itmo_conspects

Администрирование в ОС Windows

На этом курсе будут рассматриваться технологии, инструменты, использующиеся в Windows Server, а также архитектура системы

Лекция 1. История Windows и общая характеристика

Ситуация на рынке

Сейчас лидирующее положение среди операционных систем на персональных компьютерах занимает Microsoft Windows

В серверах же преобладает ОС Linux, доля Windows составляет около 20%. При этом ОС Windows не популярна как платформа для веб-серверов (примерно 8% сайтов используют Windows) и суперкомпьютеров

Несмотря на это, около половину заработка компании Microsoft составляет облачные услуги и офисные продукты. Облачная платформа Microsoft Azure принесла более 100 млрд долларов за 2026 финансовый год, что составляет около 30% от прибыли компании. Сейчас Microsoft Azure на рынке облачных услуг уступает только Amazon Web Services

Ключевой технологией является Windows Server, которая используется:

Помимо Azure и Windows Server экосистема Microsoft включает:

История Windows

Историю Microsoft можно разделить на 3 эпохи:

Предпосылками создания компании были желанием IBM выйти на рынок персональных компьютеров и Билла Гейтса заработать на ПО. IBM нуждалась в простенькой операционной системе, которая использовалась бы на аппаратном обеспечении IBM. До этого Microsoft разработали интерпретаторы языков BASIC, FORTRAN, COBOL и форк ОС Unix - Xenix

Первой версией стала MS-DOS (от MicroSoft Disk Operating System), выпущенная в 1981 году и основанная на выкупленной 86-DOS у Seattle Computer Products. MS-DOS имела только интерфейс консольной строки:

MS-DOS

В 1985 году вышла Windows 1.0, которая представляла графическую оболочку и набор приложений для MS-DOS. В 1987 году Windows 2.0, а в 1993 году вышла Windows 3.11 for Workgroups, в которой появился интегрированный сетевой стек

Windows 3.11

Параллельно с развитием MS-DOS компании IBM и Microsoft совместно разрабатывали операционную систему OS/2. В 1991 году Microsoft прекращает участие, а наработки использует для создания ядра Windows NT (от New Technology). Новое ядро получило поддержку многопоточности, работы со множеством пользователей, 32-битной адресации, собственной файловой системы NTFS (New Technology File System) и стало архитектурнонезависимым

В 1993 году выходит Windows NT 3.1 для серверов и рабочих станций. В 1994 году появляется Windows NT 3.5, которая получила сертификат безопасности C2, определенный Критериями определения безопасности компьютерных систем (так называемая “Оранжевая книга”)

Параллельно с этим выходят Windows 95 и Windows 98, развивающую основную ветвь Windows. В Windows 95 графическая подсистема полностью встраивается в ядро ОС, а MS-DOS при этом продолжала использоваться для загрузки и обеспечения совместимости со старым ПО

Windows 95

Далее:

История версий Windows

Сейчас операционные системы Windows для ПК и Windows Server используют одно ядро, однако серверные ОС отличаются набором компонентов. На 2026 году поддерживаются Windows Server 2016 (до января 2027), Windows Server 2019 (до января 2029), Windows Server 2022 (до октября 2031) и Windows Server 2025 (до ноября 2034)

Издания Windows Server

Как и обычная версия Windows, которая издается в изданиях “Домашняя” (Home), “Профессиональная” (Pro) и “Корпоративная” (Enterprise), отличающиеся функционалом, Windows Server издается в нескольких редакциях:

Устаревшие редакции включают:

Отдельно существует сервис Windows 365 Cloud PC - облачная настольная среда в Azure, доступная по сети

Также Windows Server имеет несколько вариантов установки:

Отдельно существовал Minimal Server Interface в старых версиях Windows Server, начиная с Windows Server 2012, но в современных версиях отдельным вариантом установки не является

Характеристика ОС

Операционная система - это слой абстракции между пользователем, программным обеспечением и аппаратным обеспечением

Операционная система решает такие задачи:

Windows является гибридной операционной системой нереального времени (которая делает приоритетом максимальную пропускную способность вместо гарантированного времени отклика) с вытесняющей многозадачностью

В отличии от Linux система Windows:

Лекция 2. Архитектура, управление и конфигурация Windows

Windows, как и другие операционные системы, представляет собой слой абстракции между программным обеспечение и устройством, на котором обеспечение запускается

Архитектура Windows

Изначально, проект Multics, прародитель Unix, ставил цель сделать ОС для многих пользователей, поэтому в Multics было 8 колец защиты (или привилегий). Кольцо 0 было наиболее привилегированным и использовалось для ядра или супервизора системы, а остальные 7 колец использовались для других подсистем, служб супервизора и пользовательских приложений. Чем больше номер кольца, тем менее возможностей взаимодействия с устройствами ПК имел процесс

Операционная система Windows же разрабатывалась для IBM-PC-совместимых компьютеров, то есть компьютеров с процессором архитектуры x86. Компания Intel, разработавшая архитектуру x86 и процессор Intel 80286, аппаратно реализовала 4 кольца привилегий в процессоре:

Процессор знает, в каком кольце исполняется текущий код благодаря машинному регистру, отвечающему за это, из-за чего понимал, что делать, если инструкция обращается к памяти чужого процесса или выполняемая инструкция неправильная

На практике ранние версии Windows (3.x, 95, 98 и Millennium Edition) использовали 2 кольца - 0 и 3. Затем при создании Windows NT учитывалось, что операционная система будет работать на процессорах не только архитектуры x86, но MIPS, Alpha и PowerPC, которые имеют только 2 кольца привилегий: привилегированный и пользовательский режимы. Также, Поэтому кольца 1 и 2 в системе Windows (как и в других системах, таких как Linux и macOS) не используются


Современное ядро Windows NT имеет гибридную архитектуру, хотя изначально OS/2 планировалась как система с микроядерной архитектурой. Из-за этого некоторые существенные компоненты работают в пользовательском режиме

Архитектура Windows

В пользовательском режиме работают:

Отличия пользовательских приложений и процесс служб от системных процессов и подсистем окружения являются в использовании разных интерфейсов:

В режим ядра работают:

Отдельно уровнем ниже существует гипервизор, который состоит из нескольких внутренних уровней и служб: собственный диспетчер памяти, планировщик виртуальных процессов, управление прерываниями и таймером, функции синхронизации, разделы (экземпляры виртуальных машин), внутрипроцессные коммуникации (IPC, Inter-Process Communication) и другое


Сейчас Windows 11 работает на процессорах с архитектурой x86-64 и ARM64. Версии с Windows 95 по Windows 10 поддерживают 32-битные процессоры архитектуры x86. Отдельная версия Windows RT (основанная на Windows 8 и 8.1) поддерживает процессоры архитектуры ARM32 (в том числе отдельные системы на чипе из семейства Nvidia Tegra). Ранние версии Windows работала на процессорах с архитектурой Itanium, DEC Alpha, PowerPC, MIPS

Сама система Windows написана на языках C, C++ и на языке ассемблера. Независимость от архитектуры в Windows обеспечивается изменение машинно-зависимых модулей и ядра

Ядро Windows поддерживает симметричную мультипроцессорность, то есть потоки процесса исполняются на любых ядрах с общей памятью, а также многоядерные, гиперпотоковые (Hyper-Threading) процессоры и технологию доступа к неоднородной памяти NUMA (Non-Uniform Memory Architecture) для систем с несколькими процессорами (память в NUMA разделяется NUMA-группы, которые распределяются отдельным процессорам)

Также Windows имеет ограничения до 64 физических процессоров (при этом неограниченное число логических ядер) и до 20 сокетов NUMA

Управление

Операционная система Windows Server может управляться с помощью таких инструментов:

Файловая структура

Windows имеет стандартную структуру каталогов:

Каталоги Windows, Recovery и файл Hiberfil.sys обязаны находится на системного разделе диска, а Program Files, ProgramData и Users могут находится вне, но через костыли

Конфигурация

Конфигурация Windows хранится в конфигурационных файлах разных форматов (.ini, .xml, .json, .conf) и в реестре

Реестр Windows - это набор бинарных файлов для хранения конфигурации в виде дерева

Преимущества:

Недостатки:

Реестр хранит значения этих типов:

Реестр также поддерживает ACL (Access Control List) - список управления доступом, который определяет, какие пользователи или группы имеют права на чтение, запись, изменение или удаление конкретных разделов и параметров в реестре

Значения в реестре разбиты на несколько основных веток:

Сам реестр хранится во множестве файлов. Расположение основных веток:

Также каталог %SystemRoot%\System32\config\RegBak применяется для бекапа реестра

Для изменения реестра существуют:

Установка компонентов

Управление компонентами осуществляется через:

Системный службы

Службы могут быть:

Для служб в реестре есть поля:

Служба в реестре