Ukazky... 16 Zdroje:... 17

1 Contents BIOS... 3 Co je BIOS... 3 Funkce BIOSu... 3 Nastavení konfigurace z CMOS... 3 Autonomní test systému (POST)... 3 Následující kroky... 4 Konfigurace Biosu... 4 Standard CMOS Setup (Standard CMOS Features, Main) - Standardní nastavení... 4 Advanced BIOS Features (BIOS Features Setup, Boot) Pokročilé nastavení... 4 Advanced Chipset Features (Chipset Features Setup, Advanced) - Pokročilé nastavení chipsetu... 4 Power Management Setup (Power) Nastavení energií... 5 Integrated Peripherials (Advanced) Integrované periferní zařízení... 5 Operační systém Microsoft Windows... 6 Výhody používání OS Windows... 6 Omezení OS Windows... 6 Historie OS Windows... 6 verze 1.0 až 2.0... 7 verze 3.0 až 3.11... 7 Windows 95... 7 Windows 98... 7 Windows 98SE... 7 Windows NT... 8 Windows 2000 (NT 5.0)... 8 Windows XP... 8 Windows Vista... 8 Windows 7... 9 Windows 8... 9 Architektura OS Windows (NT)... 10 Struktura OS Windows NT... 11 1

2 Systémové procesy... 11 Služby... 11 Aplikace... 11 DLL knihovny... 11 Jádro OS... 12 Exekutiva... 12 Kernel... 12 Ovladače zařízení... 12 hardwarová abstrakční vrstva HAL... 12 grafika a GUI... 12 Procesy a vlákna... 12 Ovladače... 12 Instalace ovladačů... 12 Priority (IRQL)... 13 PASSIVE_LEVEL... 13 DISPATCH_LEVEL... 13 DIRQL... 13 Objekty jádra... 13 Důležité struktury systému Windows... 13 Tabulka interních služeb systému SSDT (System Service Descriptor Table)... 13 Tabulka vektorů přerušení IDT (Interrupt Descriptor Table)... 14 RAID... 15 RAID-0... 15 RAID-1... 15 RAID-4... 15 RAID-5... 16 RAID-6... 16 Ukazky... 16 Zdroje:... 17 2

3 BIOS Co je BIOS BIOS (Basic Input Ouput Systém) Základní vstupně výstupní systém, implementuje základní vstupně výstupní funkce. Tvoří rozhraní mezi hw a vyššími vrstvami programového vybavení, jde vlastně o firmware. V současné době se používá zejména pro inicializaci a konfiguraci připojených zařízení při startu počítače a následné zavedení OS, kterému poté BIOS předá řízení. Programový kód BIOSu je uložen na základní desce ve stálé paměti typu ROM, EEPROM nebo flash paměti s možností aktualizace (upgrade). Funkce BIOSu Nastaví konfiguraci počítače z CMOS paměti provádí úvodní autonomní test po spuštění počítače POST test, poruchy hlásí inicializuje periferie nainstaluje obslužné rutiny přerušení BIOSu umožňuje nastavit základní parametry počítače zavádí operační systém poskytuje operačnímu sytému prostředky pro realizaci víceúrovňového prostředí Nastavení konfigurace z CMOS CMOS je paměť zálohovaná z baterie a tudíž nezávislá na napájení počítače. Nastavení biosu může být chybné pokud baterie přestala dodávat elektrický proud. Autonomní test systému (POST) Ověřuje provozuschopnost celého systému. Kontroluje se: mikroprocesor ROM Biosu prvních 64kB paměti (tu pak používá jako pracovní oblast funkce systémového řadiče, řadiče paměti a řadiče I/O obvodů periferní obvody na základní desce desky grafického adaptéru Po dobu těchto testů neprovádí BIOS žádné hlášení. Pokud se vyskytne chyba je uživatel informování o ní pípnutím. Následuje zobrazení hlášení o verzi Biosu a autorských právech. testuje a zjišťuje velikost paměti, kterou pak zobrazí v hlášení jednotlivé periférie připojené k počítači klávesnice porty řadič HDD 3

4 Pokud odhalí chybu při těchto testech zobrazí odpovídající hlášení. Následující kroky Po POSTu následuje inicializace periferních zařízení instalace obslužných rutin jsou prohledány připojené desky zda neobsahují vlastní Bios a jestli ano předá mu řízení, aby mohl provést inicializaci a přesměrovat vektory přerušení volání přerušení, které natáhne a spustí zavaděč operačního systému Konfigurace Biosu Upozorňuju že nastavení každého BIOSU a jeho ovládání může být jiné! BIOS obsahuje program SETUP pro nastaveni systému BIOS. Jsou zde uloženy např. informace, jako je datum a čas, připojené disky, pořadí jejich prohledávání apod. Každý druh základní desky je vybaven vlastní variantou systému BIOS, od výrobce bývá nastavena optimální konfigurace. Dnešní BIOSy bývají Plug n play, takže jejich konfigurace probíhá automaticky. Je-li potřeba provést konfiguraci (např. stanovit pořadí prohledávání disků při zavádění OS), spustíme program setup. Pro pohyb v tomto programu slouží klávesy: šipky pohyb v menu Enter vstup do podnabídky Esc opuštění podnabídky Pg Up, Pg Dn nebo + a - - změna hodnot F10 uložit a odejít F5 návrat k předchozím hodnotám F1 HELP F6 odejít bez uložení F7 nastavit defaultní hodnoty Standard CMOS Setup (Standard CMOS Features, Main) - Standardní nastavení V této nabídce se vždy nachází základní informace o datu, času a dále o počtu a typu disků, typ grafické karty, kdy se má počítač zastavit a velikosti paměti. Advanced BIOS Features (BIOS Features Setup, Boot) Pokročilé nastavení toto menu slouží k nastavování pokročilejších parametrů základní desky - pořadí bootování, vypnutí či zapnutí vyrovnávacích cache pamětí nebo Hyper-Threadingu Advanced Chipset Features (Chipset Features Setup, Advanced) - Pokročilé nastavení chipsetu nastavení nejdůležitějších parametrů základní desky - časování paměti, cashování BIOSu nebo paměti grafické karty, změna velikost sdílené paměti 4

5 Power Management Setup (Power) Nastavení energií v tomto menu můžeme ovlivňovat šetření energií - nastavení režimu ACPI, rozhodnutí o tzv. budících událostech Integrated Peripherials (Advanced) Integrované periferní zařízení nastavení způsobu práce s integrovanými zařízeními na základní desce - používání portů COM, LPT či USB, podpora RAID polí, infračerveného portu apod. 5

6 Operační systém Microsoft Windows Výhody používání OS Windows masivní rozšíření široká dostupnost HW i SW v ČR plná podpora českého prostředí Omezení OS Windows vývoj trpí velkou setrvačností omezené možnosti zavádět moderní technologie v době, kdy jsou nové (například setrvávání u BIOSu) odlišné verze jádra a tím možná nekompatibilita Historie OS Windows 1981 MS-DOS bez multitaskingu 1985 verze 1.0 GUI je nadstavba MS-DOS 1987 verze 2.0 možnospřekrývat okna 1990 verze 3.0 HW podpora 1992 verze 3.1 grafika v okne, OLE verze 3.11 podpora site 1995 Windows 95 32-bit jádro, dlouhé názvy souborů, nové GUI 1998 Windows 98 USB podpora, integrace webu do průzkumníka, antimonopolní řízení proti Microsoft, množství chyb, 1999 Windows 98 SE odstraňovaní chyb, Windows ME Direct X, nejvíce nestabilní systém od Microsoftu 1993 Windows NT 2000 Windows 2000 užito na serverech, první Windows NT v praxi 2001 Windows XP vysoká spolehlivost, kompatibilita, podpora multimédí 2003 Windows Server 2003 2006 Windows Vista souborový systém Win FS, Vektorové grafické rozhraní 2009 Windows 7 mikro jádro, stabilní i na horším HW. 2012 Windows 8 plná podpora dotykových zařízení 6

7 verze 1.0 až 2.0 jedná se o rozšíření MS-DOS verze 1.0 nedovolovala protínající se okna verze 2.0 běží v reálném módu ale může používat i rozšířenou paměť 16-bitové systémy cooperativní multitasking verze 3.0 až 3.11 jedná se o rozšíření MS-DOS aplikace mohou běžet v chráněném režimu kritické operace přesunuty z C do assemleru 2 miliony prodaných kopií verze 3.0 verze 3.1 umožňovala síťovou komunikaci verze 3.11 podporována do roku 2001 Windows 95 podpora dlouhých názvů souborů systém Plug and Play v ostrém provozu preemptive multitasking 32-bitový revolučné zmeny v celém systému Windows 98 Windows Media player 6.2 Internet Explorer zmeny v GUI Windows Driver Model vs. VxD standard (Jedná se o standard pro uchovávání ovaldačů, VxD je starší standard) Plná podpora USB ACPI (Advanced Configuation and Power States) (Umožňuje detekovat skrze software v jakém stavu jse nachází hardware-ové současti) o Power states o Processor states o Performance states Vylepšení síťové podpory Opraveno mnoho chyb z Windows 95 Windows 98SE NAT (Network Adress Transmission, používáno pro modifikaci IP adresy.) DirectX 6.1 (Knihovna pro kontrolu GPU) oprava a vylepšení téměř každé součásti Windows 98 7

8 Windows NT postaveno na novém jádře preemtive multitasking NTFS souborový systém DOS Virtual Machine (Pro běh programů které byly určeny pro MS-DOS systém a jeho nadstavby je nutné vytvořit virtulani system MS-DOS) Acces Control List pro procesy (Tento seznam umožňuje rozhodování při žádostí procesu o zdroj jestli mu bude nebo nebude vyhověno.) jádro bězí v supervisor mode (ring 0 mode) Windows 2000 (NT 5.0) určeno pro jako uživatelský i serverový OS Plug and Play ("Plug and Pray") konečne na funkční úrovni. rozšíření GUI Encryptd File System (Celý disk může být zakryptován) Dynamické disky o Simple Volume (Každý disk je viditelný jako samostatná partice.) o Spanned Volume (JBOD) (Více disků se tváří jako jeden.) o Stripped Volume (RAID-0) (Pro zvýšení rychlosti se data ukládají na více disků zároveň. Data jsou rozdělena a na každý disk jse zapíše jiná část dat.) o Mirrored Volume (RAID-1) (Pro zvýšení bezpečnosti dat v případě poruchy. Na více disků jse zapisují ta stejná data. Jde v podstate o zálohování. ) o Stripped Volume z paritou (RAID-5) ( Zvýšení rychlosti s kontrolou parity. Tak jako RAID- 0 ale existuje ješte jeden disk na který se kopírují paritní data. Při stráte nejakého disku je možné data za pomoci ostatních obnovit. ) Existuje i 64-bitová verze Windows XP určeno pro jako uživatelský OS 400 milionu kopií mnoho GUI vylepšení System recovery umožnoval dostat jse spátky k poslednímu funkčnímu běhu systému až DirectX 9c lepší podpora hardware (USB 2.0, FireWire 800,...) Remote Desktop a Assistance (Vzdálená plocha) Administrátorské aplikácie konečně na úrovni dostupný v mnoha verzích (Home, Professional, Media Center edition...) používaný v bankomatech (ATM) Postupne vycházení service packu. Poslední je 3.0. Windows Vista určeno pro uživatelé 8

9 vytvořeno hlavně kvůli bezpečnostním rizikám ve Windows XP a Server 2003 Windows Aero (Vzhled systému a přepínaní mezi okny plne běžel cez Direct X) Speech recognition v celom OS (Možnost ovládat počítač jenom za pomoci hlasu) Windows Defender (Firewall a později i Antivirus) User Account Control (Správa uživatelů) Internet Explorer 7 (phishing filter,) Úprava vzhledu GUI 2 service pack Kritika: cena, licence, HW požadavky (Kritika byla mířena hlavně na velké hardwareové požadavky, na licenční smlouvu která byla napsána velice nevýhodně pro uživatelé a velikou cenu která neodpovídala funkčnosti vzhledem na konkurenci.) Windows 7 určeno pro jako uživatelský OS podpora multi-touch technologie mnoho vylepšení GUI Service Pack 1 podpora až 48-bitové hloubky obrazu 520 milionů kopií prodáno kolem 1000 vývojářů pracovalo na jadře a GUI Windows 8 roky GUI designu byly "vylepšeny" za pomoci Metro design language (Jedná jse o uspořádaní hlavního meno za pomoci klikatelných čtverců a obdélníků, klasická windowsová plocha zmizela.) Windows Defender s antivirem IE10 s podporou CSS3 a HTML5 primárně určen pro tablety a dotykové zařízení Secure Boot (Kritika, nemožnost instalace jiných systému. Kvůli bezpečnosti při bootování systému byla odstraněna podpora více operačních systémů.) 9

10 Architektura OS Windows (NT) víceuživatelský operační systém preemptivní multitasking procesy odděleny od vlastního jádra operačního systému kód jádra vykonáván v privilegovaném módu procesoru (kernel mode režim jádra), ten umožňuje vykonávat privilegované instrukce a poskytuje přímý přístup k datům systému a k hardwaru procesy běží v neprivilegovaném režimu procesoru (user mode uživatelský mód) procesy nemohou přímo přistupovat k hardwaru, vykonávat privilegované instrukce ani měnit (nebo číst) paměť jádra aplikace mohou využívat limitovaný počet rozhraní při volání rozhraní aplikací je volání zachyceno, procesor se přepne do režimu jádra a vykoná se potřebný kód. Poté se procesor vrátí zpátky do uživatelského režimu a řízení je opět předáno aplikaci. Režim jádra se nazývá Ring 0, uživatelský režim Ring 3. Ostatní Ring módy ve Windows nejsou použity. Procesy běžící v Ring 3 se samy z bezpečnostních důvodů nemohou přepnout do režimu Ring 0. součásti jádra Windows navrženy tak, aby neodporovaly principům objektově orientovaného programování přístup k datům přes formální rozhraní, navíc všechny součásti jádra sdílejí stejný adresový prostor většina kódu psána v jazyce C kvůli přenositelnosti a široké dostupnosti vývojových nástrojů 10

11 Struktura OS Windows NT Části běžící v uživatelském režimu jsou implementovány jako procesy, každý proces má přidělen vlastní virtuální adresní prostor, aby nedocházelo k duplicitním přístupům do paměti nebo neoprávněné manipulaci s daty. Součásti běžící v režimu jádra jsou implementovány jako ovladače a sdílí jeden adresní prostor. V uživatelském režimu mohou být spuštěny: Systémové procesy např. winlogon.exe, services.exe. Při neočekávaném ukončení systémového procesu dojde k zastavení běhu celého systému. Služby procesy běžící nezávisle na uživateli, běží na pozadí, nepřijímají vstupy od uživatele Aplikace procesy běžící pod účtem uživatele, při odhlášení uživatele jsou automaticky ukončeny DLL knihovny Rozhraní pro komunikaci mezi aplikací a jádrem OS, knihovny překládají volání dokumentovaných rutin na volání rutin nedokumentovaných, volajících přímo jádro. Mezi DLL knihovny patří např. kernel32.dll, user32.dll 11

12 Jádro OS Exekutiva poskytuje základní služby OS (správa paměti, procesů, bezpečnost, I/O operace, komunikace mezi procesy) Kernel Rutiny k synchronizaci více procesů, obsluha výjimek a přerušení, přidělování procesoru vláknům Ovladače zařízení ovladače periferních zařízení, síťové ovladače, ovladače FS hardwarová abstrakční vrstva HAL závislá na hardware, vrstva pro jednotný přístup k různým typům komponent grafika a GUI v jádře od Windows NT verze 4, přesun do jádra umožňuje rychlejší práci s grafikou Procesy a vlákna Každý proces má vlastní virtuální adresní prostor (nezasahuje do adresního prostoru jiných procesů). Adresní prostor sestává z bloků, alokovaných procesem při spuštění. Vlastní kód aplikací a programů (proces) je vykonáván prostřednictvím vláken, všechna vlákna jednoho procesu sdílí stejný adresní prostor. Každé vlákno je charakterizováno strukturou context, ta obsahuje hodnoty registrů procesoru. Pokud proces běží (je mu přidělen čas procesoru), načte se hodnota z context do registrů a provádí se jeho kód. Poté se nové hodnoty registrů opět uloží do context a procesor začne vykonávat kód jiného vlákna. Čas přidělený procesu (vláknu) závisí na prioritě vlákna a procesu. Ovladače Běží v režimu jádra, mohou číst i zapisovat do libovolné oblasti paměti, komunikovat s hw. Nemají vlastní adresní prostor, nevlastní žádná vlákna. Soubory všech ovladačů se nachází ve společném adresovém prostoru. Kód ovladače může být vykonáván vlákny různých procesů, a to: ovladač je volán požadavkem (zprávou) procesu kód ovladače je vykonáván v kontextu systémového procesu (např. při volání inicializační rutiny) kód vykovánán v rámci kontextu náhodného procesu (při obsluze přerušení) Instalace ovladačů Při instalaci je nutné zapsat do registrů: jméno ovladače umístění podmínky spouštění Ovladač může být spuštěn během bootování nebo na příkaz procesu. Po instalaci a spuštění je volána inicializační rutina, ovladač plní svůj úkol doku není uvolněn z paměti a spuštěna ukončovací rutina. 12

13 Pokud ovladač neobsahuje ukončovací rutinu (např. malware), je nutné jej uvolnit smazáním položek registru, které tam byly zapsány při instalaci ovladače. Priority (IRQL) Obecně kód s vyšší prioritou může využít méně služeb než kód s nižší prioritou. Některé služby OS mohou být volány jen při určité prioritě, kód nemůže být přerušen jiným kódem s nižší prioritou. Procesy mohou priority měnit, ovladače mohou svou priorit zvýšit, ale před skončením ji musí opět nastavit na původní hodnotu. PASSIVE_LEVEL nejnižší priorita, tuto prioritu mají vlákna procesu system DISPATCH_LEVEL Při této prioritě nelze využívat mnohá systémová volání, nelze pracovat se soubory, přistupovat ke stránkované paměti. Kód s touto prioritou může být přerušen hardwarově. Procesor neprovádí multitasking dokud se priorita nesníží. PROVÁDĚT CO NEJMÉNĚ OPERACÍ s touto prioritou DIRQL Priorita obsluhy hw přerušení, rutiny získaná data předají ke zpracování kódu s nižší prioritou (nezatěžovat procesor) Objekty jádra Slouží pro spolupráci mezi procesy, např. při práci se souborem se alokuje oblast paměti, kde jsou uložené informace o otevřeném souboru a jádro vytvoří objekt jádra. Přistupuje-li k témuž souboru jiný proces, nedochází k nové alokaci paměti, pouze se zvýší počet referencí objektu jádra. Jakmile klesne počet referencí na nulu, objekt je zrušen a paměť uvolněna. Ovladače mohou počet referencí objektu volně upravovat a tak zajistit, aby objekt zůstal v paměti, i když není využíván žádným procesem. Pracuje-li proces s některým objektem, je mu přidělen handle (odkaz na objekt jádra), který můžeme použít při volání funkcí Windows API. Hodnota handle je unikátní pro každý proces. Informace o objektech používaných procesem se ukládají do pole handle table. Důležité struktury systému Windows Tabulka interních služeb systému SSDT (System Service Descriptor Table) Je použita, volá-li proces v uživatelském režimu některou ze služeb jádra. V tabulce jsou uloženy adresy funkcí, které mohou aplikace z uživatelského režimu vyvolat. Jedná se v podstatě o jeidný způsob (nepočítáme-li různá synchronizační primitiva a sdílenou paměť), jak aplikace může s jádrem interagovat. Tuto strukturu často modifikovaly a modifikují nejen různé viry či rootkity, ale i bezpečnostní software, zejména moduly HIPS. 13

14 Tabulka vektorů přerušení IDT (Interrupt Descriptor Table) Obsahuje adresy obslužných rutin pro všechna sw i hw přerušení. Při volání přerušení procesor uloží právě spuštěný proces a obslouží přerušení předá řízení rutině uvedené v tabulce přerušení. Po skončení rutiny procesor pokračuje v obsluze předchozí úlohy. 14

15 RAID Redundant array of independent disks Jedná se o pole disků které jsou zapojeny určitým spůsobem aby bylo možné odstranit nedostatky samostatného disku. Tyto nedostatky jsou například: limitující velikost disku zpoždení vystavení informace selhání disku pomalý zápis nebo čtení z disku RAID známe ve formě hardware-ové nebo software-ové. V oučastné době se dá porovnat rychlost software-oveho a hardware-oveho RAID-u. Výhoda softwareovehového RAID-u je v tom, že zarížení nemusý byt totožná. Můžeme teda mít disky o různe velikosti, rychlosti nebo s různou přístupovou dobou. RAID-0 Data jsou rozloženy na disky po blocích. Je používáno pro rychlejší zápis a čtení. Jeden soubor spravidla má více než jeden blok a jeho zápis nebo načtení probíhá tak že se z každého disku načte jednotlivá část a ta se potom spojí do konzistentního souboru. Využití: Rychlejší zápis nebo vystavení souboru. (Neskracuje se zpoždení. Velikost spoždení je rovna zpoždení nejpomalšího disku.) Tolerance chyb: Žádná. Pokud odejde jakýkoliv disk z pole tak jsou stracena veškerá data. Minimální počet disků: 2 RAID-1 Data jsou nahrávána na všechny disky v poli součastne. Pokud je nutné data zase vystavit ta je možné načítat je z jakéhokoliv disku. Tento RAID slouží hlavňe pro ošetření případneho zlyhaní. Pokud odejde jakýkoliv disk je možné bez neho dále fungovat a po čase ho nahradit jiným. Vyžití: Ošetření proti chybám hardware. Tolerance chyb: Může odejít až n-1 disků. (pole má n disků) Minimální počet disků: 2 RAID-4 Data jsou rozdistribuovány po blocích jako u RAID-0 ale v RAID se nachází další disk na kterém se nachází paritní bit. Praitní byt je počítán pomocí operace XOR. A B A XOR B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 15

16 Vyžití: Ošetření proti chybám hardware se zvýšenou rychlosti zápisu a čtení. Jediný problém je v tom že disk na které jsou uloženi paritní data je velice přetežován a hrozí jeho rychlé selání. Tolerance chyb: Může odejít až 1 disk. Data mohou být obnovena z ostatních disků. (Za předpokladu že počas této doby opravy neodejde další disk) Minimální počet disků: 3 RAID-5 To stejné jako RAID-4 ale paritní data jsou rozmístnena po všech discích. RAID-6 To stejné jako RAID-5 akorát že na uložení paritních dat jsou použity dva disky. Tímto se předešlo zvýšenému riziku že systému počas opravy jednoho disku odejde další disk. Tolerance chyb: Může odejít až 2 disky. Minimální počet disků: 4 Ukazky Disk A Disk B A XOR B Disk C A XOR B XOR C = DISK D 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 DISK A = 010100, DISK B = 111001, DISK C = 111100, DISK D = 010001 Pokud odejde disk B tak jsme schopni spočítat hodnoty na něm: (Po bitech) 0 XOR 1 XOR 0 = 1 1 XOR 1 XOR 1 = 1 0 XOR 1 XOR 0 = 1 1 XOR 1 XOR 0 = 0 0 XOR 0 XOR 0 = 0 0 XOR 0 XOR 1 = 1 16

17 Zdroje: Dráb M.: Jádro systému Windows, CP 2011 cs.wikipedia.org en.wikipedia.org europen.cz 17