Windows NT - Einführung für Benutzer

Kapitel 1: Windows NT-Architektur

Überblick

• Einführung
• Windows NT Design Ziele
• Subsysteme
• Dateisysteme
• Unterschiede zwischen NT 4 und NT 5(Windows 2000)

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Einführung

• DOS: Das altbekannte 16-Bit-Betriebssystem mit rein zeichenorientierter Oberfläche (Shell). Mit einer Dateinamenlänge von 8 + 3 Zeichen.
• Windows 3.11: Reine 16-Bit-Anwendung die auf das DOS-Betriebssystem aufgesetzt ist. Weiterentwicklung der grafischen Oberfläche von Windows 3.1. Die Erweiterungen gegenüber Windows 3.1 beziehen sich vor allem auf dir nun eingefügten Netzfunktionen (Peer-to-Peer-Netzwerk), zudem wurden noch Mail und Terminplaner (Schedule) eingefügt.
• Windows 95: Das erste eigenständige, grafisch- und objektorientierte (32-Bit)Betriebssystem von Microsoft. Der Fokus liegt auf dem SOHO-Markt (Small Office/Home Office). Das bedeutet , daß es hier vor allem um Kompatibilität und Minimierung des Ressourcenverbrauchs ging. Dies zeigt vor allem die Kompatibilität zu DOS- und Windows 3.x-Anwendungen (16-Bit). Mit einer möglichen Dateinamenlänge mit bis zu 256 Zeichen .
• Windows 98: Weiterentwicklung von Windows 95. Das System tront noch immer auf dem, schon schwer in die Jahre gekommenen, DOS-Sockel. Wirklich neu sind lediglich die integration des IE4 in die Oberfläche, der USB-Support und die verwendung vieler neuer Wizards.
• Windows NT 4.0 Workstation: Client-Betriebssystem, bei dessen Design Sicherheit, Erweiterbarkeit, Stabilität und Skalierbarkeit im Vordergrund standen. Hinzu kommt die ausgesprochen gute zentrale Administrierbarkeit.
• Windows NT 4.0 Server: Server-Betriebssystem in Konkurrenz zu Novell, Banyan oder UNIX. Hauptsächlicher Unterschied ist die potentielle Anwenderzahl, die das System benutzen dürfen. Zudem ist ein NT Server in der Lage, eine "Domäne" zu verwalten.
• Windows NT 5.0: Konzequente Weiterentwicklung von Windows NT 4.0. Bezieht den neuen Funktionsumfang von Windows 98 mit ein, wobei nach wie vor auf extreme Stabilität und Skalierbarkeit geachtet wird.

• Windows 95 und Windows NT 4.0 haben ein gemeinsames User Interface
• OLE-Unterstützung
• Echtes Multitasking mit 32-Bit-Applikationen
• LAN-Verbindungen und Peer-to-Peer-Networking mit gängigen Protokollen wie TCP/IP, IPX/SPX, DLC und NetBEUI
• Integrierter Remote-Access-Service für Modem-Anbindung
• Volle Ausnutzung der 386DX-, 486- und Pentium-Plattformen
• Datenkompression im Dateisystem integriert

• Echtes, preemtives Multitasking* auch für 16-Bit-Applikationen
• Unbegrenzte Kapazität der Windows-System-Ressourcen
• *System ist komplett gegen fehlerhafte 16- und 32-Bit-Windows-Applikationen geschützt
• Vollständiger Datenschutz auf Stand-alone-Rechnern (C2-Certifizierung)
• Echtes Multiuser-System mit individuellen User-Umgebungen
• Umfangreiche Sicherheits-Features
• Automatische Wiederherstellung der Datenstruktur bei Systemfehlern
• Unterstützung von Open GL für 3D-Graphik
• Unterstützung von DCOM und ActiveX
• Unterstützte Dateisysteme: FAT (DOS), NTFS (NT); lange Dateinamen
• Speicher: mind. 16 MB RAM (mit 32 MB läuft's gut), ca. 90 MB HD (zum Installationszeitpunkt ca. 130 MB)
• Unterstützt Multiprozessor-Konfiguration (bis zu 16)

• Komplett unterstützte Multimedia-Funktionalitäten
• Volle DirectX-Unterstützung
• Unterstützung von MS-DOS-Applikationen
• Plug and Play mit automatischer und dynamischer Konfiguration
• Universelle Eingangsbox für Fax und Email
• Dynamische PCMCIA-Unterstützung ohne Neustart des Systems bei Device-Wechsel

Unterstützte Dateisysteme: VFAT (Erweitertes DOS FAT); lange Dateinamen
• Speicher: mind. 8 MB RAM, ca. 40 MB HD

• Windows NT ist ein stabiles und zuverlässiges Betriebssystem für Entwickler oder Power-User auf High-End-Maschinen, die typischerweise in einem Netzwerk betrieben werden. Der Einsatz erfolgt daher eher in einer Unternehmensumgebung, wo Sicherheit und Portierbarkeit eine zentrale Rolle spielen.
• Windows 95 ist ein Consumer-Produkt, das für den Mainstream-PC entwickelt wurde. Der Einsatzort ist daher oft im Heimbereich angesiedelt.

Windows NT 4.0 Design Ziele

• Kompatibilität: Durch seine Submodule ist Windows NT in der Lage, Applikationen für die Betriebssysteme Windows 3.x, Windows 95, MS-DOS, OS/2 und POSIX zu betreiben.
• Portierbarkeit: Windows NT ist fast vollständig in C geschrieben. Für eine neue Hardware Architektur muß deswegen lediglich eine neue HAL (Hardware Abstraction Layer) geschrieben werden und ein NT-konformer Compiler verfügbar sein.
• Skalierbarkeit: Windows NT unterstützt das symmetrische Multiprocessing.
• Sicherheit: Windows NT beinhaltet ein durchgängiges Sicherheitskonzept, das darauf ausgelegt ist, die Sicherheitsanforderungen des Amerikanischen Verteidigungsministeriums (DOD) zu erfüllen (C2).
• Verteilte Systeme: Windows NT hat schon im Betriebssystemkern weitreichende Funktionalität, um Prozesse auf anderen Rechnern ablaufen zu lassen.
• Zuverlässigkeit und Stabilität: Durch sein Konzept unterscheidet Windows NT zwischen User und Kernel Prozessen. Dadurch ist es normalerweise einer Applikation nicht möglich einen Windows NT Rechner zu blockieren oder abzuschießen. Dadurch kann ein Server auch dann weiter arbeiten, wenn in einer Applikation ein Fehler aufgetreten ist (preemtives Multitasking).
• Erweiterbar: Da Windows NT sehr modular aufgebaut ist, ist es einfach möglich neue Module einzuhängen oder zusätzliche hinzuzufügen.

Windows NT Design

Weitere grundlegende Eigenschaften von Windows NT sind:

• Flaches Modell des physikalischen Speichers
• Unterstützung von Multi-Threading
• Microkernel-Architektur, die jedem Prozeß einen diskreten Speicherbereich zuordnet
• Ausführungskontrolle im Kernel-Mode, Benutzerprozesse im User-Mode
• Konzept der Subsysteme (16-Bit-Windows, POSIX, OS/2)
• Windows-Sockets, die kompatibel zum Berkeley-Standard sind
• DDE, NetDDE, OLE und RPC zur Interprozeß-Kommunikation

Von zentralem Interesse sind die Unterschiede zwischen Windows NT Workstation und Windows NT Server. Die folgende Tabelle soll die wichtigsten dieser Unterschiede gegenüberstellen:
 

	Workstation	Server
Netzwerkverbindungen zu anderen Clients	10	Unbegrenzt
Verbindungen zu anderen Netzwerken	Unbegrenzt	Unbegrenzt
Multiprocessing (max. Anzahl von CPUs)	2 CPUs	4 und mehr CPUs
RAS (Modem-Verbindungen)	1 Verbindung	255 Verbindungen
Verzeichnisreplikation	Import	Import und Export
Macintosh-Unterstützung	Nein	Ja
Zentrale Benutzervalidierung	Nein	Ja
Plattensicherheit (RAID)	Nein	Ja
Netzwerkrolle	Peer-to-Peer	Server

 

Die Betriebssystemstruktur von Windows NT Server und Workstation untergliedert sich in eine Reihe von Komponenten, wobei Teile des Betriebssystems im Executive (privilegierten) Modus sehr geschützt und andere Teile in einem Anwendungsmodus ablaufen.

Die Struktur von Windows NT ist auf einer Kernel-Architektur - ähnlich wie Unix - aufgebaut. Windows NT unterstützt Multithreading und preemptive Multitasking, ist aber im Gegensatz zu Unix in seiner Standardausführung kein Multiuser-Betriebssystem.

Charakteristisch ist die Aufteilung in Benutzermodus und Kernmodus, die sich auch in einem streng geteilten Adreßbereich für beide Modi zeigt. Sie beruht auf der Ringstruktur des Prozessors, die eine unterschiedliche Einstufung für Programmodule nach Prioritätsniveaus erlaubt. Die Intel-Prozessor–CPU (ab der Generation 80386) bietet vier Prioritätsniveaus an. Die höchste Priorität, d.h. größtmöglichen Schutz und Befugnis privilegierte Operationen auszuführen und mit der Hardware zu kommunizieren, bietet das Prioritätsniveau null. Von Windows NT werden die Ringe null für den Kernmodus (Kern, Systemdienste und Gerätetreiber) und drei für den Benutzermodus (alle anderen Prozesse) genutzt. Die Ringe eins und zwei werden nicht verwendet.
 

Subsysteme

• Win32: Ausführung von 32-Bit Windows-Programmen, beinhaltet das WOW-Modul (Windows-on-Windows) zur Ausführung von 16-Bit-Programmen.
• OS/2: OS/2 2.x Subsystem.
• POSIX: Zeichenorientiertes POSIX-Subsystem.
• Sicherheit: Subsystem zur Überwachung der Sicherheit der anderen Subsysteme

Dateisysteme

• FAT - File Allocation Table: Für Dateinamen wird die 8.3-Konvention verwendet, die 8 Buchstaben vor dem Punkt und 3 Buchstaben nach dem Punkt erlaubt. Groß- und Kleinschreibung spielen keine Rolle. Die maximale Dateigröße beträgt 4 GBytes. Die Wurzel eines FAT-Verzeichnisses kann maximal 512 Einträge beinhalten.
• FAT32: Das erweiterte FAT-Dateisystem von Windows 95 mit Unterstützung von langen Dateinamen und Unterscheidung von Groß- und Kleinschreibung. FAT32 wird nicht von der Version 4, jedoch von der Version 5 (Windows 2000) von Windows NT unterstützt.
• NTFS - New Technology File System: Dies ist das speziell für Windows NT entwickelte 64-Bit-Dateisystem mit starkem Fokus auf Sicherheit. Die Dateinamen können bis zu 255 Zeichen in 16-Bit-Unicode enthalten, wobei Groß- und Kleinschreibung beibehalten werden. Unicode erlaubt die Verwendung von erweiterten Zeichensätzen, z.B. für chinesische, japanische, griechische oder arabische Zeichen. Die theoretisch maximale Dateigröße beträgt 16ExaBytes (= 17 Millionen GBytes!).
• CDFS – CD File System: Dateisystem für CDs, das auch lange Dateinamen erlaubt. Es können jedoch auch CDs verwendet werden, die Kompatibel zum CD-Standard ISO9669 sind.
• HPFS - High Performance File System: Das OS/2-Dateisystem. Maximale Dateigröße: 4Gbytes (Wird nichtmehr direkt von Windows NT 4.0 unterstützt; mit einiger Handarbeit und dem Treiber von NT 3.51 ist ein Zugriff aber wieder möglichen).

Unterschiede zwischen NT 4 und NT 5 (Windows 2000)

• Active Directory Service (ADS): Ein neuer Verzeichnisdienst im Stile von X.500. Hierbei speichert jeder Domaincontroler die gesamte Datenbank aller verfügbaren Verzeichnisse für die Domäne. Das Active Directory kombiniert DNS- und LDAP-Verzeichnisinformationen, um ein hierarchisches Verzeichnissytem aufzubauen.
• Distributed Security Extensions: Eigenschaft, um die Domäneadministration zu vereinfachen, die Leistungsfähigkeit zu erhöhen und zusätzliche Sicherheitsaspekte zu integrieren.
• File Encryption: Erweiterung des Dateisystems, die die Verschlüsselung von Daten auf der Basis von einzelnen Dateien erlaubt. Hierzu werden spezielle Treiberschichten in den Kern des NT-Systems integriert und die Programierschnittstelle erweitert.
• Securety Configuration Editor: Primärer Administrationspunkt für die Verwaltung von Sicherheitsaspekten. Die Basis sind vorkonfigurierte Schablonen.
• Kerberos: Sicherheitsprotokoll für die verteilte Überwachung von Benutzerrechten innerhalb eines Domänenbaums. Der zugrundeliegende Mechanismus basiert auf Paßworten und "Private-Key"-Verschlüsselung.
• Distributed File System (DFS): Das verteilte Dateisystem erlaubt das  Ansprechen mehrerer Festplattenbereiche auf unterschiedlichen Rechnern (auch nicht NT-Partitionen) mit einem logischen Namen.
• Domain Trees: Erweiterung des Domänemodells für größere Organisationen.
• Microsoft Management Console: Die MMC vereint die über die NT-Benutzeroberfläche verteilten Administrationswerkzeuge an einem zentralen Punkt. Die MMC integriert dabei die bisherigen, neue und zukünftige Werkzeuge über das "Snap-in"-Konzept.
• Software Installer: Werkazeug zur automatischen Installation und Verteilung von Anwendungs-Software. Dies beinhaltet auch die Rücknahme von Installationen hin zu einem vorhergehenden Systemzustand.
• Storage Mangement: Möglichkeiten zur Festplattenverwaltung, ohne das System neu zu starten oder Benutzer während ihrer Arbeit zu unterbrechen.
• IntelliMirror: Verwaltungstechnologie, um die Umgebung eines Benutzers auf einem zentralen Server zu spiegeln. Dis umfaßt neben Daten auch Applikationen, Systemdateien und administrative Einstellungen. Auf diese Weise wird der Beutzer unabhängig von seiner Client-Hardware.
• Plug und Play: Unterstützung von Komponenten und Peripheriegeräten, die dem Plug and Play-Standard entsprechen.
• 64-Bit-Speicher: Unterstützung von mehr als 4 GBytes Speicher für einen Prozeß, 32 Gbytes auf 64-Bit-Prozessoren (z.B. Alpha- CPU)
• Multimonitor: Unterstützung von mehr als einem Monitor.
• Gemeinsames Treibermodell: Neue Treiber für Hardware funktioniern sowohl unter Windows NT 5 (Windows 2000)als auch unter Windows 98.
• Advanced Power Management: Unterstptzung von Rechneren mit bestimmten Eigenschafen zum Stromsparen (z. B.: Laptops)
• Disk Quota: Eingebaute Begrenzung des nutzbaren Festplattenplatzes für einzelen Benutzer.
• Task Scheduler:Weitgehende Systemunterstützung für die zeitlich gesteuerte Ausführung von Prozessen oder Skrkpts.
• Windows Scripting Host: Leistungsfähige Möglichekeit zum Auführen von Skripts über die graphsiche Benuzterschnittstelle und die NT-Shell. Hierdurch kann eine Vielzahl von Standardaufgaben automatisiert werden. Die untertützten Skrilptsprachen sind Visual Basic Script, JavaScript, Perl, TCL, REXX und Python.
• Job Object: Zusammenfassung einer Gruppe von Prozessen, um sie gemeinsam zu verwalten un zu manipulieren. Dies beinhaltet auch einen erweiterten Satz von Programmierschnittstellen.
• Clusters: Zusammenschluß von NT-Servern für die Gewährleistung von Fehlerredundanz.
• Windows Termianl Server: Multiuser-Erweiterung von Windows NT zur Anbindung von dünnen Cleints mit wenig Eingenintelligenz.

Einiger dieser Funktionaltiätenn werden in speziellen Kapiteln des Buchs Business NT (Windows NT in Unternehmensnetzen) von Bernard Tritsch,  sehr ausfühlich behandelt. Daher gehe ich im Rahmen dieses Seminares nicht näher darauf ein.

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