⑦高速缓存管理器和内存管理器 （6）Windows内核
内核是ntosknl.ese中的一组函数以及对于硬件体系结构的底层支持构成的，它完成底层操作系统功能。 （7）硬件抽象层
硬件抽象层（hardware abstract layer, HAL）是一个可加载的、内核模式的模块，它提供了针对Windows当前运行所在硬件平台的底层接口。 （8）设备驱动程序 在Windows XP中，设备驱动程序是可加载的内核模式块（通常以.sys为扩展名），它们是I/O系统和相关设备之间的接口。 3. Windows XP文件组成 Windows XP由成千上万个文件组成，安装后一般在系统盘（通常为硬盘C:）上生成3个文件夹（及其复杂的子文件夹结构）：Documents and Settings、Progream Files和Windows，除少数几个系统文件存储在系统盘根目录中，绝大部分文件存储在者3个文件夹中。
（1）Documents and Settings文件
Documents and Settings文件夹用于保存用户配置信息等 （2）Progream Files文件夹
Progream Files文件夹用于存储安装的Windows操作系统内置的一些应用程序 （3）Windows文件夹
Windows文件夹是系统安装的默许文件夹，其中包含了操作系统的绝大多数系统文件。
4.2Windows处理器管理 4.2.1进程 1.进程概述
进程具有动态性（地址空间的大小和内容都是动态变化的）、独立性（各进程的地址空间相互独立）、并发性（宏观上各进程是同时独立运行的）等特征。它在执行过程中不断地在就绪（ready）、运行（running）和阻塞（blocked）3种状态间运行转换。 2.进程管理
进程是系统资源分配的基本单位，每个Windows进程都是由一个执行体进程块（EPROCESS）来表示的。执行体进程块主要包含： ①线程块（ETHREAD）列表 ②虚拟地址空间描述表 ③对象句柄（handle）列表 4.2.2 线程
为了提高进程内的并发性，进一步提高处理器的利用效率，Windows引入了线程（thread）的概念，把线程作为处理器调度的对象，而把进程作为资源分配的单位。线程表示进程中的一个控制点和一条执行途经，任何进程都可以创建多个并发执行的线程。一个进程至少包括一个线程（通常将线程称为初始线程），进程从初始线程开始进而创建一个或多个线程。Windows XP将线程状态分成7种 ①初始 ②就绪 ③备用
④运行 ⑤终止 ⑥等待 ⑦转换
4.2.3 处理器调度 1.调度概述 Windows XP实现了一个优先级驱动、抢先式调度系统——具有最高优先级的可运行线程总是最先运行，而且该线程可能仅限于在允许它运行的处理器上运行——这种现象称为处理器亲和性（procssor affinity）
总之，Windows是在线程粒度上进行调度的，进程并不直接运行，它只是提供资源和环境，让其线程可以在此环境中运行。 2.优先级别
Windows在内部使用32个优先级别，它们的划分如下：系统级别，其优先级别为0，保留给对系统中空闲物理页面进行清零的零页线程（zero page thread）；可变级别，其优先级别为1~15；实时级别，其优先级别为16~31。
虽然一个进程只有一个基本优先级值，但每个线程有两个优先级值，即基本优先级和当前优先级，处理器的调度是根据当前优先级做出的。
Windows从来不会在实时优先级范围内（16~31）调整线程的优先级，所以它们的基本优先级和当前优先级总是相同的 3.时限
在Windows XP中，时限只有两种设置值：短期限（2个时钟间隔）或长期限（12个时钟间隔）
每个进程在创建时都有时限值，当给线程分配一个新的时限时就会用到该值。在系统内部，此时限值设置为3的倍数，即3作为一个时限单元。 4.处理器调度 Windows XP严格基于线程的优先级来确定哪一个线程将占有处理器，并进入运行状态。
（1）自愿切换
一个线程可能会通过调用某个Windows 等待某个对象，从而由运行状态进入等待状态，自愿放弃对处理器的使用。这时indows选择一个新的线程来运行。 （2）抢先模式
在这种调度中，当一个高优先级的线程变成就绪时，低优先级的线程被抢占。 （3）时限结束
当正在运行的线程用完了其时限，Windows必须决定的优先级是否应该被降低，然后决定是否应该调度另一个线程到当前处理器上来运行。 （4）线程终止
当一个线程结束运行时，它从运行状态变为终止状态。 5.线程优先级提升
线程优先级提升仅适用于动态优先级范围内的线程，即不管如何提升优先级，优先级永远不会超过15而到实时优先级范围内。 4.3 Windows存储管理 4.3.1 内存管理概述
在多任务处理系统中，存储管理的主要任务包括内存的分配和回收、地址变换、内存扩充、内存共享和保护等功能。
1.分区式存储管理
为了支持程序并发执行，引入了分区存储管理，它把内存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一部分分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。
分区式存储管理会使存储器产生碎片（被占用分区内未被利用的空间是内碎片，占用分区之间难以利用的空闲区是外碎片），整理碎片需要内存数据搬移，会占用CPU不少空间。
2.页式和段式存储管理
根据分配时采用的基本单位不同，可以将分配管理方式分为3种：页式存储管理、段式存储管理和段页式存储管理。
所谓页式存储管理，就是将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页（page），而物理内存也划分为同样大小的页帧（page frame）。程序加载时，可将任意一页放入内存的任意一个页帧中，且这些页帧不必连续。在段式存储管理器中，将程序的地址空间划分为若干个段（segment），这样每个进程有一个二维（需要给出段名和段内地址）的地址空间，系统为每个段分配一个连续的分区，而进程中的各个段可不连续地存放在内存的不同分区中。
实模式下程序的逻辑地址表示一个16位的段地址和一个16位的偏移量，段地址乘以16后加上偏移量就得到一个20位的指向内存真实位置的物理地址，所以实模式下程序的最大地址空间是1MB。保护模式程序的最大地址空间是4GB。程序的逻辑地址空间划分为若干可变长度的段，每一段内部又划分为4KB固定大小的页，同时，物理内存也划分为同样大小的页帧。 3.虚拟存储器
其基本思想是：在程序装入时，不必将其全部读入到内存，而只需将当前需要执行的一部分读入内存，就可以让程序开始执行。在程序执行过程中，如果需执行的指令或访问的数据尚未在内存（称为“缺页”），则由处理器将相应的页调入到内存，然后继续执行程序。另一方面，操作系统也将内存中暂时不使用的页调出，保存在外存上，从而腾出空间存放将要装入的程序以及将要调入的页。 虚拟存储技术的引入给用户提供了一个远远大于实际物理内存的虚拟存储空间，使得用户能在较小的内存中执行较大的用户程序，并且可在内存中容纳更多的程序并发执行。
4.3.2 内存管理器 Windows XP的内存管理主要由内存管理器组件实现，它有两个基本任务：一是将一个进程的虚拟地址空间转换或映射到物理内存中；二是当内存被过度提交（指运行线程试图使用比当前可用内存更多的物理内存）时，将内存中的某些内容转移到磁盘上（即页面文件中），并且在以后需要这些内容时再将其读到内存中。 内存管理器是Windows执行体的一部分，位于ntoskrni.exe文件中（在HAL中没有内存管理器的任何部分）。它主要由以下几个部分构成： ①一组执行体系统服务，负责分配、释放和管理虚拟内存
②一个转换无效和访问错误中断处理程序，用于解决硬件检测到的内存管理异常，并代表进程将虚拟页面装入内存。 4.3.3 虚拟地址空间布局与地址转换机制 1.虚拟地址空间的布局结构
对于x86系统的32位Windows操作系统来说，虚拟地址空间为4GB。为了有效地使用和管理，Windows XP对它们的区域划分作了统一的规定：在默许情况下，每个
用户进程可以占用2GB的地址空间（称为用户地址空间），系统占用剩下的2GB地址空间（称为系统地址空间）。需要说明的是，Windows XP支持一个可允许用户地址空间多达3GB的引导时刻选项（在boot.ini文件中设置）使用户地址空间为3GB、系统空间为1GB。 2.地址转换机制 （1）虚拟地址转换 在x86系统中，Windows XP利用二级页表结构来实现虚拟地址到物理地址的变换。一个32位的虚拟地址可被分为3个独立的部分：页目录索引、页表索引和字节索引，这3个部分均是索引值，用于指向描述页映射的结构。页面大小和页表项的宽度决定了页目录和页表索引域的宽度。
在将虚拟地址转换为物理地址时，将涉及下面的基本步骤： ①内存管理硬件找到当前进程的页目录 ②利用页目录索引找到相应的页目录项 ③利用页表索引在页表中找到页表项的位置 ④利用页表项来定位到页面
⑤当该页表项指向一个有效页面时，利用字节索引可定位到物理页面中目标数据的地址上。
4.3.4 内存分配方式 1.用户空间内存分配
（1）以页为单位的虚拟内存分配方式
在应用程序的地址空间，页面有3种状态：空闲（free）、被保留（reseved）或已被提交（committed）。 （2）内存映射文件
内存映射文件的基本思想是：在虚拟地址空间中保留一段地址空间，并把目标文件的全部或部分映射到这个空间中，使用户可以访问内存的方式直接操作文件中的数据。
（3）内存堆方式
在系统初始化时，内存管理器创建了两种类型的动态大小的内存池，内核模式的组建从这两种内存池中分配系统内存。 ①非分页池 ②分页池
4.3.5 缺页处理与页面文件 1.缺页处理 2.页面调入I/Q 3.页面文件
在Windows XP中，系统最多可支持16个页面文件，每个页面文件大小最大可达4GB。由系统管理页面文件时，在默许情况下，最小的页面文件大小值为RAM的大小（当系统内存小于1GB时）国RAM的1.5倍（当系统内存大小等于1GB时），最大的页面文件大小值为RAM的3倍。 4.3.6 工作集与物理内存管理
内存的访问速度远远高于外存的访问速度，若频繁地进行缺页处理——从外存中调入页面，则会大大降低系统性能。工作集是指驻留在物理内存中的虚拟页面的子集。
1.页面调度策略
2.工作集管理
3.平衡集管理器和交换程序 4.系统工作集
正如进程拥有工作集一样，操作系统中可分页的代码和数据也是通过一个系统工作集来管理的。系统工作集中可以驻留5种不同类型的页面：系统高速缓存页面、分页缓冲池、ntoskrnl.exe中可分页的代码和数据、设备驱动程序中可分页的代码和数据以及系统映射试图。 4.4 Windows文件管理
计算机中的程序和数据通常都以文件的形式存放在磁盘或其他外存储器上，用户或程序必须通过文件操作才能使用它们。文件管理是通过目录来完成的，而目录又是建立在分区卷基础上的。操作系统中文件和目录操作相关的子系统称为文件管理系统。
4.4.1 基本概念 1.文件
自Windows 95以来的版本，文件系统允许使用长文件名，即可用长达255个字符的名字来命名文件。 2.文件目录（文件夹）
Windows XP中的文件目录称为文件夹，它采用多级层次式结构（也称为树状结构）。在这种结构中，每一个磁盘（或磁盘上的分区）有若干文件夹，文件夹不但可以包含文件，而且还可以包含下一级的文件夹，这样依次推广下去就形成了多级层次文件夹结构。多级文件夹既方便用户查找文件，又可以把不同类型和不同用途的文件分类存储，还允许文件重名。 3.有关存储的术语 （1）磁盘
磁盘（disk）是一种物理存储设备，泛指硬盘（及移动硬盘）、软盘、光盘和优盘等外部存储器。 （2）扇区
扇区（sector）是磁盘上固定大小、可寻址的存储块。 （3）簇
簇（cluster）是许多文件系统使用的可寻址数据块，磁盘空间的分配通常以簇为基本单位。
（4）分区
硬盘的第一个扇区（第0面、第0磁道上的第1个扇区）称为分区扇区，该扇区中存储有一小段启动程序和一张分区表。在PC启动时，BIOS会读取分区扇区，然后由分区扇区中的启动程序转入活动分区中的引导扇区来运行引导程序。 （5）卷 卷（volume）分为简单卷（simple volume）和多分区卷（multipartition volume）。 通常所说的卷，是在基本盘上格式化的主分区或逻辑驱动器，用户所使用的每个盘均是一个卷。
（6）基本盘与动态盘
基本盘是一种可由MS-DOS和所基于Windows操作系统访问的物理磁盘，这是PC中最常见的磁盘类型。
动态盘是一种通过Windows 2000、Windows XP（及其后一些版本）才能访问的磁