Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Операционная система Windows XP оказалась одной из наиболее популярных за всю историю персональных компьютеров. Официальная техническая поддержка системы корпорацией Microsoft длилась на протяжении 12,5 лет - больше, чем для какой-либо другой версии ОС Windows. windows пользователь архитектура популярность

Данная работа посвящена рассмотрению системы Windows XP - её истории, особенностей, архитектуры. Главные вопросы, которые здесь рассматриваются:

1) как появилась и развивалась система, какова была динамика её популярности?

2) какова архитектура Windows XP, в чём её преимущества и недостатки?

3) почему Windows XP оказалась популярной и почему она оказывается всё более вытесненной новыми версиями ОС Windows?

1. История операционной системы Windows XP

История системы Windows XP начинается с конца 1990-х гг. Первоначально корпорацией Microsoft задумывалось создание двух систем с кодовыми названиями Neptune и Odyssey. Проект Neptune должен был стать продолжением линейки операционных систем на базе Windows 98, a Odyssey - продолжением линейки на ядре NT. Однако в корпорации решили пойти другим путем и объединили два проекта в один, который получил название Whistler.

Windows XP была в разработке с начала 1999 г., над созданием системы работало около 5,5 тыс. чел. Для сравнения следует заметить, что в 1993г., когда вышла система Windows NT 3.1, в команде было 250 разработчиков. Размер исходного кода Windows XP составил около 45 миллионов строк.

Система была официально представлена общественности 25 октября 2001г. Корпорация Microsoft вкладывала в неё огромные надежны, поскольку Windows 2000 не снискала большой популярности. Кроме того, немало нареканий вызывали версии ОС Windows 1990-х гг. Например, пользователям досаждала проблема DLL hell, то есть проблема конфликта версий динамических библиотек. Вследствие такой проблемы использование одних программ может мешать использованию других программ. Также пользователи ожидали появление более дружелюбного интерфейса.

В Windows XP была предпринята попытка унаследовать положительные черты непосредственных предшественников - Windows Millennium и Windows 2000. От Windows Millennium ей достались удобство установки, простота настройки, простота использования, богатые мультимедийные возможности и другие функции, облегчающие работу. От Windows 2000 новая система получила высокую надежность работы, многофункциональность, а также широкие возможности настройки безопасности.

Изначально вышли две базовые версии системы - Home и Professional для пользователей с разными целями и с разными уровнями подготовки.

Версия Windows XP Home предназначена для домашнего использования. Акцент сделан на широких мультимедийных возможностях, простой и удобной система доступа к различным функциям, защите от неквалифицированных действий пользователя, например, случайного удаления. Операционная система Windows XP Professional предназначена для офисной и промышленной сфер деятельности.

Заметим, что в отличие от предыдущей системы Windows 2000, которая поставлялась как в серверном, так и в клиентском вариантах, Windows XP является исключительно клиентской системой. Её серверным аналогом является Windows Server 2003. Хотя Windows Server 2003 и построен на базе того же кода, что и Windows XP, почти всецело наследуя интерфейс её пользовательской части, Windows Server 2003 всё же использует более новое и переработанное ядро.

Главные отличия операционной системы Windows ХР от предшественников связаны с разработкой усиленной системы безопасности. Наблюдается повышенная стабильность системы. Улучшены функции восстановления системы с откатом драйверов. Разработана возможность удаленного доступа к рабочему столу компьютера. Возможность входа в систему под другим пользователем с сохранением состояния работы предыдущего пользователя. Создан новый графический интерфейс, добавлен ряд визуальных эффектов, например, тень от элементов меню. Наблюдаются мультимедийные изменения. Например, возможность работы с CD без установки дополнительного программного обеспечения. Добавлены новые функции для обмена данными по сети, внесены изменения в службе Windows Messenger.

Поскольку быстро стало ясно, что Windows XP приобретает популярность, корпорация Microsoft не остановилась и дополнила семейство новыми версиями.

Выпуск Windows XP 64-bit Edition стал первой операционной системой Майкрософт для 64-разрядных процессоров.

Выпуск Windows XP Media Center Edition был предназначен для домашнего использования и развлечений, позволяя просматривать веб-страницы и телепрограммы в прямом эфире, воспроизводить DVD-диски.

Выпуск Windows XP Tablet PC Edition был создан специально для работы с помощью цифрового пера.

Кроме данных выпусков, широко известных рядовым пользователям, была создана система Windows XP Embedded, предназначенная для применения в различных встраиваемых системах: системах промышленной автоматизации, банкоматах, кассовых терминалах. Её возможности во многом схожи с Windows XP Professional, поскольку она состоит из тех же бинарных файлов.

Windows XP довольно быстро приобрела популярность и весьма долго смогла удерживать статус лидера рынка операционных систем. Пик популярности системы пришёлся на 2006-07гг. В частности, по данным компании Net Applications, в декабре 2006г. Windows XP была установленной на 85,3% персональных компьютеров, а в сентябре 2007г. - на 79,3% [9] (см. рис. 1.1). Вероятно, такая популярность Windows XP оказалась связана с тем, что Windows Vista, выпущенная в ноябре 2006г., не приобрела популярности у пользователей и была воспринята скорее негативно.

Рис. 1.1. Доля ПК с Windows XP и Windows Vista в 2006-07гг.

Ввиду популярности Windows XP выпускались обновлённые версии системы. В 2002 году вышел релиз Windows XP SP2. Его особенности - улучшенный Interner Explorer 6, значительные изменения в безопасности, в частности, встроенный брандмауэр, расширенная защита памяти, изменение возможностей запуска компакт-дисков. В мае 2009г. вышел релиз Windows XP SP3 c обновленной защитой сетевого доступа. Лишь с 2009г. прекращена бесплатная поддержка операционной системы Windows XP, а в апреле 2014г. поддержка прекращена полностью.

С 2007-08гг. наблюдается падение популярности Windows XP, но оно происходит медленнее, чем ожидали в Microsoft. Даже выход в 2009г. системы Windows 7 не привел к быстрому уходу Windows XP с «поста лидера». По данным компании NetMarketShare, Windows 7 стала наиболее популярной операционной системой только в августе 2012г. [10] На август 2014г. оценка доли ПК с установленной Windows 7 составляет около 51%, Windows XP - 25% (см. рис. 1.2). Показательно, что Windows XP пока что является второй по популярности системой, превосходя Windows 8: версии Windows 8 и Windows 8.1 совместно набрали 12,5%. [5] Во многом это закономерно, поскольку для многих пользователей попытка использования в версии ОС для настольных ПК некоторых элементов, свойственных мобильным платформам, стала по-настоящему шокирующей. И их вполне можно понять, ведь вместе привычного и удобного меню «Пуск» появился неудобный экран с огромными плитками, многие опции перенесли в другое место или же вовсе исчезли. Учитывая прочие существующие системы и их позиции, следует предположить, что до конца 2014г. Windows XP сохранит статус «вице-чемпиона» (см. рис. 1.3).

Рис. 1.2. Сравнение популярности Windows XP и Windows 7

Рис. 1.3. Рейтинг операционных систем для ПК в августе 2014г.

Очень важным фактором, удерживающим позиции Windows XP по общемировой статистике, является популярность в Азии. Так, даже по данным на май 2014г., в Китае система установлена на 70% персональных компьютеров. Китайские политики и общественность характеризуются невысоким доверием к новым версиям Windows, особенно применительно к госкорпорациям. Кроме того, важен такой фактор, как уровень пиратства.

В России идёт довольно успешное вытеснение Windows XP системой Windows 7. Только за первый год распространения Windows 7 корпорация Microsoft реализовала в России около 4,8 млн. копий. Если в 2010г. целом по миру 59% пользователей высказывали положительное отношение к Windows 7, то в России этот показатель достиг 72%.

По данным Microsoft, в феврале 2011г. в России число обращений к Windows Update среди владельцев Windows 7 превысило таковое у пользователей Windows XP. Следует заметить, что речь не идет исключительно о лицензионных версиях систем, поскольку обращение к Windows Update не требует проверки подлинности. Таким образом, скорее всего, уже в 2011г. в России Windows 7 догнала по популярности Windows XP.

2. Архитектура Windows XP и ее особенности

2.1 Общая характеристика

Windows XP - многопользовательская, многозадачная сетевая ОС с графическим интерфейсом. В ней использовано 3 варианта файловой системы (FAT 16, FAT 32, NTFS). При этом система FAT 16 к настоящему времени устарела, система FAT 32 более приемлема для носителей небольшого объема, NTFS - для больших носителей и хранения файлов большого размера.

С точки зрения архитектуры памяти Windows XP может иметь 32-разрядную или 64-разрядную архитектуру в зависимости от версии. С практической точки зрения это означает следующее. В 32-битных версиях Windows XP объем доступной оперативной памяти ограничен 4Гб. Если пользователь ПК с 32-битной ОС хочет увеличить оперативную память для увеличения быстродействия, то увеличивать стоит только до 4Гб, не более. В 64-битных версиях Windows XP объем доступной оперативной памяти логически ограничен 16Тб. Фактически Microsoft из экономических соображений ограничивает объемы памяти в несколько гигабайт. [7]

Также важен такой фактор, как совместимость программ. Большинство программ, созданных для 32-разрядных версий, будут работать и в 64-разрядных версиях. Исключениями являются драйверы и программы, в состав которых входят собственные драйверы (антивирусы, файерволы и т.д.): 32-х битный драйвер не может работать в 64-битной системе. Также в интернет-сообществе неоднократно замечались проблемы с игровыми программами для 32-битных версий в 64-битных версиях ОС. Программы, созданные для 64-разрядных версий, не работают в 32-разрядных. Также заметим, что 16-разрядные программы обычно без проблем запускаются при 32-разрядных версиях Windows XP, но запуск таких программ не поддерживается 64-разрядными версиями. Тем не менее, операционная система может распознать некоторые 16-битные инсталляторы и автоматически сконвертировать их в 32-битные.

Windows XP поддерживает многозадачность и многопоточность. Как и остальные версии Windows, это система с разделением времени, то есть для выполнения каждой задачи выделяется небольшой промежуток времени, и ни одна задача не занимает процессор надолго. В Windows XP реализована приоритетная (вытесняющая) многозадачность, когда каждая программа имеет свое защищенное адресное пространство, а механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе [2]. Решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой.

Если детально рассматривать подсистемы ОС и их взаимодействие, получим схему, приведённую на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Структура Windows XP

Почти все современные процессоры позволяют установить режим работы приложения - Kernel (ядро) или User (пользователь). В режиме ядра приложению, кроме прочего, разрешено выделение памяти всем другим приложениям. Режим пользователя предоставляет меньше привилегий, нежели режим ядра, - в частности, он не обеспечивает прямой доступ к аппаратуре и чужим адресным пространствам. Для использования системных сервисов прикладные программы используют интерфейс прикладного программирования Windows - WINAPI.

В Windows XP реализовано правило: ни под каким видом не позволять прикладным программ работать в режиме ядра. [6] Как только приложение пытается обратиться в чужую область, ОС тут же выявляет ошибку доступа к памяти и прекращает работу приложения. К сожалению, при этом ОС не защищает приложение от самого себя. Если приложение случайно перезаписывает собственный блок памяти, то Windows XP, скорее всего, никак не отреагирует на это нарушение.

Рассмотренная система привилегий довольно «грубая». Так, в архитектуре популярного процессора Intel x86 определено 4 уровня привилегий («колец защиты»), приведенных на рис. 2.2. В этих терминах в Windows XP используются только кольцо 0 и кольцо 3. Компоненты, которые теоретически могли бы работать в режимах 1-2, работают в режимах 0 или 3 в зависимости от того, о каких драйверах идёт речь. На некоторых аппаратных платформах, ранее поддерживаемых, было реализовано лишь два уровня привилегий, а разработчики Windows XP стремились добиться совместимости с как можно большим числом ПК. [1]

Рис. 2.2. «Кольца защиты» в Intel x86

В режиме ядра работают следующие компоненты. [4]

1. Уровень абстрагирования от оборудования (hardware abstraction layer, HAL). Его задачей является отделение операционной системы от особенностей конкретных реализаций в аппаратном обеспечении компьютера, то есть различий в модификациях процессоров, наборах микросхем и т.д. Реализован в системном файле Hal.dll.

2. Ядро операционной системы - содержит наиболее часто вызываемые низкоуровневые функции операционной системы: планирование и распределение ресурсов между процессами, их переключение и синхронизацию. В обязанности ядра также входит управление прерываниями и обработка ошибочных ситуаций при функционировании ОС. Код ядра Windows XP находится в системном файле Ntoskrnl.exe.

3.Драйверы устройств - представляют собой подпрограммы, транслирующие вызовы, поступившие от пользовательских программ, в запросы обработки данных для конкретных устройств. Значительное число драйверов входит в состав Windows XP (см. подкаталог drivers папки system32). Для нестандартных периферийных устройств драйверы находится в комплектах поставки. Очевидно, их было бы нерационально включать в состав ОС. Данный компонент характеризуется одной важной проблемой. Обычно драйверы пишут программисты из компаний-производителей оборудования, которые хуже знают ОС, чем ее создатели, и если драйверы работают в режиме ядра, то грубые ошибки в их программном коде могут привести к краху ОС.

4. Исполняющая подсистема (NT Executive). Модуль NT Executive состоит из микроядра и подсистем диспетчеризации управления программами с доступом к виртуальной памяти, окнам и графической подсистеме. К исполняющей подсистеме относятся системные файлы Ntkrnlpa.exe, Kernel32.dll, Advapi32.dll, User32.dll, Gdi32.dll.

Виртуальная память предоставляет пользовательским программам виртуальные адреса адресного пространства процессов и соответствующие физические страницы оперативной памяти компьютера. Виртуальная память реализуется с помощью файла подкачки pagefile.sys и позволяет одновременно выполняться большому количеству процессов, которые все сразу не смогли бы поместиться в физической памяти.

Графическая подсистема предназначена для создания оконного интерфейса, рисования элементов управления, расположенных в окнах.

Микроядро отвечает за выделение памяти для приложений и распределение процессорного времени, то есть реализацию многозадачности. Для этого в состав микроядра входит планировщик потоков, который назначает потокам приоритеты. Всё процессорное время делится на кванты фиксированного размера. Каждый поток выполняется только в течение отведённого ему времени, и если после этого он не освобождает процессов, планировщик принудительно приостанавливает поток. Микроядро также выполняет работу, связанную с обработкой аппаратных и программных прерываний.

Модуль диспетчеризации управления программами состоит из следующих компонентов.

Диспетчер ввода-вывода - интегрирует добавляемые в систему драйверы устройств в ОС.

Диспетчер объектов - служит для управления всеми разделяемыми ресурсами компьютера. В момент обращения приложения к некоторому ресурсу диспетчер объектов сопоставляет этому ресурсу объект и выдает приложению дескриптор этого объекта (упрощённого говоря, идентификатор). Приложение взаимодействует с объектом на основе дескриптора.

Диспетчер процессов - предоставляет интерфейс, при помощи которого другие компоненты Windows NT Executive, а также приложения пользовательского режима могут манипулировать процессами и потоками. Во время работы диспетчер процессов сопоставляет каждому процессу и потому идентификатор процесса и идентификатор потока соответственно, а также таблицу адресов и таблицу дескрипторов.

Диспетчер виртуальной памяти - служит для управления организацией подсистемы памяти, позволяет создавать таблицы адресов для процессов и следует за корректностью использования адресного пространства приложениями. Кроме того, диспетчер виртуальной памяти обеспечивает возможность загрузки в оперативную память исполняемых файлов динамических библиотек. Он предоставляет физическую память для пользовательских приложений, выделяя каждому процессу виртуальное адресное пространство. Процессы обмениваются данными через разделяемую память, которая может быть спроецирована на виртуальное адресное пространство нескольких процессов. Главная задача диспетчера виртуальной памяти - организация логической памяти, размер которой больше размера физической, установленной на компьютере. Это достигается путём того, что страницы памяти, к которым долго не было обращений и которые не имеют атрибута неперемещаемых, сохраняются диспетчером в выше упомянутом файла pagefile.sys и удаляются из оперативной памяти. Когда такая страница снова понадобится, она копируется обратно в оперативную память.

Диспетчер кэша - используется для кэшированного чтения и записи и позволяет существенно ускорить работу жестких дисков и других устройств. Наиболее востребованные файлы дублируются диспетчером кэша в оперативной памяти, и при обращении к ним ведётся работа с этими копиями, а не оригиналами. Это даёт рост быстродействия, поскольку работа с оперативной памятью ведётся на порядок быстрее, чем с внешней. Кэш в Windows XP является единым для всех логических дисков, вне зависимости от используемой файловой системы. Диспетчер управляет размерами кэша в зависимости от доступного объёма свободной физической памяти.

Диспетчеры окон и графики выполняют функции, связанные с пересылкой системных сообщений и отображением информации на экране.

2.2 Достоинства и недостатки

Преимущества архитектуры Windows XP следующие.

Удобная файловая система. Позволяет удобно и безбоязненно пользоваться большими файлами, свободно перемещать документы с места на место, не опасаясь внезапного сбоя системы или отключения питания. Данные не сотрутся, а останутся целы. Файловая система NTFS 5 дает возможность разделять атрибуты файлов и папок на доступ.

Низкие системные требования. Например, для Windows XP Home Edition требуется процессор с характеристиками не менее 233 МГц тактовой частоты и объёмом оперативной памяти не менее 64 Мбайт. [8] На момент появления Windows XP данные требования были не такими уж низкими, но в настоящее время они - явное преимущество, поскольку далеко не все пользователи и организации могут позволить себе часто обновлять «железо».

«Кольца защиты». Про данную особенность было сказано выше. Она существенно мешает действиям вредоносных программ.

Также упомянем некоторые недостатки.

Преемственность ошибок. Системы семейства Windows NT обладают практически одинаковым ядром [3], поэтому программные ошибки и уязвимости, заложенные ещё в 1990-х гг., «перекочевали» и в Windows XP.

Межпроцессные коммуникации. Межпроцессное взаимодействие защищено довольно плохо - в коммуникации между окнами нет разграничения привилегий. По сути любому окну другой прикладной программы можно послать любое сообщение.

Нерациональное использование ресурсов системными сервисами - как легко заметить в диспетчере задач, даже при малом количестве запущенных пользователем программ в памяти «болтается» куча сервисов. Аналогично системные сервисы неэкономно относятся к памяти на жёстком диске.

Уязвимости. Любая операционная система содержит некоторые программные ошибки или «дыры» в защите. Поскольку Windows XP используется уже 13 лет, хакерами накоплен довольно большой опыт поиска и эксплуатации уязвимостей системы.

Упомянутые недостатки являются важной причиной того, что система Windows XP должна быть постепенно заменена на более современные. К сожалению, при этом Microsoft не заинтересована к действительно сильному и быстрому совершенствованию новых версий Windows - в этом случае не удастся обеспечить получение постоянного дохода от продаж новых копий ОС Windows.

Заключение

Windows XP заслуженно пользовалась популярностью весьма длительное для операционных систем время. Она довольно удачно совместила преимущества своих предшественников, а также выделилась своими удобством и простотой. На момент создания система по факту опережала своё время, поэтому даже несколько лет спустя вполне удовлетворяла запросам многих пользователей по всему миру. Кроме того, при появлении новых версии Windows (Vista, 7, 8) на стороне Windows XP оказался такой фактор, как недостатки новых систем, особенно это касается Windows Vista. Кроме того, это вполне естественная позиция для многих людей - придерживаться того, что, пусть и не лучшее, но зарекомендовавшее себя и привычное.

Архитектура Windows XP позволила создать довольно надёжную и защищённую систему, а также сделать её удобной для программистов. Тем не менее в настоящее время накопленные сведения о недостатках Windows XP свидетельствуют о её постепенном устаревании. Часть недостатков и уязвимостей можно устранить обновлениями, но значительная часть так и останется. Кроме того, против Windows XP работает и экономика - разработчику выгоднее частая смена версий операционной системы.

Windows XP наверняка ещё 1-2 года будет в числе наиболее популярных операционных систем. Рассчитывать на большее бессмысленно.

Список литературы

1. Архитектура Windows XP. - Режим доступа: http://www.dumpz.ru/showthread.php?t=16376

2. Операционная система Windows XP: учебно-методическое пособие / ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»; сост. А.Л. Юдин. - Кемерово, 2011. - 170с.

3. Основные плюсы и минусы Windows XP. - Режим доступа: http://l-and-w.150-4ex-lyubschool.edusite.ru/p4aa1.html

4. Основы операционных систем: Учебное пособие / М.С. Клыков, А.Н. Сульдин, Т.И. Балалаева; Под ред. проф. М.С. Клыкова - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010. - 114с.

5. Популярность Windows 7 только растет. - Режим доступа: http://www.i-fi.ru/novosti-it-tehnologiy/populyarnost-windows-7-tolko-rastet.html

6. Руссинович М., Соломон Д. Внутреннее устройство Microsoft Windows: Windows Server 2003, Windows XP и Windows 2000. Мастер-класс. / Пер. с англ. - 4-е изд. - М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция»; СПб.: Питер, 2005. - 992стр.: ил.

7. Что такое 32 и 64 бита? - Режим доступа http://www.pc-user.ru/view_post.php?id=50

8. System requirements for Windows XP operating systems. - Режим доступа: http://support.microsoft.com/kb/314865

9. Windows XP - самая популярная. - Режим доступа: http://www.softkey.info/news/news8802.php

10. Windows 7 обогнала по популярности Windows XP. - Режим доступа: http://news.softportal.com/nitem-12848.html

Размещено на Allbest.ru