Установка и настройка ОС Windows Vista

       1.3.9 Наблюдение за функцией SuperFetch

       После работы в течение некоторого времени в ОС Windows Vista пользователь может заметить, что на вкладке «Быстродействие» диспетчера задач показатель свободной физической памяти становится невысоким. Это объясняется тем, что служба SuperFetch и стандартное кэширование Windows используют всю доступную физическую память для кэширования данных с диска. Например, если сразу после загрузки системы открыть диспетчер задач, можно заметить, что показатель свободной памяти уменьшается, в то время как показатель кэшированной памяти увеличивается. Если запустить приложение, использующее для работы большой объем памяти, а затем завершить его работу (подойдет любой бесплатный «оптимизатор памяти», который выделяет большое количество памяти и затем освобождает ее), или просто скопировать очень большой файл, показатель свободной памяти возрастет, и на графике использования физической памяти будет наблюдаться падение по мере того, как в систему возвращается освобожденная память. Однако через некоторое время служба SuperFetch снова заполнит кэш данными, которые были вытеснены из памяти, и показатель кэшированной памяти возрастет, а показатель свободной памяти уменьшится.

       Диспетчер задач Windows Vista приведен на рисунке 1.19.

       Рисунок 1.19

       1.3.10 Функция ReadyBoost

       Скорость  работы ЦП и памяти гораздо выше скорости работы жесткого диска, из-за чего жесткие диски часто являются узким местом для производительности системы. Операции произвольного дискового ввода-вывода особенно сильно влияют на производительность, потому что время позиционирования головок жестких дисков (порядка 10 мс) – это вечность для современных процессоров с тактовой частотой 3 ГГц. Хотя оперативная память идеально подходит для кэширования дисковых данных, ее стоимость сравнительно высока. Флэш-память обычно дешевле оперативной памяти, при этом время произвольного доступа у флэш-памяти может быть на порядок меньше, чем у жесткого диска. Поэтому в ОС Windows Vista добавлена функция под названием ReadyBoost, которая позволяет воспользоваться преимуществами запоминающих устройств на основе флэш-памяти, создавая на них промежуточный уровень кэширования, логически расположенный между оперативной памятью и жесткими дисками.

       Функция ReadyBoost состоит из службы, реализованной в файле %SystemRoot%\System32\Emdmgmt.dll, которая выполняется в процессе Service Host, и драйвера фильтра томов %SystemRoot%\System32\Drivers\Ecache.sys (EMD – это сокращение от рабочего названия функции ReadyBoost «External Memory Device» (внешнее устройство памяти), которое использовалось в процессе ее разработки). При подключении запоминающего устройства флэш-памяти к компьютеру служба ReadyBoost определяет производительность этого устройства и записывает результат в раздел реестра: HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\

Microsoft\WindowsNT\Currentversion\Emdmgmt, как показано на рисунке 1.20. 

       Рисунок 1.20

       Если  объем памяти устройства от 256 МБ до 32 ГБ, скорость передачи для произвольных операций чтения блоками по 4 КБ превышает 2,5 МБ/с, скорость передачи для произвольных операций записи блоками по 512 КБ превышает 1,75 МБ/с, и это устройство еще не используется для кэширования, служба ReadyBoost предложит выделить до 4 ГБайт памяти этого устройства для кэширования дисков. (Хотя служба ReadyBoost может работать с разделами NTFS, максимальный объем кэша ограничен 4 ГБ для совместимости с файловой системой FAT32). Если пользователь соглашается, служба создает в корневой папке устройства файл кэша с именем ReadyBoost.sfcache и отдает службе SuperFetch указание заполнить кэш в фоновом режиме.

       После инициализации кэширования службой ReadyBoost драйвер устройства Ecache.sys перехватывает все обращения чтения и записи к локальным жестким дискам (например, диску C:\) и копирует записываемые данные в созданный службой файл кэширования. Драйвер Ecache.sys осуществляет сжатие данных, достигая обычно степени сжатия 2:1, поэтому кэш объемом 4 ГБ, как правило, содержит около 8 ГБ данных. Драйвер шифрует каждый записываемый блок с помощью ключа сеанса, генерируемого случайным образом при каждой загрузке системы; при этом используется алгоритм AES. Шифрование обеспечивает конфиденциальность данных, содержащихся в кэше, на случай извлечения устройства.

       Если  служба ReadyBoost определяет, что осуществляется произвольное чтение данных, и эти данные есть в КЭШе, данные извлекаются из КЭШа. Но ввиду того, что у жестких дисков скорость последовательного чтения выше, чем у флэш-памяти, операции последовательного чтения осуществляются непосредственно с диска, даже если эти данные есть в КЭШе. 

       1.3.11 Функция ReadyBoot

       Если  в системе установлено менее 512 МБ оперативной памяти, механизм упреждающего чтения при загрузке ОС Windows Vista не отличается от механизма, использовавшегося при загрузке ОС Windows XP. Если же размер оперативной памяти превышает 700 МБ, то для оптимизации процесса загрузки используется кэш в ОЗУ. Размер этого кэша зависит от общего объема доступной памяти; он достаточно велик, чтобы обеспечить эффективное кэширование, но оставляет при этом достаточно свободной памяти для нормального выполнения процедуры загрузки системы. После каждой загрузки системы служба ReadyBoost (та же самая служба, которая реализует описанную выше функцию ReadyBoost) в моменты простоя ЦП планирует кэширование для следующей загрузки системы. Она анализирует информацию об обращениях к файлам за пять предыдущих загрузок и определяет, к каким файлам производились обращения, и где эти файлы расположены на диске. Обработанная информация об обращениях сохраняется в папке %SystemRoot%\Prefetch\Readyboot в виде файлов с расширением «.fx», а план кэширования сохраняется в разделе реестра HKLM\System\CurrentControlSet\ Services\Ecache\Parameters в виде значений типа REG_BINARY с именами, соответствующими именам внутренних дисков. Кэширование реализуется с помощью того же драйвера, что и в функции ReadyBoost (драйвер Ecache.sys), но управление заполнением кэша во время загрузки осуществляется службой ReadyBoost. Хотя кэш загрузки сжимается так же, как и кэш ReadyBoost, есть еще одно отличие между управлением кэшем в функциях ReadyBoost и ReadyBoot. В отличие от функции ReadyBoost, в режиме ReadyBoot содержимое кэша не изменяется при операциях чтения и записи, а определяется только обновлениями, вносимыми службой ReadyBoost. Служба ReadyBoost удаляет кэш через 90 секунд после начала загрузки или в случае, если требуется дополнительная оперативная память. Статистика использования кэша записывается в раздел реестра HKLM\System\CurrentControlSet\Services\Ecache\Parameters\ReadyBootStats, как показано на рисунке 1.21. Измерение производительности, проведенное в корпорации Майкрософт, показало, что при использовании функции ReadyBoot производительность увеличивается примерно на 20 процентов по сравнению с технологией упреждающего чтения, используемой при загрузке ОС Windows XP.

       Рисунок 1.21

       1.3.12 Функция ReadyDrive

       ReadyDrive – это функция ОС Windows Vista, использующая  возможности новых гибридных  жестких дисков (дисков H-HDD). Гибридный  жесткий диск представляет собой  жесткий диск со встроенной  энергонезависимой флэш-памятью (известной также под названием NVRAM). Как правило, гибридные жесткие диски содержат от 50 МБ до 512 МБ кэш-памяти, но ОС Windows Vista поддерживает кэши размером до 2 ТБ.

       Чтобы определить, какие данные следует  поместить во флэш-память, ОС Windows Vista использует команды ATA-8. Например, при завершении работы система сохраняет в этом кэше данные для загрузки, что позволяет ускорить следующий запуск системы. При переходе в режим гибернации в кэше сохраняются некоторые части файла гибернации, что ускоряет возобновление работы. Поскольку кэш активен даже когда диск остановлен, система может использовать флэш-память для кэширования записи на диск, что позволяет не раскручивать диск, если компьютер питается от аккумулятора. Остановка диска позволяет существенно снизить энергопотребление по сравнению с обычным режимом работы. 

       1.3.13 База данных конфигурации загрузки

       В ОС Windows Vista усовершенствовано несколько  аспектов процедур загрузки и завершения работы. Улучшение процедуры загрузки достигается благодаря следующим нововведениям: использование базы данных конфигурации загрузки (BCD), в которой хранится конфигурация запуска системы и ОС; новая последовательность и организация процесса загрузки системы; новая архитектура входа в систему, а также поддержка служб с отложенным автозапуском. Усовершенствования процесса завершения работы в ОС Windows Vista включают уведомление служб Windows перед завершением работы, упорядочение завершения работы служб и существенно переработанное управление переходами между режимами энергопотребления в операционной системе.

       Одним из самых заметных изменений процесса загрузки системы является отсутствие файла Boot.ini в корневой папке системного тома. Это объясняется тем, что  конфигурация загрузки, которая раньше хранилась в этом файле, теперь хранится в базе данных BCD. Одной из причин использования базы данных BCD в ОС Windows Vista является объединение двух поддерживаемых в ОС Windows архитектур загрузки: основной загрузочной записи (MBR) и расширяемого интерфейса микропрограмм (EFI). Загрузочная запись MBR обычно используется на компьютерах с архитектурами x86 и x64, а интерфейс EFI – в системах Itanium (хотя в ближайшем будущем, вероятно, будут поставляться и рабочие станции с поддержкой EFI). Использование базы данных BCD позволяет абстрагироваться от микропрограмм и обеспечивает ряд дополнительных преимуществ по сравнению с использованием файла Boot.ini, например поддержку строк в формате Юникод и поддержку исполнения альтернативных предзагрузочных программ.

       Фактически база данных BCD хранится на диске в кусте реестра, загружаемом в реестр ОС Windows для доступа с помощью программных интерфейсов реестра. На платформах PC она хранится в файле \Boot\Bcd на системном томе. На системах EFI база данных хранится в системном разделе EFI. После загрузки куста он появляется в разделе реестра HKLM\Bcd00000000. Внутренний формат этой базы данных не документируется, поэтому для ее редактирования используются специальные инструменты, например программа %SystemRoot%\System32\Bcdedit.exe. Для поддержки сценариев и специализированных редакторов доступны интерфейсы для управления базой данных BCD с помощью инструментария WMI. Изменять и добавлять основные параметры, такие как команды отладки ядра, можно также с помощью программы настройки системы (%SystemRoot%\System32\Msconfig.exe).

       Параметры загрузки, относящиеся ко всей платформе, например выбор ОС по умолчанию и  время задержки меню загрузки, отделены в базе данных BCD от параметров, относящихся  к конкретным операционным системам, таких как параметры загрузки ОС и путь к системному загрузчику. Если запустить программу Bcdedit без параметров командной строки, сперва в разделе «Windows Boot Manager» будут выведены параметры, относящиеся к платформе, а затем в разделе «Windows Boot Loader» – параметры для конкретной ОС, как показано на рисунке 1.22. 

       Рисунок 1.22

       Во  время загрузки установленной ОС Windows Vista новая схема загрузки разделяет задачи, выполнявшиеся в более ранних версиях ОС Windows одним системным загрузчиком Ntldr, между двумя программами – \BootMgr и %SystemRoot%\System32\Winload.exe. Программа BootMgr считывает базу данных BCD и отображает меню загрузки операционной системы, а программа Winload.exe осуществляет загрузку операционной системы. При «чистой» загрузке системы программа Winload.exe загружает драйверы устройств, необходимые для запуска системы, и основные файлы операционной системы, включая ядро Ntoskrnl.exe, а затем передает управление операционной системе. В случае возобновления работы из режима гибернации программа Winload.exe запускает программу %SystemRoot%\System32\Winresume.exe для загрузки данных из файла гибернации в оперативную память и возобновления работы ОС.

       Загрузчик Bootmgr также поддерживает исполнение дополнительных предзагрузочных программ. В составе ОС Windows Vista поставляется программа диагностики оперативной  памяти (\Boot\Memtest.exe), которая уже включена в меню загрузки. Сторонние разработчики могут добавлять собственные предзагрузочные программы, которые будут отображаться в меню загрузки Bootmgr. 
 

       1.3.14 Процесс загрузки  системы

       В предыдущих версиях ОС Windows взаимосвязь  между различными системными процессами не была очевидной. Например, в процессе загрузки системы диспетчер интерактивного входа в систему (%SystemRoot%\System32\Winlogon.exe) запускал службу подсистемы локального администратора безопасности (Lsass.exe) и диспетчер управления службами (Services.exe). Далее система использовала контейнер пространств имен (сеанс) для изоляции процессов, запущенных в различных сеансах входа в систему. Однако в операционных системах, предшествовавших ОС Windows Vista пользователь, вошедший в консоль, использовал сеанс 0, в котором работают и системные процессы. Это создавало потенциальную угрозу для безопасности. Примером такой угрозы стала одна плохо написанная служба Windows, работавшая в сеансе 0 и отображавшая пользовательский интерфейс в интерактивной консоли, позволяя вредоносным программам атаковать окно этой службы методом «подрывной атаки» (shatter attack), получая административные привилегии.

       Для устранения подобных проблем в ОС Windows Vista было реструктурировано несколько  системных процессов. Диспетчер  сеансов (Smss.exe) – это первый процесс пользовательского режима, запускаемый во время загрузки, как и в предыдущих версиях ОС Windows. Однако в ОС Windows Vista диспетчер сеансов запускает еще одну свою копию для настройки сеанса 0, который выделен исключительно для системных процессов. Процесс диспетчера сеансов для сеанса 0 запускает приложение инициализации Windows (Wininit.exe), процесс подсистемы Windows (Csrss.exe) для сеанса 0, а затем завершает свою работу. Далее приложение инициализации Windows запускает диспетчер управления службами, подсистему локального администратора безопасности и новый процесс – диспетчер локальных сеансов (Lsm.exe), который управляет сеансами терминального сервера на этом компьютере.

       Когда пользователь входит в систему, первоначально  запущенный диспетчер сеансов запускает еще одну свою копию для настройки нового сеанса. Вновь запущенный процесс Smss.exe запускает процесс подсистемы Windows и процесс Winlogon для нового сеанса. На рабочей станции запуск диспетчером сеансов собственных копий для инициализации каждого нового сеанса не дает никаких преимуществ. Но в случае работы на сервере Windows Server, выступающем в роли терминального сервера, копии диспетчера будут работать одновременно, обеспечивая более быстрый вход в систему нескольких пользователей.

       В новой архитектуре все системные  процессы, включая службы Windows, изолированы  в сеансе 0. Если служба Windows, запущенная в сеансе 0, отображает пользовательский интерфейс, служба обнаружения интерактивных  служб (%SystemRoot%\System32\UI0Detect.exe) запускает собственную копию в контексте безопасности любого выполнившего вход администратора и выводит сообщение, показанное на рисунке 1.23. Если администратор принимает предложение просмотреть сообщение, служба выполняет переключение рабочего стола на рабочий стол служб Windows, где администратор получает доступ к пользовательскому интерфейсу службы, а затем переключается назад на свой рабочий стол. На врезке «Просмотр отношений между процессами загрузки» можно более подробно ознакомиться с тем, что происходит во время загрузки системы.