Sistemas operativos: una visión aplicada. Capítulo 12 Estudio de casos: Windows-NT

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1 Sistemas operativos: una visión aplicada Capítulo 12 Estudio de casos: Windows-NT

2 Contenido Introducción Principios de diseño de Windows NT Arquitectura de Windows NT El núcleo de Windows NT Subsistemas de entorno de ejecución Sistemas de Archivos de Windows NT El subsistema de seguridad Mecanismos para Tolerancia a Fallos en Windows NT Sistemas operativos: una visión aplicada 1 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

3 Características Windows NT es un sistema operativo multitarea con: Diseño de 32 bits orientado a objetos. Subsistema de seguridad. Servicios de entrada/salida. Espacios de memoria separados para cada proceso. Planificación con expulsión a nivel de thread. Multiprocesamiento simétrico en máquinas con 2 procesadores. Se puede ejecutar tanto en procesadores con conjuntos de instrucción complejos (CISC, complex instruction set computing) como en aquellos con conjuntos de instrucciones reducidas (RISC, reduced instruction set computing) Sistemas operativos: una visión aplicada 2 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

4 Historia Origen en 1989, cuando Microsoft decidió diseñar un nuevo sistema que sustituyera a Windows 3.x y que incluyera las características adecuadas para ser usado en máquinas multiproceso de grandes dimensiones. Versiones anteriores de Windows no válidas. Se incluyeron muchas de las ideas existentes en otros sistemas operativos. El núcleo se mantiene bastante estable desde la versión 3.5. Actualmente, se distribuye la versión 4 de Windows NT junto con Windows 2000 y Windows 2000 Server. Esta versión se ha diseñado para su uso en grandes servidores, por lo que incluye muchas mejoras frente a las versiones anteriores (directorios activos, seguridad distribuida, Kerberos, cifrado, etc.). Sistemas operativos: una visión aplicada 3 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

6 Principios Compatibilidad con FAT, Windows 3x, OS/2, POSIX, etc. Transportabilidad a distintos tipos de computadoras con procesadores CISC (Intel) y RISC (MIPS, Digital Alpha, etc.). Para facilitar el transporte, Windows NT se ha construido sobre una pequeña capa de abstracción de hardware (HAL, Hardware Abstraction Layer). Escalabilidad sobre la base de un micronúcleo. Seguridad con nivel C2. Fiabilidad y robustez tanto en el ámbito de procesos como en el de sistemas de archivos. Procesamiento distribuido con las utilidades de gestión de redes como parte del núcleo del sistema. Eficiencia tanto en monoprocesadores como en multiprocesadores -> modelo de proceso basado en procesos ligeros y un sistema de entrada/salida muy compacto en el que todos sus componentes se usan como manejadores de dispositivos. Sistemas operativos: una visión aplicada 5 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

8 Componentes de Windows NT Logon Aplicación Aplicación Aplicación Subsistema MS-DOS Subsistema POSIX Subsistema de Seguridad Servicios del Sistema Subsistema de Win32 Modo Usuario Modo Núcleo Ejecutivo de Windows NT (Object Manager, Virtual Memory Manager,... ) Núcleo de Windows NT (Estructuras y servicios básicos del SO) Capa de Abstracción del Hardware (CPU, bus, controladores,...) Hardware Sistemas operativos: una visión aplicada 7 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

10 Ejecutivo de Windows NT Gestor de E/S Archivos Cache Manejadores Gestor de objetos Ejecutivo de Windows NT Gestor de procesos Gestor de M V monitor de seguridad Llamadas a Proced. local Sistemas operativos: una visión aplicada 9 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

11 Estructura de un objeto Cabecera del objeto Nombre Manejador Directorio Descriptor seguridad Lista de manejadores Tipo de objeto Contador de referencias Cuerpo del objeto Información interna del objeto Objeto 1 Objeto 2... Objeto n Nombre de tipo Tipos acceso Sincronizable? Paginable? Métodos Tipo de objeto Sistemas operativos: una visión aplicada 10 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

12 Espacio de nombres de objetos Sistemas operativos: una visión aplicada 11 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

13 Bloque descriptor de un proceso Ejecutivo Núcleo Sistemas operativos: una visión aplicada 12 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

14 Modelo de memoria de un objeto Programas de usuario Modo usuario Único por proceso 7FFFFFFF C FFFFFFFF Memoria compartida Sistema operativo Modo usuario Modo núcleo Únicos por sistema Sistemas operativos: una visión aplicada 13 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

15 Traducción de memoria virtual Selector de tabla de páginas Entrada de la tabla de páginas Byte dentro de la página Directorio de páginas Tablas de páginas Marcos de página Sistemas operativos: una visión aplicada 14 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

16 Gestión de páginas de memoria 10 7 Conjuntos de trabajo de los procesos Sistemas operativos: una visión aplicada 15 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

17 Comunicación mediante LPC Modo Usuario Modo Núcleo Aplicación Subsistema de Win32 Aplicación Subsistema POSIX Ejecutivo de Windows NT Gestor de objetos Gestor de procesos Gestor de M V Llamadas a Proced. local Sistemas operativos: una visión aplicada 16 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

18 Arquitectura del sistema de E/S Gestor de Entrada/Salida Gestor de Cache Sistemas de Archivos (NFTS, HPFS, FAT, CD-ROM,...) Gestión de Redes (NETBIOS, Novell, Banyan VINES,...) Protocolos de Transporte (IPX/SPX, NETBEUI, TCP/IP,... ) Manejadores de Dispositivos (CD-ROM, cinta, disco, puerto,... ) Manejadores de puerto NT y NDIS Minipuertos Sistemas operativos: una visión aplicada 17 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

19 E/S síncrona 1 Petición de servicio de E/S 2 Creación de IRP y llamada al manejador de dispositivo Aplicación Subsistema o DLL Servicios Gestor de E/S Manejador de dispositivo 6 Completa IRP Devuelve éxito o fallo Modo usuario Modo núcleo 5 Manejo de interrupción Devuelve éxito o fallo 3 Transferencia de datos especificados en el IRP 4 Operación de E/S e interrupción Sistemas operativos: una visión aplicada 18 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

20 Estructura de la cache VACB Entrada siguiente de la tabla VACB 1 VACB 2 VACB 3 VACB 4 VACB 5... Mapa compartido de la cache Enlaces de la tabla Información privada Contador aperturas Tamaño archivo Longitud datos VACB 1 VACB 2 VACB 3 VACB 4 Sistemas operativos: una visión aplicada 19 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

22 Subsistemas Win16 VDM MS/DOS VDM Modo Usuario Modo Núcleo Aplicación Win32 Subsistema de Win32 Aplicación OS/2 Subsistema OS/2 Aplicación POSIX Subsistema POSIX Proceso logon Subsistema de seguridad Ejecutivo de Windows NT Gestor de objetos Gestor de procesos Gestor de M V Llamadas a Proced. local Gestor de E/S Sistemas operativos: una visión aplicada 21 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

24 Sistema de archivos tipo FAT Bloque de parámetros de la BIOS FAT 1 FAT 2 (duplicado) Directorio raíz Área de archivos Sistemas operativos: una visión aplicada 23 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

25 Sistema de archivos tipo HPFS Mapa de bits del bloque 4 Superbloque Superbloque de repuesto Mapa de bits del bloque 1 Mapa de bits del bloque 2 Mapa de bits del bloque 3 Bloque de carga Banda 1 Banda 2 Banda 3 8 Mbytes Sistemas operativos: una visión aplicada 24 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

26 Master File Table Master File Table MFT Extensión 1 Extensión 2 Copia de MFT Registro archivos Log Archivo del volumen Definición de atributos Directorio raíz Registro archivos pequeños Registro archivos grandes Registro dir. pequeños Extensión 1 Extensión 2 Extensión 3 Sistemas operativos: una visión aplicada 25 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

28 Componentes y estructura Política de seguridad Proceso de logon Gestor de cuentas de usuario Registro Aplicación Autoridad de seguridad local Subsistema win32 Nivel de usuario Nivel de sistema Servicios del sistema Validación de accesos Auditoría Monitor de referencia de seguridad Manejadores de Dispositivo Nivel de Abstracción del Hardware (HAL) Sistemas operativos: una visión aplicada 27 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

29 Descriptores de seguridad Tipo de objeto Atributos Servicios Descriptor de protección ID de seguridad ID de grupos Derechos Propietario Grupo primario Protección por defecto Crear descriptor Abrir descriptor Consultar descriptor Cambiar información Ajustar derechos Ajustar grupos Duplicar el descriptor Miguel Alumnos, EquipoA Ninguno Miguel Alumnos Protección por defecto ACL ACL Sistemas operativos: una visión aplicada 28 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

30 Autenticación de usuarios Nombre Clave 1 Proceso logon Subsistema 8 Win32 9 OK Error 2 7 Subsistema de seguridad 6 5 Paquete de autenticación 3 4 Base de datos de seguridad Sistemas operativos: una visión aplicada 29 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

31 Listas de control de acceso Miguel Alumnos, EquipoA Ninguno Miguel Alumnos Protección por defecto texto Descriptor de seguridad Deny EquipoB RWX Allow EquipoA RW Allow Miguel W Sistemas operativos: una visión aplicada 30 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

33 Mecanismos Los principales mecanismos de tolerancia a fallos son: Utilidades para hacer copias de respaldo a cintas magnéticas. Registros transaccionales. Discos espejo. Discos con reparto de datos cíclico y paridad nivel RAID 5. Duplicación de discos. Sistemas operativos: una visión aplicada 32 J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez