Arhitektura-i-komponenty-OS-Windows-10 work

1.

Архитектура и
компоненты ОС:
Windows 10
Дисциплина: «Операционные системы»
Студенты: Несмиянов Артём Петрович и Стеблюк Никита Александрович
Группа: Р-242
Преподаватель: Фомина Евгения Алексеевна

2.

Windows 10:
Архитектурный Анализ
Данная презентация представляет собой глубокое погружение в
архитектуру операционной системы Windows 10, её ключевые
компоненты и принципы функционирования. Мы рассмотрим историю
создания, актуальность и детально проанализируем внутреннее
устройство, чтобы лучше понять, как эта ОС управляет ресурсами,
обеспечивает безопасность и взаимодействует с пользователем.

3.

Введение: История и Актуальность
Windows 10
Краткая историческая справка
Создатель: Microsoft Corporation.
Год выхода: 2015.
Основная философия: "Windows как сервис",
унификация для различных устройств (PC, планшеты,
смартфоны, Xbox One, HoloLens). Возвращение
классического меню "Пуск" и интеграция новых
технологий.
Windows 10 была разработана как универсальная платформа, призванная стереть границы между различными типами
устройств и предоставить пользователям единый, знакомый и постоянно обновляемый опыт. Это обеспечило ей широчайшее
распространение.

4.

Актуальность и Сфера Применения
Разработка и Образование
Домашние Пользователи
Корпоративный Сектор
Активно применяется разработчиками
Является доминирующей ОС для
Широко используется в бизнес-среде
и студентами за счёт богатого набора
домашних компьютеров, предлагая
благодаря развитой экосистеме
инструментов и поддержки различных
широкий спектр развлекательных и
приложений, мощным средствам
технологий.
продуктивных функций.
управления и безопасности.
Цель анализа — детально изучить внутреннее устройство Windows 10, понять принципы её работы и оценить её сильные и
слабые стороны как инженерного решения.

5.

Архитектурная Модель Windows 10: Гибридное Ядро
Windows 10 использует гибридную архитектуру ядра, сочетающую преимущества монолитных и микроядерных систем. Эта модель позволяет достичь
баланса между производительностью и модульностью.
Режим пользователя
Приложения и системные службы работают
изоляционно.
Режим ядра
Ядро обеспечивает управление ресурсами и
безопасность.
Драйверы
Взаимодействуют с оборудованием через ядро и
HAL.
HAL
Аппаратная абстракция обеспечивает
переносимость и доступ к оборудованию.
Преимущества
Недостатки
Высокая производительность.
Больший объём кода в ядре.
Лучшая совместимость с аппаратным обеспечением.
Потенциально большая поверхность атаки.
Развитая система драйверов.
Сложность отладки ядра.

6.

Управление Процессами
и Потоками
Процессы и Потоки
Процесс – это изолированная
Эффективный
Планировщик
среда для выполнения
Windows 10 применяет
приложения, включающая один
приоритетное вытесняющее
или несколько потоков. Потоки
планирование с адаптивными
служат фундаментальными
алгоритмами, обеспечивая
единицами планирования CPU.
высокую отзывчивость
системы, особенно для
интерактивных задач.
Механизмы IPC
Для межпроцессного взаимодействия используются ключевые
механизмы, такие как именованные каналы, сокеты, семафоры,
мьютексы и общая память.

7.

Управление Памятью и Файловая Система
Управление Памятью
Файловая Система
Основная ФС: NTFS (New Technology File System).
Особенности NTFS:
Виртуальная память: Каждый процесс имеет собственное виртуальное
адресное пространство. Система использует подкачку страниц (paging)
между оперативной памятью и файлом подкачки на диске.
Поддержка больших файлов и томов.
Менеджер памяти: Отвечает за выделение, освобождение и управление
Списки контроля доступа (ACL).
физической и виртуальной памятью, оптимизируя производительность и
Журналирование (journaling) для восстановления.
предотвращая конфликты.
Шифрование файлов (EFS).
Сжатие файлов и папок.

8.

Подсистема Ввода-Вывода и Безопасность
Подсистема Ввода-Вывода (I/O)
Архитектура драйверов: Windows Driver Model (WDM) и более новая Windows Driver Framework (WDF)
обеспечивают модульность и абстракцию аппаратного обеспечения. Менеджер устройств: Единый интерфейс для
управления и мониторинга подключенных устройств.
Безопасность и Защита
Модель разграничения доступа: Использует дискреционный контроль доступа (DAC) и мандатную модель
(например, UAC - User Account Control). Учётные записи и права: Каждый пользователь и процесс имеет свой
идентификатор безопасности (SID) и связанные с ним права доступа к объектам системы.

9.

Сетевой Стек и Пользовательский Интерфейс
Сетевой Стек ОС
Пользовательский Интерфейс (UI)
Реализация протоколов: Полная поддержка стека TCP/IP, включая IPv4 и
IPv6, а также множество сетевых служб (DNS, DHCP и др.).
Межсетевой экран: Встроенный Windows Defender Firewall обеспечивает
Графическая оболочка: Windows Shell (Explorer.exe) предоставляет
рабочий стол, меню "Пуск", панель задач и файловый менеджер.
Соотношение GUI и системы: Графическая оболочка работает в
фильтрацию сетевого трафика и защиту от несанкционированного
пользовательском режиме, взаимодействуя с базовой системой через API.
доступа.
Это обеспечивает стабильность и отказоустойчивость ядра.

10.

Сравнительный Анализ: Windows 10 vs.
Linux
1
Параметр
Windows 10
Linux
Архитектура
Гибридное ядро
Монолитное ядро (чаще всего)
Безопасность
DAC, UAC, Windows Defender
DAC, SELinux/AppArmor, iptables
Целевая аудитория
Домашние пользователи,
Серверы, разработчики,
корпорации
энтузиасты
Каждая ОС имеет свои сильные стороны и оптимизирована под различные сценарии использования. Windows 10 доминирует
на десктопах, в то время как Linux является основой большинства серверов и встраиваемых систем.

11.

Аппаратные Требования
Для стабильной и эффективной работы Windows 10 требуется определённый набор аппаратных ресурсов. Соблюдение этих
требований обеспечивает оптимальную производительность системы.
Процессор
ОЗУ
1 ГГц или быстрее, с поддержкой PAE, NX и SSE2.
1 ГБ для 32-бит, 2 ГБ для 64-бит версии ОС.
Место на Диске
Видеоадаптер
16 ГБ для 32-бит, 32 ГБ для 64-бит версии ОС.
Совместимый с DirectX 9 или более поздней версии с
драйвером WDDM 1.0.

12.

Игровые Возможности Windows 10
Windows 10 предлагает обширный набор функций, разработанных для улучшения игрового опыта, обеспечивая высокую
производительность и совместимость с современными игровыми технологиями.
DirectX 12 Ultimate
Интеграция с Xbox
Последняя версия графического API обеспечивает
Встроенное приложение Xbox, подписка Game Pass, а также
беспрецедентную производительность, трассировку лучей в
игровой оверлей для мгновенного доступа к социальным
реальном времени и Variable Rate Shading для
функциям и записи геймплея.
детализированной графики.
Игровой Режим
Поддержка VR/AR
Автоматически оптимизирует системные ресурсы,
Широкая совместимость с устройствами виртуальной и
перераспределяя их в пользу активной игры, чтобы
дополненной реальности, включая платформу Windows Mixed
обеспечить максимальную частоту кадров и отзывчивость.
Reality, для полного погружения.

13.

Частые Проблемы
Несмотря на свою широкую распространённость и функциональность, Windows 10 не лишена ряда системных и
пользовательских проблем, которые влияют на общий опыт.
Производительность и
Ресурсоёмкость
Вопросы Конфиденциальности
Высокий расход системных ресурсов, особенно
Microsoft вызывает озабоченность у многих
оперативной памяти и процессорного времени, может
пользователей относительно их конфиденциальности и
приводить к замедлению работы, особенно на менее
контроля над информацией.
Активный сбор телеметрии и пользовательских данных
мощных устройствах.
Нестабильность Обновлений
Встроенная Реклама и Приложения
Периодические проблемы с автоматическими
Наличие предустановленных приложений (bloatware) и
обновлениями, включая несовместимость драйверов,
рекламных уведомлений может негативно сказываться
сбои системы или ухудшение производительности
на пользовательском опыте и требовать
после их установки.
дополнительной настройки.

14.

Отличия Windows 10 от предыдущих версий
Windows 10 представила ряд существенных нововведений и изменений, отличающих её от предшественников, таких как Windows 7 и Windows 8.1, и
направленных на унификацию и модернизацию пользовательского опыта.
Универсальная платформа (UWP)
Возвращение и эволюция меню "Пуск"
Приложения, разработанные на Universal Windows Platform, работают
Объединение классического меню "Пуск" из Windows 7 с
на всех устройствах под управлением Windows 10, обеспечивая
динамическими "живыми плитками" из Windows 8 для быстрого
единообразный опыт на ПК, планшетах, смартфонах и Xbox.
доступа к приложениям и информации.
Виртуальные рабочие столы и Центр
уведомлений
Модель "Windows как услуга"
Расширенные возможности многозадачности с поддержкой
предоставляющие новые функции и исправления безопасности на
нескольких виртуальных рабочих столов через Task View и
постоянной основе, вместо крупных релизов новых версий.
централизованный Центр уведомлений для всех системных
оповещений.
Переход на регулярные накопительные обновления,

15.

Отличия Windows 11 от
Windows 10
Windows 11 представляет собой значительное обновление, принесшее не только
визуальные изменения, но и новые функциональные возможности, отличающие
ее от Windows 10.
Переработанный Интерфейс
Центрированное меню «Пуск», закругленные углы окон и новая
Усиленные Требования к Аппаратному
Обеспечению
эстетика «Mica» создают более современный и лаконичный
Для Windows 11 обязательны TPM 2.0, Secure Boot и более
пользовательский опыт.
новые поколения процессоров, что повышает безопасность и
производительность системы.
Интеграция Android-приложений
Новые Функции Производительности
Возможность запускать Android-приложения через Amazon
Включает такие игровые технологии, как DirectStorage и Auto
Appstore расширяет экосистему доступного ПО.
HDR, а также улучшенное управление окнами с функцией Snap
Layouts и Snap Groups.

16.

Заключение и Перспективы Развития
Сильные Стороны
Слабые Стороны
Перспективы Развития
Высокая совместимость, удобный
Потенциальные проблемы
Продолжение концепции "Windows
UI, обширная экосистема
конфиденциальности,
как сервис", улучшение
приложений, интеграция с
ресурсоёмкость, закрытый
безопасности, интеграция ИИ,
облачными сервисами Microsoft.
исходный код ядра.
развитие гибридных и облачных
технологий.
Список использованных источников
Официальная документация Microsoft Learn.
Tanenbaum, A. S., & Bos, H. (2015). Modern Operating Systems (4th ed.). Pearson.
Russinovich, M. E., Solomon, D. A., & Ionescu, A. (2012). Windows Internals, Part 1 & 2 (6th ed.). Microsoft Press.
Хабровский, А. А. (2020). Операционные системы (учебное пособие). Издательство "Лань".

17.

Ключевые Итоги Windows 10
Windows 10, будучи одним из самых распространённых операционных систем в мире, сформировала уникальный баланс между инновациями и
стабильностью, оставив значительный след в эволюции пользовательских ОС.
Унификация и Адаптивность
Высокая Производительность для
Игр
Windows 10 успешно объединила опыт
С такими технологиями, как DirectX 12 Ultimate и
использования на различных устройствах, от ПК до
глубокая интеграция с Xbox, система стала
планшетов, благодаря универсальной платформе и
эталоном для игровых платформ, обеспечивая
адаптивному интерфейсу.
передовой опыт.
Модель "Сервис" и Безопасность
Потенциальные Вызовы
Несмотря на преимущества, вопросы
конфиденциальности, ресурсоёмкость и
периодическая нестабильность обновлений
остаются областями для улучшения.
Модель безопасности Windows 10, основанная на
постоянных обновлениях и расширенных
функциях, обеспечивала надёжную защиту. Однако,
с окончанием основной поддержки и
прекращением регулярных обновлений
безопасности, поддержание безопасной среды
становится ответственностью пользователя.