнить над объектом и которые может выполнять сам объект. Основными объектами Windows являются:

объекты файловой системы — файл, папка;

объекты пользовательского уровня — приложение, документ;

объекты графического интерфейса — пиктограммы (значки), окна и др.

Широко известные понятия, которые используются при названии программных продуктов, предназначенных для работы пользователя: пакет прикладных программ, комплекс прикладных программ и т.п. в Windows заменяются еще одним синонимом — приложение.

Приложение — комплекс взаимосвязанных программ для создания и модификации объектов, а также для управления объектами определенного типа. Работающее приложение, которое потребляет ресурсы системы (оперативную память, доступ к внешним устройствам и др.) или ждет своей очереди на них, называют задачей. Список задач можно получить, одновременно нажав клавиши <Ctrl>+<Alt>+<Del>.

Объектами, создаваемыми в среде приложения, могут быть тексты, таблицы, рисунки, звуки и т.п. В среде Windows такие объекты называют документами. Документы сохраняются в файлах, причем тип файла может задаваться самим приложением по умолчанию. Большинство приложений предлагают пользователю несколько вариантов типа документа. Документы одного типа, созданные, как правило, в одном приложении, имеют один и тот же логотип, по которому можно узнать, какое приложение будет обрабатывать документ по умолчанию.

Работа с объектами Windows подразумевает их создание, переименование, копирование, перемещение, удаление, а также просмотр и изменение их свойств. Для выполнения этих операций в Windows существует ряд возможностей: Контекстное меню, Управляющее меню и инструменты окна «Мой компьютер», а также программа «Проводник» и другие специальные программы. Помимо этого, существует технология «Drag&Drop» — технология работы с объектами в Windows с помощью мыши и, следовательно, некоторые операции над объектами (например, копирование и перемещение) можно производить, используя только манипулятор «мышь».

Следует запомнить, что при совершении операций с объектами в Windows эти объекты сначала надо выделить (выбрать). Для выбора одного объекта достаточно щелкнуть на нем левой кнопкой мыши. Если надо выбрать несколько объектов (например, группу файлов), то, держа нажатой клавишу <Ctrl>, надо произвести щелчок левой клавишей мыши на каждом объекте. Если группа объектов для выбора следует в списке по порядку, то можно держать нажатой клавишу <Shift> и производить щелчок только на первом и на последнем объекте или выделять левой клавишей мыши область, охватывающую нужные объекты. При работе в окне папки выбрать все ее объекты можно с помощью соответствующей команды или комбинации клавиш <Ctrl>+<А>.

При копировании (перемещении) объектов с помощью соответствующих команд используется буфер обмена (clipboard) — часть оперативной или виртуальной памяти, которая служит неким перевалочным пунктом при обмене данными. В буфере обмена объект хранится до тех пор, пока в него не будет помещен новый объект, который автоматически сотрет прежний. Находящийся в буфере обмена объект можно копировать (вставлять) неограниченное число раз.