Operačné systémy Windows

Obsah práce

1.	Operačný systém
2.	Proces v operačnom systéme
3.	Operačné systémy Windows
4.	Meranie doby výpočtu vybraných úloh v prostredí operačných systémov Windows

Hlavným cieľom je testovanie doby výpočtu zadanej úlohy, kde budeme skúmať čas spracovania danej úlohy, aby sme v závere mohli porovnať jednotlivé operačné systémy medzi sebou. Pri testovaní budeme používať operačné systémy spoločnosti Microsoft. Tieto operačne systémy patria v súčasnosti na našom trhu k najpoužívanejším, ako v domácom tak aj vo firemnom prostredí. Pre porovnanie sme do testu zahrnuli aj operačne systémy používané na serverových staniciach. Jedná sa o nasledovné operačné systémy:

1. Microsoft Windows XP
2. Microsoft Windows Vista
3. Microsoft Windows 7
4. Microsoft Windows Server 2003
5. Microsoft Windows Server 2008

Na obr. 3.1 je znázornená zjednodušená (základná ) architektúra systému Windows s dvomi režimami operačného systému - užívateľský režim a režim jadra.

Obr. 3.1 Zjednodušená architektúra Windows [7]

Komponenty Windows pracujúce v režime jadra:

• Výkonná časť – obsahuje základné služby operačného systému ( správa pamäte, správa procesov a vlákien, V/V, komunikáciu medzi procesmi, prácu v sieti ).
• Jadro – je tvorené nízko-úrovňovými funkciami, medzi ktoré patrí plánovanie vlákien, odosielanie prerušení a synchronizácia procesorov. Jadro ďalej obsahuje základné funkcie, ktoré využíva výkonná časť.
• Ovládače zariadení – obsahujú ovládače hardwerových zariadení, ako aj ovládače systému súborov.
• Vrstva hardvéru ( Hardware Abstraction Layer – HAL ) – je vrstva kódu, ktorá izoluje jadro, ovládače zariadení a zvyšok výkonnej časti systému Windows.

Komponenty Windows pre užívateľský režim jadra:

• Procesy podpory systému ( fixované ) - sú to procesy prihlásenia a správcu procesov, ktoré nepatria medzi služby Windows.
• Procesy služieb – tieto služby zabezpečujú, že jednotlivé procesy budú fungovať nezávisle od počtu prihlásení.
• Užívateľské aplikácie – majú viacero typov.
• Podpora okien a grafiky

Na obr. 3.1 je znázornená vrstva knižnice podsystému ( DLL ). Operačný systém Windows nevolá užívateľské aplikácie neaktívnych služieb priamo, ale prechádzajú jednou alebo viacerými dynamicky pripojovanými knižnicami subsystému. Podstatou týchto knižníc je prekladať dokumentované funkcie na príslušne volania systémových služieb operačného systému Windows.

Microsoft Windows XP

Koncom roka 2001 spoločnosť Microsoft uviedla na trh operačný systém Windows XP. Je určený pre všeobecné použitie na domácich alebo firemných osobných počítačoch. Vyhovuje náročným požiadavkám špecializovaných pracovných staníc, ktoré vyžadujú veľkú pamäť a vysokú výkonnosť operácií v pohyblivej rádovej čiarke. Je to spoľahlivý a bezpečný systém, s ohľadom na používateľské dáta. Označenie XP je odvodené z anglického slova eXPerience.

Windows XP je priamy nasledovník operačného systému Windows 2000. Windows XP má nový vzhľad, čoho cieľom je maximálne sprehľadniť usporiadanie prvkov na ploche a prispôsobiť používateľské rozhranie jednotlivým používateľom. Čas zavádzania systému sa, oproti minulým verziám výrazne skrátil. Zaujímavou možnosťou je využitie práce s dvomi monitormi zároveň, rýchle prepínanie používateľov či funkcie vzdialenej pomoci. Procesy vo Windows využívajú vlákna a tie podliehajú plánovaniu na základe priorít. Základnú prioritu získa proces od procesu, ktorý ho vytvoril.

V jadre systému sa nachádza dispečerská databáza, kde sú uložené stavy procesov a informácie, na ktorých procesoroch sa vykonávajú. V databáze sa uchovávajú aj fronty jednotlivých priorít, v ktorých čakajú na vykonanie pripravené procesy príslušných priorít. Hodnota priorít sa mení na základe toho, akú veľkú časť z časového kvanta využil proces pri poslednom pridelení procesora [7].

Microsoft Windows Vista

Finálna verzia Windows Vista, ako nasledovníka Windows XP, bola uvedená na trh v USA v januári 2007. Disponuje mnohými novými funkciami, vylepšeným systémom vyhľadávania, množstvom bezpečnostných vylepšení a taktiež zmeneným grafickým rozhraním s názvom Aero. Vista tiež zjednodušila komunikáciu medzi počítačmi v sieti, zdieľanie súborov a prácu s externými zariadeniami.

V operačnom systéme Windows Vista boli použité technológie súvisiace s výkonom. Poznáme ich pod názvom SuperFetch a ReadyBoost. Technológia SuperFetch je technológia, ktorá je nástupcom PreFetchingu z Windows XP. Sleduje programy, ktoré sa najčastejšie používajú a keď zistí že je voľná operačná pamäť, systém tieto programy do nej nahrá ešte predtým, ako ich užívateľ začne používať. V praxi to znamená, že systém sa snaží stále využiť všetku voľnú operačnú pamäť. V prípade, ak užívateľ spustí niektorý iný program, ktorý sa nenachádza v operačnej pamäti, systém túto pamäť ihneď uvoľní. Dokáže taktiež lepšie pracovať s programami na pozadí. Tieto sa zväčša dostanú ku slovu, keď používateľ poľaví v prací. Akonáhle ale tieto programy ukončia svoju činnosť, uvoľnia pamäť a používateľovi je k dispozícii celá pamäť pre jeho prácu.

Ďalšia technológia z názvom ReadyBoost úzko súvisí s operačnou pamäťou. Je to možnosť využívať pamäť na tzv. flash diskoch ( USB - Universal Serial Bus ). Táto technológia nemá nahradiť operačnú pamäť, ako bola spočiatku pochopená. Dáva len možnosť rýchlejšieho načítavania pamäťových stránok, ktoré boli odložené na pevný disk. Keďže sa ale jedná o rýchlo vymeniteľný disk, dáta sa musia zapisovať nielen do flash pamäte, ale aj na pevný disk do bežného odkladacieho súboru a naviac sa dáta ukladajú šifrovane.

Microsoft Windows 7

Windows 7 je najnovším operačným systémom od spoločnosti Microsoft. Je určený pre pracovné stanice v podnikoch, ako aj pre domáce počítače. Je priamym nasledovníkom Windows Vista. Prichádza z množstvom vylepšení, medzi ktoré patrí aj nové jadro OS MinWin. Jadro prináša zníženie nárokov na operačnú pamäť a tým aj zrýchlenie celého systému. Medzi ďalšie novinky a vylepšenia, ktoré prináša patria [9]:

• vstavané diagnostické nástroje monitorujúce hardvér, operačnú pamäť, sieť a výkon,
• reportovanie problémov pre automatické riešenie konfiguračných a výkonnostných problémov,
• diagnostika problémov, ktoré nie je možné vyriešiť automaticky,
• automatická aktualizácia operačného systému,
• aktualizácia ovládačov pre detekovaný hardvér.

Tieto súčasti sú aktívne od prvotnej inštalácie operačného systému. Je len na používateľovi, alebo správcovi vedieť tieto komponenty efektívne využívať. Je to možné dosiahnuť aj používaním diagnostických nástrojov, ktoré umožňujú diagnostikovať oblasti systému ako hardvér, operačnú pamäť alebo výkon všeobecne.

Microsoft Windows Server 2003

Microsoft Windows Server 2003 je priamym nasledovníkom svojho predchodcu Windows 2000 Server a na prvý pohľad pôsobí rovnako. No výrobca operačného systému prichádza s viacerými inováciami a pribudli aj úplné novinky. Bola vylepšená rýchlosť, stabilita, bezpečnosť, podpora malých i veľkých sietí, práca s internetovým prostredím, práca aplikácií. Úpravami prešli aj ovládacie prvky, kde pribudli nové funkcie.

Pri operačných systémoch používaných na serveroch je jednou z najdôležitejších vlastností spoľahlivosť daného systému. Preto aj Windows Server 2003 prešiel z tohto pohľadu niektorými zmenami. Prišlo predovšetkým k zníženiu počtu reštartov. Taktiež odpadá reštart pri rekonfiguráci operačného systému. Bol implementovaný aj nový nástroj na kontrolu ovládačov ( Driver Verifier ) a pribudla možnosť vrátiť sa k predchádzajúcemu ovládaču pri chybe nového (Previous Versions).

Hlavne prínosy, ktoré má Windows Server 2003 sú zhrnuté v týchto bodoch:

• Ľahká správa a použitie – rozhranie Windows, ktoré je dobre známe, zrýchlenie viacerých funkcií a taktiež vylepšenie Active Directory.
• Univerzálnosť – podporuje všetky bežne používané sieťové štandardy.
• Vyššia stabilita systému – už spomínané zníženie počtu nutných reštartov, lepšie zálohovanie, možnosť vymeniť hardverové prvky bez vypnutia serveru.
• Vyššia bezpečnosť – správca má na rozdiel od predchádzajúcich verzií, možnosť vybrať si a doinštalovať funkcie podľa potreby. Nemusí teda inštalovať všetko, ale len to čo potrebuje.
• Ľahké vytváranie webových serverov – súčasťou Windows Server 2003 je aj webový server IIS 6.0 ( Internet Information Server ). V porovnaní s predchodcami tohto webového servera má bezpečnejšiu a spoľahlivejšiu architektúru, ktorá prináša výrazne zvýšenie výkonu ako aj zvýšenie doby prevádzky danej serverovej stanice bez nutnosti reštartovať celý systém.
• Integrovaný aplikačný server – Systém Windows Server 2003 obsahuje celú radu funkcií, ktoré zvyšujú produktivitu vývojárov ako aj hodnotu aplikácií. Napr. súčasťou platformy Microsof.NET Framework je technológia Microsoft ASP.NET, ktorá je zameraná na webové aplikácie.

Microsoft Windows Server 2008

Systém Windows Server 2008 je výkonný a všestranný operačný systém, ktorý pokračuje vo vylepšeniach spoločnosti Microsoft a v jej opravných balíčkoch Service Pack 1 a Release 2, ktoré boli určené pre systém Windows Server 2003. Windows Server 2008 zdieľa veľký počet bežných funkcií s operačným systémom Windows Vista, pretože tieto systémy boli súčasťou jedného vývojového projektu.

Z toho dôvodu majú funkcie použite v operačných systémoch spoločný základný kód a ovplyvňujú viacero oblastí týchto operačných systémov ( správu, prácu v sieti, ukladanie dát, zabezpečenie ). Keďže sa ale jedná o systémy určené na rozdielne použitie existujú rozdiely vo východiskových nastaveniach. Napr. Windows Server 2008 nepoužíva režim spánku a z toho dôvodu nie je potrebné, aby tento systém disponoval funkciami spánku a obnovenia. Taktiež tento systém nemusí obsahovať grafické prostredie Windows Aero, pretože je navrhnutý k poskytovaniu optimálneho výkonu serverových úloh a nie k rozsiahlejším úpravám vzhľadu pracovnej plochy. Architektúra systému Windows Server 2008 sa skladá z nasledujúcich funkcií [15]:

• Modularita nezávislosti na jazyku a bitovej kópie disku vo vzťahu k hardvéru - každá časť operačného systému je navrhnutá ako nezávislý modul, s ktorým sa dá samostatne pracovať. Táto modulárna schopnosť tvorí základ novej architektúry konfigurácie systému Windows Server 2008. Tento systém sa následne distribuuje na médiách s bitovými kópiami diskov vo formáte Windows Imaging Format ( WIM ).
• Použitie upraveného prostredia predinštalácie – Windows Preinstallation Environment 2.0 ( Windows PE 2.0 ) nahrádza MS-DOS ako prostredie predinštalácie a ponúka spúšťacie prostredie pre inštaláciu, obnovu a riešenie problémov.
• Riadenie užívateľských účtov a zvýšenie oprávnenia – tento nástroj Riadenia užívateľských účtov ( UAC - User Account Control ) zvyšuje zabezpečenie počítača zabezpečením skutočného oddelenia účtu bežných používateľov od účtu správcu. Vďaka tomu majú všetky spustené aplikácie buď oprávnenie bežného používateľa alebo správcu a bezpečnostnú výzvu uvidíme pri každom spustení aplikácie.