WINDOWS SERVER 2003 MİMARİSİNİN ANLAŞILMASI

Bir işletim sisteminin nasıl çalıştığının anlaşılması, bir arabanın nasıl çalıştığının anlaşılması kadar zordur.Tabii ki detayları bilmeseniz de, arabayı kullanarak bir yerden başka bir yere gidebilirsiniz.Fakat yolda giderken arabada bir arıza meydana gelirse, arabayı alıp tamirciye götürürsünüz ve gerekli tamirat ile ilgili detayları araba tamircisine bırakırsınız.Tamirci size arabanızın yağınının ve tekerleklerin havasının düzenli olarak control edilmesi gerektiğini ya da bujinin aşırı pislenmeye maruz kaldığını bildirir.Siz de bu talimatları dikkate alarak bundan sonra arabanızın bakımında daha itinalı davranırsınız.Kısacası arabaya kendiniz servis yapmaya başlarsınız.

Aynı şeyleri işletim sistemi için de söyleyebiliriz.Tabii ki işletim sisteminin bakımı ve kullanımı bir arabanın bakımı ve kullanımına göre çok daha zor ve karmaşıktır.İşletim sisteminin çekirdek yapısı (Operating System Kernel), dosya sistemi, ve işletim sistemininin CPU’yu, RAM’i, diğer donanımları nasıl kullandığının iyi anlaşılması durumunda, bilgisayarın yönetimi de daha kolaylıkla yapılabilir.

İŞLETİM SİSTEMİ MODLARI

Windows 2003 modüler, komponent tabanlı bir işletim sistemidir.İşletim sistemi içerisindeki tüm objeler arka planda çalışan ve bütün objelere fonksiyonellik kazandıran ve servis veren arabirimleri meydana getirirler.Bu komponentler spesifik işletim sistemi görevlerini yerine getirmek için birlikte çalışırlar.

Windows 2003 mimarisi iki önemli tabakaya ayrılıyor:User Mode(Kullanıcı Modu) ve Kernel Mode(Çekirdek Modu).

NOT:Sistem mimarisi temel olarak Windows 2003’ün Standard,Enterprise,Datacenter ve Web sürümlerinde aynıdır.

USER MODE:

Windows 2003 user mode tabakası, hem Microsoft hem de üçüncü parti yazılımlar için tipik bir uygulama desteği veren tabakadır.User Mode, iki alt katman içerir.Bunlar :

Environmental subsystem(Çevresel Altsistemler)
Integral subsystem(Entegral Alt Sistemler)

Bütün uygulamalar ve servisler user mode tabakasında yüklenir.

Resim 2.1:Windows Server 2003 sistem mimarisi

Çevresel Alt Sistemler(Environment Subsystem)

Environment Subsystem, Windows 2003’ün farklı işletim sistemleri için yazılmış programları çalıştırabilmesini sağlar. Bu alt sistem sayesinde, çeşitli API’ler (application programming interface) kullanılarak uygulamaların Windows 2003 işletim sistemine entegrasyonu sağlanmış olur. Environment subsystem uygulamanın ihtiyaç duyduğu API’yi çağırır ve bunu Windows 2003 işletim sistemini anlayacağı dile dönüştürür, daha sonra da çevrilen API’yi kernel modda çalışan Executive (Yönetici) komponent veya servislere gönderir.

Bu alt sistemler Windows 2003 ile gelen yeni sistemler değildir ve Windows NT işletim sisteminden bu yana her geçen yıl daha da geliştirilmişlerdir.Bazı durum ve haller göstermektedir ki, uygulamalar Windows 2003 üzerinde çok daha hızlı çalışmaktadırlar.Diğer bir taraftan Windows 2003 uygulamalara çok daha güvenli bir ortam sunmaktadır.Windows 2003, server bilgisayarının sağlamlılığını ve sürekliliğini etkilemeden, normalde DOS’da çalışan bir bilgisayarı çökertebilecek DOS uygulamalarını sonlandırabilmektedir.Aşağıda Windows 2003 ortamındaki uygulama alt sistemlerini göreceksiniz:

Windows 2003 içerisindeki Environment Subsystem içerisindeki servisler:

Windows 2003 Win32(32 bit)
Posix
OS/2

Windows 2003 Win32 (32 bit): Win32 tabanları uygulamaları çalıştırır ve kontrol eder.Ayrıca, Win16 ve Microsoft MS-DOS tabanlı uygulamalara ortam sağlar.Win32 uygulamaları çalışma esnasında, hafızada farklı adres alanını kullanırlar.Eğer aynı anda çalışan Win32 uygulamalardan bir tanesi kilitlenirse, bu diğer Win32 tabanlı uygulamaları etkilemez.Dolayısıyla, sadece kilitlenen uygulama sonlandırılır, diğerleri aynen çalışmaya devam ederler.Win16 uygulamaları, çalışma esnasında aynı adres alanını kullanırlar.Bundan dolayı, çalışan uygulamalardan bir tanesi kilitlenirse, aynı adres alanında çalışan bütün uygulamaları kilitlenecektir.Win32 tabanlı uygulamalar, Windows 95 işletim sistemi ve ondan sonraki Windows versiyonlarında desteklenmektedir.16 bitlik uygulamalar ise Windows 3.X(Windows 3.1,Windows NT 3.5, Windows NT 3.51) ve MS-DOS tabanlı işletim sistemleri tarafından desteklenmektedir. 16 bitlik uygulamalar, hem 16 bitlik MS-DOS ortamında hem de 32 bitlik grafiksel ortamda çalıştırılabilirler.32 bitlik uygulamalar ise, sadece grafiksel ortamda çalıştırılabilirler.

16 bitlik uygulamalar Windows 2003 ortamında Start.exe komutu ile de çalıştırılabilirler.Örneğin;

Start.exe cmd.exe
Start.exe /separate wordpad.exe

NOT: /separate parametresi 16 bitlik uygulamaların ayrı hafıza alanlarında çalışmasını sağlar.Bu parametre ile, 16 bitlik uygulamalar farklı adres alanlarında çalışacağı için, birbirlerini de etkilemeyeceklerdir.

POSIX:Posix tabanlı uygulamalar için gerekli API’leri sağlar.POSIX, IEEE(International Electrical and Electronics Engineers) tarafından geliştirilmiş portable işletim sistemi arabirim standardıdır.Böylece, uygulamaların farklı platformlarda çalışması sağlanmış olur.

Environment subsystemler ve uygulamalar doğrudan donanıma veya aygıt sürücülerine erişemezler.Sadece atanmış adres alanı ile sınırlandırılmışlardır.

Environment subsystem sayesinde, sistemin hafıza(memory) ihtiyacı olduğunda, hardisk alanının hafıza olarak kullanılması da sağlanmış olur.Hafıza alanı olarak kullanılan disk alanına sanal hafıza(virtual memory) adı verilir.Ayrıca, buradaki işlemlerin işletilme önceliği kernel moddaki işlemlerden daha düşüktür.Bundan dolayı, CPU’yu kullanma ve CPU’ya erişim aralıkları da daha azdır.

NOT:Microsoft Windows 2003 Enterprise Server ve Windows 2003 Datacenter Server’ın EMA(Enterprise Memory Architecture) sayesinde, üzerlerinde çalışan uygulamaların daha fazla memory alanını kullanılabilmeleri sağlanarak, performansları artırılmıştır.

OS/2: 16 bitlik OS/2 uygulamalarına destek vermeyi sağlar(Özellikle Microsoft OS/2 işletim sistemi gibi).

Integral Subsystem
Temel işletim sistemi fonksiyonlarının görüldüğü alt sistemdir.Üç birimden oluşur.
Security
Workstation Service
Server Service

Security bölümü, kullanıcılara verilmiş hak ve izinlerle ilgili jetonların (Token) oluşturulmasını sağlar.Security bölümü, kullanıcı logon isteklerini kabul eder ve logon kimlik denetimini başlatır.Ayrıca, izleme(audit) yapılacak sistem kaynaklarının da denetimini yapar.

Workstation servis, amaç olarak server servisine benzer bir kullanıma sahiptir.Workstation servisi, network redirector servisine erişimi sağlayan API’yi temin eden network servisidir.Bu servis sayesinde bir Windows 2003 bilgisayarının network erişimi de sağlanmış olur.

NOT:Network Redirector servisi, bilgisayarınızın diğer bilgisayarlara ve işletim sistemlerine erişimini sağlayan servistir.

Server servis , network server’ ına erişimi sağlayan API’ yi temin eden network servisidir.Bir Windows 2003 bilgisayarının network kaynaklarını başkalarına açmasını sağlar.Bütün network servisleri bu servisin altında çalışırlar.

Bütün bu sözü edilen servislere Administrative Tools içerisindeki Services’den erişerek gerekli kontrolleri yapabilirsiniz.

Kernel Mode:

Sistem bilgilerine ve donanımına erişimin sağlandığı tabakadır.Doğrudan hafızaya(memory) erişimi sağlayarak , korumalı hafıza alanında uygulamaların çalıştırılmasını sağlar.

Kernel mod, hangi kodun ne zaman çalıştırılacağına karar verir.Donanım veya yazılımların çalıştırılma önceliğine de karar veren tabakadır.İçerdiği komponentler:

Windows 2003 Executive tabakası
HAL(Hardware Abstraction Layer) tabakası
Kernel mod sürücüleri

Windows 2003 Executive

Executive, Windows 2003 içerisindeki tüm yönetimsel servislerin toplamına verilen bir isimdir.I/O(Input/Output) ve güvenliği de içeren nesne yönetimini gerçekleştirir. Şimdi de Executive tabakası içerisindeki yönetici servisleri inceleyelim.

I/O Manager :Veri girişlerinin yönetimini ve çıkış aygıtlarına(output device) dağıtılmasını kontrol eder.




I/O Manager içerisindeki komponentler ;

File Systems(Dosya Sistemleri):I/O isteklerini alır ve onları aygıtların işleyeceği dile dönüştürür.Bu sistemi yöneten sürücüler, Network Redirector ve Network Server sürücüleridir.

Device Drivers(Aygıt Sürücüleri):Donanımların, yapılan girişleri kabul etmesi, çıkışları üretmesini sağlayan aygıt sürücüleridir.
Cache Manager:Disk okumalarını sistem hafızasında tutarak, disk I/O’sunu artırır.Ayrıca verileri cache’e alarak yazma performansını da artırır.

Security Referans Monitor:Lokal bilgisayar üzerinde güvenlik policy’lerini kontrol eder ve uygular.

Interprocess Comunication Manager(IPC): Client ve server’lar arası haberleşme yönetimini sağlar.IPC Manager, çevresel altsistemler(environmental subsystem) ile ile executive arasındaki haberleşmeyi yönetir.

Altsistemler(Subsystems) istekte bulunan bir client’ı , Yönetici Servisler(executive) de bu isteğe cevap veren server’ı temsil eder.IPC Manager, içerisinde iki komponenti içerir:

LPC(Local Procedure Call)
RPC(Remote Procedure Call)

LPC(Local Procedure Call), client ve server aynı makinede çalışıyor iken haberleşme yönetimini yapan servis.

RPC(Remote Procedure Call), client ve server ayrı makinelerde çalıştıkları anda haberleşme yönetimini sağlayan servis.

VMM(Virtual Memory Manager):Virtual memory’nin (sanal bellek ) işletilmesi ve kontrolünü sağlar.Hard disk alanını fiziksel RAM alanı gibi kullanmayı sağlar.Bu sayede, verilerin RAM yetersizliği durumunda RAM yerine hard disk alanına yazılması ve hard disk alanından okunmasını da sağlar.

Process Manager:Process’lerin ve parçacıkların (thread) oluşturulması ve sonlandırılmasını sağlar.Process bir program veya programın parçalarına verilen isimdir.Thread ise program içerisindeki komut seti parçalarıdır.Process manager ile çalışan thread’ler durdurulabilir ve yeniden başlatılabilir.Process Manager, process ve threadlerle ilgili bilgilerin depolandığı yönetici servistir.

Plug and Play Manager(PnP):Tak ve Çalıştır(Plug & Play) sürecinin kontrolünü sağlar.Bilgisayarın açılışı esnasındaki Plug&Play aktivitelerini kontrol eder.Ayrıca, aygıtların tanıtılması ve kaldırılmasını da kontrol eder.

Power Manager:Güç yönetimi API’lerinin kontrolüne, güç olaylarının koordine edilmesine ve ne zaman güç harcamasının azaltılacağına karar veren servistir.

Windows Manager:Pencere görünümlerini kontrol eder ve ekran çıktılarını yönetir.Ayrıca mouse ve klavyeden yapılan giriş çıkış datalarını tutar.

GDI(Graphical Device Interface):Çizim veya kopyalama grafikleri için gerekli olan fonksiyonları içerir.

Object Manager:Process, thread ve data stucture gibi işletim sistemi kaynaklarını temsil eden objeleri oluşturur,yönetir ve siler.

Bütün bu anlatılan komponentlere ilave olarak Windows 2003 kernel modun diğer üç çekirdek komponenti vardır.Bunlar: Device Drivers,Microkernel, Hardware Abstraction Layer (HAL).

Hardware Abstraction Layer(HAL):HAL, Windows 2003 işletim sistemini farklı donanım mimarisinde çalışabilmesini sağlayan donanım arabirimi detaylarını tutar.

Hal, I/O arabirimleri,Interrupt kontrolleri ve çoklu işlemcili haberleşme mekanizmalarını tutan donanım kodlarını içerir.Bu layer, Windows 2003’ün hem Intel tabanlı hem de Alpha tabanlı sistemler üzerinde çalışması için tasarlanmıştır.
Hal; bir DLL olarak işletilip, hardware veya platformdan bağımsız işletilmektedir.

Device Drivers :Device Direvers, kernel mode driverlarının orta seviyesinde işletilirler.WDM, USB ve IEEE1394 arabirimlerinin haberleşmesinin çekirdek(core) teknolojisini oluşturur. Birbirine benzeyen donanım aygıtlarının ortak çalışmasını sağlayan bir sürücü modelidir.Bu komponent sayesinde, driver developerlar(sürücü yazılımcıları) genellikle donanım ile doğrudan haberleşecek, küçük çapta kod parçaları(miniports) ile ortak işlemler için uygun class driverlar’ı çağrılarak haberleşme sağlanmış olur.

Microkernel:İşletim sisteminin çekirdek komponentidir.(Hatta işletim sisteminin kendisidir.)Mikroişlemciye gönderilen çok sayıda işlem komutlarının(process thread) yönetim görevlerini yerine getirir.Bunlar, komut programlama(thread scheduling), çokgörevlilik(multitasking), vb. İşlemlerdir.Windows 2003 Microkernel preemptive olarak çalışır, yani temel olarak komut parçacıkları yarıda kesilebilir ya da yeniden programlanabilir.