Модель модифицированного микроядра

На Windows иногда ссылаются как на операционную систему на основе микроядра (microkernel-based operating system). Идея, лежащая в основе концепции микроядра, состоит в том, что все компоненты ОС за исключением небольшой основы (собственно, микроядра) исполняются как процессы пользовательского режима. Базовые компоненты в микроядре исполняются в привилегированном режиме.

Архитектура микроядра обеспечивает в системе возможность конфигурации и устойчивость к ошибкам. Поскольку подсистемы ОС типа Диспетчера Виртуальной Памяти исполняются как отдельные программы в архитектуре микроядра, их можно заменить различными реализациями, экспортирующими такой же интерфейс. Если в Диспетчере Виртуальной Памяти происходит ошибка, то, благодаря устойчивости к ошибкам в дизайне микроядра, операционная система может перезапустить его с минимальным воздействием на остальную систему.

Недостаток чистой архитектуры микроядра - низкая производительность. Любое взаимодействие между компонентами ОС при такой схеме нуждается в межпроцессном сообщении с длительными переключениями между задачами.

Windows использует уникальный подход, известный как модифицированное микроядро. Он является промежуточным между чистым микроядром и классической архитектурой.

При этом подходе в пользовательском режиме работают прикладные программы и набор подсистем, относящихся к одному из двух классов - подсистемы окружения и неотъемлемые подсистемы. Подсистемы и прикладные программы реализованы как процессы.

Подсистемы окружения предоставляют прикладным программам интерфейс программирования, специфичный для некоторых ОС (WIN32, POSIX, OS/2, DOS).

Неотъемлемые подсистемы исполняют важные функции ОС. Среди таких подсистем:

- подсистема безопасности;

- служба рабочей станции;

- служба сервера и др.

При выполнения задач, которые не могут быть выполнены в пользовательском режиме, все подсистемы ОС Windows полагаются на системные сервисы, экспортируемые режимом ядра. Эти сервисы известны как "родной" API (Native API). Такой API состоит примерно из 250 функций, доступных через модуль ntdll.dll.

Прикладная программа использует интерфейс программирования, предоставляемый какой-либо одной подсистемой окружения, либо использует напрямую собственный интерфейс программирования.

В режиме ядра работает Исполнительная система (Executive system). Она, сама по себе, является законченной ОС со своим интерфейсом программирования, как для пользовательского режима, так и для режима ядра.

Исполнительная система состоит из:

- набора подсистем,

- микроядра

- слоя абстрагирования от оборудования (HAL).

Подсистемы Исполнительной системы и Микроядро находятся в едином модуле - ntoskrnl.exe.

Слой Абстрагирования от Оборудования находится в модуле hal.dll. Все загруженные системой драйверы также являются частью исполнительной системы.

Каждый компонент исполнительной системы экспортирует набор функций для Использования другими компонентами. Кроме того, каждый компонент исполнительной системы, за исключением диспетчера Кэша и Слоя Абстрагирования от Оборудования, реализует набор системных сервисов.