Características Windows XP

FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAC GOIÁS Sistemas Operacionais Isael F Costa, Marcos Vinicius, Patrick Marques, Denize Dinis Características Windows XP Lucília Ribeiro GOIÂNIA, 2015

Isael F Costa, Marcos Vinicius, Patrick Marques, Denize Dinis Características Windows XP Relatório apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina Sistemas Operacionais, no Curso de Gestão da Tecnologia da Informação, na Faculdade de Tecnologia SenacGoiás. Lucília Ribeiro 2

GOIÂNIA,2015 3

RESUMO Este trabalho apresenta as característicasexigíveis para a apresentaçãodosrelatórios nas disciplinasministradas pela Lucília. O objetivo e disponibilizar aos alunos um modelo de apresentação de relatóriote cnico-cienti fico para ser utilizado nestas disciplinas. Omitiram-se alguns elementos opcionais descritos nas normas da ABNT, bem como alguns itens mais específicos, simplificando-o. Palavras-chave: Relatóriote cnico-cienti fico. Modelo. ABNT. 4

SUMÁRIO RESUMO... 4 1 INTRODUÇÃO... 6 2 OBJETIVO... 6 3 DESENVOLVIMENTO... 6-17 4 RESULTADOS... 17 5 CONCLUSÃO... 17-18 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 18 APÊNDICE A Título do apêndice... 15 ANEXO A Título do anexo... 16 5

1 INTRODUÇÃO O sistema operacional Windows XP é um sistema operacional multitarefa preemptivo de 32/64 bits para AMD k6/k7, Intel IA32/IA64 e microprocessadores mais recentes. Seus objetivos são segurança, confiabilidade, facilidade de uso, compatibilidade com aplicações Windows e POSIX, alto desempenho, extensibilidade, portabilidade, e suporte internacional. O Windows XP usa uma arquitetura cliente-servidor para implementar várias personalidades do sistema operacional, como Win32 e POSIX, com processos no nível usuário denominados subsistemas. É um sistema operacional multiusuário, admitindo acesso simultâneo por meio de serviços distribuídos, ou de várias estâncias da interface gráfica com o usuário por meio do servidor de terminal do Windows. 2 OBJETIVO Esta pesquisa tem como objetivo explorar os princípios sobre os quais o Windows XP foi projetado e os componentes específicos envolvidos no sistema, a arquitetura em camadas do sistema, que facilita seu uso, fornecer uma explicação detalhada do sistema de arquivos, redes, abordara interface de programação disponíveis aos programadores de sistemas e aplicações, entender como o Windows XP pode executar programas projetados para outros sistemas operacionais. E a apresentação do Sistema operacional Linux como um todo. 3 DESENVOLVIMENTO Em outubro de 2001, o Windows XP foi lançado como uma atualização ao sistema operacional desktop Windows 2000 e um substituto para o Windows 95/98. Em 2002, apareceram as versões de servidor do Windows XP (chamadas Windows.Net Server). O Windows XP atualiza a interface gráfica do usuário com um projeto visual que aproveita os avanços de hardware mais recentes e muitos recursos novos fáceis de usar. O Windows XP oferece melhor experiência de rede e dispositivos, incluindo configuração zero de dispositivos sem fio (wireless), mensagens instantâneas, mídia streaming, fotografia/vídeo digital, melhorias de desempenho incríveis tanto para desktop quanto para grandes sistemas multiprocessados, e melhor confiabilidade e segurança até mesmo em relação ao 2000. As versões de servidor do Windows XP admitem sessões de servidor de terminal simultâneas a partir dos sistemas desktop do Windows. As versões desktop do servidor de terminal multiplexam o teclado, mouse e monitor entre as sessões virtuais do terminal para cada usuário conectado. Esse recurso chamado troca rápida do usuário, permite aos usuários passarem de um para outro no console de um PC sem ter de desconectar e conectar ao sistema. Existem duas versões desktop do Windows XP. O Windows XP Professional é o sistema desktop para usuários especialistas, no trabalho e em casa. Para usuários domésticos, migrando do Windows 95/98, o Windows XP Personal fornece a confiabilidade e facilidade 6

de uso, mas faltam os recursos mais avançados necessários para trabalhar de forma transparente com o Active Directory ou executar aplicações POSIX. Confiabilidade O Windows XP estende a verificação de driver para apanhar bugs mais sutis, melhora as facilidades para encontrar erros de programação no código em nível de usuário e sujeita aplicações de terceiros, drivers e dispositivos a um processo de certificação rigoroso. Além do mais, o Windows XP acrescenta novas facilidades para monitorar a saúde do PC, incluindo o download de reparos para problemas antes de eles serem encontrados pelos usuários. A confiabilidade percebida do Windows XP também foi melhorada, tornando a interface gráfica com o usuário mais fácil de usar. Portabilidade O Windows XP foi projetado para ser portável. Como acontece no sistema operacional UNIX, a maioria do sistemaé escrita em C e C++. A maior parte do código dependente do processador é isolado em uma biblioteca de vínculo dinâmico ( Dynamic Link Library DLL) denomida camada de abstração do hardware ( Hardware AbstractionLaver HAL). Uma DLL é um arquivo mapeado no espaço de endereços de um processo, de modo que quaisquer funções na DLL pareçam fazer parte do processo. As camadas superiores do Kernel do Windows XP dependem das interfaces da HAL em vez do hardware básico, aprimorando a portabilidade do Windows XP. A HAL manipula o hardware diretamente, isolando o restante do Windows XP das diferenças de hardware entre as plataformas em que é executado. O UNICODE é o código de caracteres nativo do Windows XP. O Windows XP aceita caracteres ANSI convertendo-os para caracteres UNICODE antes de manipulá-los ( conversão de 8 bits para 16 bits). As strings de texto do sistema são mantidas em arquivos de recursos que podem ser trocados para adaptar o sistema a diferentes idiomas. Vários locais podem ser usados simultaneamente, o que é importante para indivíduos e empresas multilíngües. A HAL é a camada de software que esconde as diferenças de hardware dos níveis superiores do sistema operacional, para ajudar a tornar o Windows XP portável. A HAL exporta uma interface de máquina virtual usada pelo despachante do kernel, pelo executivo e pelos drivers de dispositivo. Uma vantagem dessa técnica é que somente uma única versão de cada driver de dispositivo é necessária ela é executada em todas as plataformas de hardware sem portar o código do driver. A HAL também fornece suporte para o multiprocessamento simétrico. Os drivers de dispositivos mapeiam dispositivos e os acessam diretamente, mas os detalhes administrativos do mapeamento de memória, configuração de barramentos de E/S, configuração de DMA e tratamento de facilidades específicas da placa-mãe são fornecidos pelas interfaces da HAL. O Kernel do Windows XP fornece a base para o executivo e os subsistemas. Ele permanece na memória, e sua execução nunca é preemptada. Ele possui quatro responsabilidades principais; escalonamento de threads, tratamento de interrupção e exceção. 7

Interrupção de software: chamadas de procedimento assíncronas e chamadas de procedimento adiadas As chamadas de procedimento assíncronas interrompem uma thread em execução e chamam um procedimento. As chamadas de procedimento assíncronas (APCs) são usadas para iniciar a execução de uma nova thread, terminar processos e fornecer notificação de que uma E/S foi concluída. As APCs são enfileiradas para threads específicas e permitem ao sistema executar o código do sistema e do usuário dentro do contexto de um processo. As chamadas de procedimento adiadas (Deferred Procedure Calls DPCs) são usadas para postergar o processamento da interrupção. Depois de tratar de todos os processos de interrupção de dispositivos em bloco, a rotina de serviço de interrupção escalona o processamento restante enfileirando uma DPC. A execução de DPCs impede que as threads sejam escalonadas no processador atual e também evita que as APCs sinalizem o término da E/S. Isso é feito para as rotinas de DPC não utilizarem um tempo estendido para a conclusão. Exceções e Interrupções O despachante do kernel também fornece tratamento de interceptação (traphandler) para exceções e interrupções geradas por hardware ou software. O Windows XP define várias exceções independentes da arquitetura,incluindo: Violação de acesso à memória; Overflow de inteiros Divisão de Inteiro por zero; Instrução ilegal; Falta de alinhamento de dados; Violação de acesso; O despachante de exceções cria um registro de exceção contendo o motivo para a exceção e encontra um tratador de exceção para lidar com ela. Quando ocorre uma exceção no modo kernel, o despachante da exceção chama essa rotina para localizar o tratador da exceção. Se nenhum tratador for encontrado, um erro fatal do sistema ocorrerá e o usuário receberá a infame tela azul da morte, que significa falha do sistema. Gerenciador de Objetos O Windows XP utiliza um conjunto genérico de interfaces para gerenciar as entidades do modo kernel que são manipuladas pelos programas no modo usuário. O Windows XP chama essas entidades de objetos, e o componente do executivo que as manipula é o gerenciador de objetos. Cada processo possui uma tabela de objetos usados pelo processo. O código no modo 8

usuário acessa esses objetos usando um valor opaco, chamado descritor, que é retornado por muitas APIs. Os descritores de objeto também podem ser criados duplicando-se um descritor existente, seja pelo mesmo processo ou por um processo diferente. Alguns exemplos de objetos são semáforos, mutex, eventos, processos e threads. São todos objetos despachantes. As threads podem ser bloqueadas no despachante do kernel esperando que algum desse objetos seja sinalizado. Gerenciador de E/S O gerenciador de E/S é responsável pelos sistemas de arquivos, drivers de dispositivos e drivers de rede. Ele registra quais drivers de dispositivos, drivers de filtro e sistemas de arquivos estão carregados e também gerencia os buffers para requisições de E/S. Ele atua com o gerenciador VM para fornecer E/S de arquivo mapeada na memória e controla o gerenciador de cachê do Windows XP, que trata do caching para o sistema de E/S inteiro. O gerenciador de E/S é assíncrono. A E/S síncrona é fornecida esperando-se explicitamente até uma operação de E/S terminar. O gerenciador de E/S fornece vários modelos de término de E/S assíncrono, incluindo a configuração de eventos, entrega de APCs para as threads iniciando e uso de portas de término de E/S, que permitem que uma única thread processe términos de E/S de muitas outras threads. Ambiente Win32 O subsistema principal no Windows XP é o Win32. Ele executa aplicações API Win32 e controla toda a E/S de teclado, mouse e tela. Por ser o ambiente de controle. Ele é projetado para ser extremamente robusto. Vários recursos do Win32 contribuem para essa robustez. Ao contrário dos processos no ambiente Win16, cada processo API Win 32 possui sua própria fila de entrada do processo aproriado, de modo que um processo que falha não bloqueia a entrada para outros processos. O kernel do Windows XP também fornece multitarefa preemptiva, que permite ao usuário terminar aplicações que falharam ou que não são mais necessárias. O Win32 também valida todos os objetos antes de usá-los, para evitar falhas que, de outra forma, poderiam ocorrer se uma aplicação tentasse usar um descritor inválido ou errado. O subsistema API Win32 verifica o tipo do objeto que um descritor aponta antes de usar o objeto. As contagens de referencia mantidas pelo gerenciados de objetos impedem que os objetos sejam excluídos enquanto ainda estão sendo usados e impedem seu uso após terem sido excluídos. Subsistemas de logon e segurança Antes de um usuário poder acessar os objetos no Windows XPm esse usuário precisa ser autenticado pelo serviço de logon, o WINLOGON, O WINLOGON é responsável por responder a sequência de atenção segura (Crtl+Alt+Del). A sequencia de atenção segura é um mecanismo exigido para evitar que uma aplicação atue como um cavalo de tróia. Somente o WINLOGON pode interceptar essa sequencia para montar uma tela de logon, alterar senhas e trancar a estação de trabalho. Para ser autenticado, um usuário precisa ter uma conta e fornecer a senha para essa conta. Como alternativa, um usuário efetua o logon usando um 9

cartão inteligente e um número de identificação pessoal, sujeito ás políticas de segurança em vigor no domínio em particular. Sistema de arquivos Historicamente, os sistemas MS-DOS têm usado o sistema de arquivos da tabela de alocação de arquivos (File-AllocationTable FAT). O sistema de arquivos FAT de 16 bits possui várias limitações, incluindo a fragmentação interna, uma limitação de tamanho de 2 GB e uma flaha de proteção de acesso para arquivos. O sistema de arquivos FAT de 32 bits solucionou os problemas de tamanho e fragmentação, mas seu desempenho e recursos ainda são fracos em comparação com os sistemas de arquivos modernos. O sistema de arquivos NTFS é muito melhor. Ele foi projetado para incluir muitos recursos, incluindo recuperação de dados,segurança, tolerância a falha, arquivos e sistemas de arquivos grandes, múltiplos fluxos de dados, nomes UNICODE, arquivos esparsos, criptografia, diário, copias de sombra de volume e compactação de arquivos. Esquema interno do NTFS A entidade fundamental no NTFS é im volume. Um volume é criado pelo utilitário de gerenciamento de disco lógico do Windows XP e é baseado em uma partição de disco lógico. Um volume pode ocupar uma parte de um disco, pode ocupar um disco inteiro ou pode se espalhar por vários discos. O NTFS não lida com setores individuais de um disco, mas em vez disso utiliza clusters como a unidade de alocação de disco. Um cluster é uma série de setores de disco cuja quantidade é uma potencia de 2. O tamanho do cluster é configurado quando um sistema de arquivos NTFS é formatado. O tamanho de cluster padrão é o tamanho do setor para volumes de ate 512 MB, 1 KB para volumes de até 1 GB, 2KB para volume de até 2 GB e 4 KB para volumes maiores. Espelhamento de disco Um esquema ainda mais robusto é denominado espelhamento de disco (disk mirroring) ou RAID nível 1. Um mirror set (conjunto de espelhos) compreende duas partições de mesmo tamanho em dois discos. Quando uma aplicação escreve dados em um mirrorset,ftdisk escreve os dados nas duas partições. Se uma partição falhar, FTdisk possui outra cópia armazenada em segurança no espelho. Os mirrors sets também podem melhorar o desempenho, pois as requisições de leitura podem ser divididas entre os dois mirrors, dando a cada um, metade da carga de trabalho. Compactação e criptografia O NTFS pode realizar compactação de dados sobre arquivos individuais ou sobre todos os arquivos de dados em um diretório. Para compactar um arquivo, o NTFS divide os dados do 10

arquivo em unidades de compactação, que são locos de 16 clusters contíguos. Quando cada unidade de compactação é escrita,um algoritmo de compactação de dados é aplicado. Se o resultado couber em menos de 16 clusters, a versão de compactação é armazenada. Na leitura, o NTFS pode determinar se os dados foram compactados; se tiverem sido, o tamanho da unidade de compactação contíguas, o NTFS realiza a busca prévia e descompacta antes das requisições da aplicação. O NTFS aceita criptografia de arquivos. Arquivos individuais, ou diretórios inteiros, podem ser especificados para criptografia. O sistema de segurança gerencia as chaves utilizadas, e um serviço de recuperação de chave está disponível para recuperar chaves perdidas. Redes O Windows XP admite redes peer-to-peer e redes cliente-servidor. Ele também possui facilidades para gerenciamento de rede. Os componentes da rede no Windows XP fornecem transporte de dados, comunicação entre processos, compartilhamento de arquivos por uma rede e a capacidade de enviar tarefas de impressão para impressoras remotas. Protocolos O Windows XP implementa protocolos de transporte como drivers. Esses drivers podem ser carregados e descarregados do sistema dinamicamente, embora na prática o sistema tenha de ser reinicializado após uma mudança. O Windows XP vem com vários protocolos de rede. Bloco de mensagem do servidor O protocolo de bloco de mensagem do servidor (Server-Message-Block SMB) foi introduzido inicialmente no MS-DOS 3.1. O sistema usa o protocolo para enviar requisições de E/S pela rede. O protocolo SMB possui quatro tipos de mensagens. As mensagens sessioncontrol são comandos que iniciam e terminam uma conexão de redirecionador para um recurso compartilhado no servidor. Um redirecionador utiliza mensagens file para acessar arquivos no servidor. O sistema usa mensagens printer para enviar dados para uma fila de impressão remota e receber informações de status de volta, e a mensagem message é usada para a comunicação com outra estação de trabalho. O protocolo SMB foi publicado como sistema de arquivos comum da Internet (Common Internet File System CIFS) e é aceito em diversos sistemas operacionais. Winsock Winsock é a API de sockets do Windows XP. O winsock é uma interface da camada de sessão bastante compatível com sockets UNIX, mas tem algumas extensões do Windows XP acrescentadas. Ele fornece uma interface padronizada para muitos protocolos de transporte 11

que podem ter diferentes esquemas de endereçamento, de modo que qualquer aplicação Winsock pode executar em qualquer pilha de protocolo compatível com Winsock. Redirecionadores e servidores No Windows XP, uma aplicação pode usar a API de E/S do Windows XP para cessar arquivos a partir de um computador remoto como se fossem locais, desde que o computador remoto esteja executando um servidor CIFS, como o fornecido pelo Windows XP ou sistemas Windows anteriores. Um redirecionador é o objeto no cliente que encaminha requisições de E/S aos arquivos remotos, onde são satisfeitas por um servidor. Por desempenho e segurança, os redirecionadores e servidores executam no modo kernel. Gerência de processos No Windows XP, um processo é uma instância em execução de uma aplicação, e uma thread é uma unidade de código que pode ser agendada pelo sistema operacional. Assim, um processo contém uma ou mais threads. Um processo é iniciado quando algum outro processo chama a rotina CreateProcess(). Essa rotina carrega quaisquerdlls usadas pelo processo e cria uma thread primária. Threads adicionais podem ser criadas pela função CreateThread(). Cada thread é criada com sua própria pilha, cujo padrão é de 1 MB, a menos que seja especificado de outra forma em um argumento de CreateThread(). Regra de escalonamento Quando um usuário estiver executando em um programa interativo, o sistema precisa fornecer um desempenho especialmente bom para o processo. Por esse motivo, o Windows XP possui uma regra de escalonamento especial para os processos na Normal_Priority_Class. O Windows XP faz distinção entre processo de primeiro plano selecionado atualmente na tela e os processos de segundo plano que não estão selecionados atualmente. Quando um processo passa para o primeiro plano, o Windows XP aumenta o quantum de escalonamento por algum fator normalmente, por 3. Esse aumento dá ao processo de primeiro plano três vezes mais tempo para executar antes de ocorrer uma preempção de tempo compartilhado. Prioridades de thread Uma thread começa com uma prioridade inicial determinada por sua classe. A prioridade pode ser alterada pela função SetThreadPriority(). Essa função apanha um argumento que especifica uma prioridade relativa à prioridade de base de sua classe. Sincronismo de thread Uma thread pode ser criada em um estado suspenso: a thread não é executada até outra thread torná-la legível por meio da função ResumeThread(). A função SuspendThread() faz o contrário. Essas funções definem um contador, de modo que, se uma thread for suspensa duas vezes, ela precisa ser retomada duas vezes antes de poder executar. Para sincronizar o acesso 12

simultâneo aos objetos compartilhados pelas threads, o kernel fornece objetos de sincronismo, como semáforos e mutex. Armazenamento local a thread A quarta forma como as aplicações utilizam a memória é por meio de um mecanismo de armazenamento local à thread. As funções que contam com dados globais ou estáticos não funcionam bem em um ambiente multithread. Por exemplo, a função C em tempo de execução strtok() utiliza uma variável estática para registrar sua posição atual enquanto analisa uma string. Para duas threads concorrentes executarem strtok() corretamente, elas precisam de variáveis de posição atual separadas. O mecanismo de armazenamento local à thread aloca armazenamento global para cada thread. 4 RESULTADOS Com o Windows XP, a Microsoft une as características de seus sistemas operacionais domésticos como a segurança e a confiabilidade do Windows 2000 para criar um novo sistema operacional mais amigável e confiável. Previne a alteração ou remoção acidental de arquivos essenciais ao funcionamento do sistema operacional. Se o usuário apagar, por exemplo, arquivos DLL essenciais, segundos depois, eles voltam ao lugar. Ele fornece ferramentas para uma performance mais útil do PC e permite fechar programas inativos. Pode-se optar também por um mecanismo de relatório que melhor se adapte às suas necessidades específicas. O Windows XP é um local seguro para guardar suas configurações de usuário e senha para diversos serviços ou sites da rede. Você cadastra ali apenas uma vez e, quando precisar entrar em algum destes sites ou serviços, o Windows XP busca a senha necessária para você. 5 CONCLUSÃO A Microsoft projetou o Windows XP para ser um sistema operacional extensível e portável, capaz de tirar proveito de novas técnicas e hardware. O Windows XP admite vários ambientes operacionais e multiprocessamento simétrico, incluindo processadores de 32 bits e 64 bits, além de arquiteturas NUMA. O uso de objetos kernel para fornecer serviços básicos, além do suporte para computação cliente-servidor, permite que o Windows XP aceite uma grande variedade de ambientes de aplicação. O Windows XP funciona em uma grande variedade de computadores, de modo que os usuários podem escolher e atualizar o hardware de acordo com seus orçamentos e requisitos de desempenho, sem ter de mudar as aplicações com que trabalham. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SILBERSCHTZ, A; GAGNE, G. Sistemas Operacionais:Conceitos e Aplicações. Ed. Campus, 2º Ed., 2015. 13

TERRA NETWORKS BRASIL S.A. EspecialTecnologia. 2015. Disponível em: <http://www.terra.com.br/informatica/especial/windowsxp>. Acesso em: 25 maio. 2015. Para outros tipos de referências, consultar as normas da ABNT. 14

APÊNDICE A Título do apêndice Apêndices são documentos elaborados pelo(a) autor(a) deste trabalho. 15

ANEXO A Título do anexo Anexos são documentos não elaborados pelo(a) autor(a) deste trabalho. 16