aprile 2003
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L’architettura di Windows XP

 

Con questo numero di PC Open, inauguriamo un secondo corso di lezioni (dopo il progetto Webmaster) dedicato a Windows. L’obiettivo di questo percorso formativo è trasferire ai lettori le competenze e gli strumenti per capire a fondo i meccanismi di Windows. La prima delle sette lezioni è strutturata in tre capitoli.

In questo primo capitolo faremo una rapida escursione attraverso i blocchi di Windows XP e nei successivi esamineremo la sequenza di avvio (boot) del sistema e le procedure di installazione.
Non scenderemo troppo in dettaglio: le informazioni che presentiamo sono la base per capire e usare meglio XP e il trampolino per approfondimenti tramite altre pubblicazioni, libri e corsi.
In questa occasione non facciamo distinzione tra le versioni Home e Professional, che differiscono di poco, soprattutto nelle aree della sicurezza e del supporto NTFS, ma non nel kernel (nucleo) del sistema. Più avanti trovate comunque una tabella che riassume le differenze tra le due versioni di XP.

Come MS-DOS, Unix, Linux e Mac OS, per citarne solo alcuni, Windows è un sistema operativo, ovvero il software di base che permette al software applicativo di utilizzare le risorse hardware e software del computer. Un sistema operativo (OS) si occupa di compiti come la gestione della memoria, delle periferiche, degli utenti, dei programmi in esecuzione (generalmente strutturati in processi, thread - percorsi paralleli di esecuzione di un processo - e moduli di uso comune), dei file e directory, delle comunicazioni in rete e di quant’altro serve per consentire agli utenti un uso più facile e sicuro del sistema locale e delle risorse di rete.

Un moderno OS ha un’interfaccia grafica per facilitare l’interazione con gli utenti, è multiutente (più utenti possono eseguire programmi contemporaneamente), è multiprocessing (supporta più CPU), è multitasking (esegue più programmi contemporaneamente distribuendo equamente l’uso delle risorse) ed è multithreading (i processi, ovvero i programmi in esecuzione, possono essere suddivisi in sezioni - thread, o “fili” di esecuzione - eseguite simultaneamente per sfruttare meglio i processori e le altre risorse hardware. Windows XP risponde a questi criteri, anche se la versione Home è monoprocesore e la multiutenza è limitata all’esecuzione di applicazioni in sottofondo, visto che un solo utente alla volta utilizza mouse, tastiera e schermo.

Da NT a 2000 e a XP c’è stata un’evoluzione, con elementi comuni e importanti progressi. Per esempio, NT è ancora efficace per un server, ma l’assenza di Plug and Play (riconoscimento e configurazione automatica delle periferiche) e lo scarso supporto multimediale hanno limitato l’impiego di NT Workstation alle applicazioni da ufficio. Windows 2000 supporta il Plug and Play, ma è ancora piuttosto rigido e poco adatto per i giochi e le applicazioni non aziendali. Con XP l’architettura è al completo e ogni tipo di utente può finalmente abbandonare le versioni 9x e ME con le relative inefficienze, instabilità, fragilità e insicurezza.

Windows XP sfrutta alcuni dei meccanismi di protezione dei processori Intel; sulla scia di NT e 2000, la sicurezza è uno dei cardini del sistema operativo, quindi esiste un muro pressoché invalicabile che separa le applicazioni fidate, eseguite in kernel mode al massimo livello di protezione, da quelle non sicure, che vengono eseguite in user mode (bassa protezione).
Un altro principio architettonico è la struttura modulare di XP, composta da un complesso di file separati che agevolano aggiornamenti ed estensioni. Possiamo suddividere questi file, dal centro alla periferia, in quattro strati: nucleo, driver, servizi e utility.

Quattro strati

Una visione ultrasemplificata dell'architettura di Windows


Il nucleo comprende i file GDI.EXE, GDI32.EXE, KRNL386.EXE, KERNEL32.DLL, USER.EXE e USER32.DLL, contenuti nella directory System32; non è l’intero OS ma sono i moduli centrali, utilizzati da tutto il resto del sistema.

I device driver sono i moduli software che servono a XP per utilizzare i dispositivi hardware presenti nel sistema. Per ogni dispositivo vengono installati uno o più driver che garantiscono un funzionamento sicuro, anche in presenza degli accessi multipli tipici di un ambiente multitasking. I componenti hardware e i relativi driver sono visibili in Gestione Periferiche sotto Gestione computer. Come i moduli del nucleo, anche i driver sono eseguiti in kernel mode; possono causare il crash del sistema se, in assenza di un driver certificato da Microsoft per XP, insistete nell’installare un driver inadatto o difettoso.
In tal caso appare il classico schermo blu (chiamato familiarmente “blue screen of death” o BSOD) con il messaggio di errore.

I driver non interagiscono direttamente con i device bensì con uno strato intermedio, l’Hardware Abstraction Layer (HAL.DLL); infatti un driver in XP è svincolato dal tipo di macchina, per es. un PC di vecchio tipo, uno con supporto ACPI (Advanced Configuration and Power Interface, la specifica più recente per la gestione dell’energia e della configurazione dei dispositivi hardware), mono o multiprocessore, portatile. Durante il setup viene installato, tra gli HAL disponibili sul CD di XP, quello che il programma di installazione ritiene appropriato per il PC; quando il setup “sbaglia” (e XP non riparte), si può specificare manualmente il tipo di PC, come vedremo più avanti raccontando un’installazione “impossibile”.

I servizi sono applicazioni eseguite solitamente in background (senza interazione con l’utente) che implementano funzioni importanti (ma esterne al nucleo) del sistema operativo. Sono elencati in Strumenti di amministrazione, Servizi. La maggior parte dei servizi funziona in kernel mode.

Le utility sono applicazioni che permettono all’utente di interagire con il sistema operativo, tramite interfaccia grafica o, a volte, in modo testo. Esempi sono le Utility di sistema (per esempio System Information) che trovate sotto Programmi, Accessori, oppure Gestione disco che trovate sotto Gestione computer, Archiviazione. Le utility sono eseguite in user mode.

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Corsi Open Master
   
  Prima lezione:
  Architettura e installazione
1. L'architettura di Windows XP
  1. Applicazioni user mode
2. Differenze tra Home e Professional
3.

Sequenza di avvio

  1. Caricamento del kernel
4.

L'installazione di Windows XP

  1. Le fasi iniziali
  2. Nuova o aggiornata
  3. Installazione o verifica
  4. Installazione da Windows
  5. Riavvio in modalità testo
  6.

Scelta partizione e copia

  7.

Riavvio in modalità grafica

  8.
  9.
5.

Windows 98

  Seconda lezione:
  HW e troubleshooting
  Terza lezione:
  Manutenzione e riparazione
  Quarta lezione:
   Gestione applicazioni

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