Структура ядра
Ядро Windows NT состоит из двух ключевых компонентов: executive system – исполнительной системы (далее по тексту KERNEL), реализованной в файле ntoskrnl.exe, и библиотеки аппаратных абстракций – Hardware Abstraction Layer (сокращенного HAL), представленной файлом HAL.DLL. На самом деле, имена файлов могут быть любыми и в зависимости от типа ядра они варьируются в довольно широких пределах.
Исходная концепция построения Windows NT предполагала сосредоточить весь системно-зависимый код в HAL'е, используя его как фундамент для воздвижения системно-независимой исполнительной системы. Тогда для переноса ядра на новую платформу, было бы достаточно переписать один HAL, не трогая ничего остального (по крайней мере, теоретически). В действительности же, это требование так и не было выполнено и большое количество системно-зависимого кода просочилось в исполнительную систему, а HAL превратился в сплошное нагромождение неклассифицируемых функций, тесно переплетенных с исполнительной системой, так что двухуровневая схема организации ядра в настоящее время выглядит довольно условной.
Исполнительная система Windows NT реализует высокоуровневые функции управления основными ресурсами (как-то: памятью, файлами, процессами и потокам), в определенном смысле являясь операционной системой в миниатюре. Большинство этих функций слабо связаны с конструктивными особенностями конкретной аппаратуры. Они практически не меняются от одной исполнительной системе к другой и одинаково производительны (или непроизводительных) во всех ядрах.
Обособленная часть исполнительной системы, реализующая наиболее низкоуровневые операции и тесно взаимодействующая с библиотекой аппаратных абстракций, называется ядром (KERNEL). Большинство ядерных процедур предназначены для сугубо внутреннего использования и не экспортируются (хотя присутствуют в отладочных символах), а те что экспортируются обычно начинаются с префикса Ke (подпрограммы ядра) или Ki (обработка прерываний в ядре).
Это уже третье упоминание ядра, которое мы встречаем, что создает определенную путаницу. Давайте попробуем разложить образовавшийся терминологический кавардак по полочкам. На самом верхнем уровне абстракций ядром принято называть совокупность компонентов операционной системы, работающих на привилегированном кольце нулевого уровня. Спустившись пониже, мы увидим, что ядро отнюдь не монолитно и состоит как минимум из двух частей: собственно самого ядра и загружаемых драйверов. Ядро Windows NT реализовано в двух файлах: библиотеке аппаратных абстракций (по сути дела являющееся набором первичных драйверов) и исполнительной системе. Выбором исполнительной системы руководит ключ KERNEL файла boot.ini, поэтому многие ассоциируют ее с ядром, хотя это и не совсем верно, но не будем докапываться до столба, ведь фундамент исполнительной системы – тоже ядро. И это еще далеко не все! Подсистемы окружения (win32, POSIX, OS/2) имеют свои собственные ядра, сосредоточенные в прикладных библиотеках непривилегированного режима третьего кольца, и общаются с ядром Windows NT через специальную "прослойку", реализованные в файле NTDLL.DLL. Ядра подсистем окружения представляют собой сквозные переходники к ядру Windows NT и практически полностью абстрагированы от оборудования. Практически, но не совсем! Некоторая порция системно-зависимого кода присутствует и здесь. Многопроцессорные версии файлов NTDLL.DLL и KERNEL32.DLL для синхронизации потоков используют машинную команду LOCK. В однопроцессорных версиях она теряет смысл и заменяется на более быстродействующей командой NOP. Наверняка существуют и другие различия, но я такие специально не искал, поскольку их влияние на производительность системы незначительно.
Из всего этого зоопарка нас в первую очередь будет интересовать ядро исполнительной системы и HAL.
