Windows zevnitř – user mode a kernel mode

Windows zevnitř – user mode a kernel mode

Když spustíš prohlížeč, hru nebo textový editor, aplikace nemá přímý a neomezený přístup k hardwaru ani k nejcitlivějším částem Windows.

Tvým úkolem je vytvořit vlastní technickou mapu Windows, která ukáže, jak spolu souvisejí:

uživatel → aplikace → operační systém → ovladače → hardware

a hlavně kde leží hranice mezi:

USER MODE a KERNEL MODE.

Výsledkem nebude referát. Vytvoříš přehledný technický diagram, ze kterého musí být princip systému pochopitelný i bez dalšího vysvětlování.

1. Vytvoř technickou mapu

Pro tvorbu můžeš použít například:

• PowerPoint,

• Word,

• diagrams.net,

• jiný vhodný nástroj pro tvorbu diagramů.

Doporučená orientace je na šířku.

Rozděl diagram na tři hlavní části:

USER MODE

Sem umísti například:

• běžné aplikace,

• systémovou službu.

Uživatele zobraz mimo tyto systémové vrstvy jako člověka, který pracuje s aplikacemi.

KERNEL MODE

Sem umísti:

• kernel / jádro OS,

• privilegovanou část systému,

• ovladačovou vrstvu.

Poznámka: Ovladače nemusí vždy běžet pouze v kernel mode. Pro tento diagram zobraz alespoň jeden běžný příklad kernel-mode ovladače.

HARDWARE

Hardware zobraz jako samostatnou fyzickou vrstvu.

Může obsahovat například:

• CPU,

• RAM,

• SSD,

• GPU,

• klávesnici,

• síťovou kartu.

Mezi USER MODE a KERNEL MODE musí být v diagramu jasně viditelná hranice.

2. Povinné prvky diagramu

V mapě musí být minimálně:

• uživatel,

• aplikace,

• systémová služba,

• USER MODE,

• hranice mezi user mode a kernel mode,

• KERNEL MODE,

• kernel / jádro operačního systému,

• ovladač,

• hardware.

Ke každé hlavní části napiš jednu krátkou větu, která vysvětluje její úlohu.

Text piš vlastními slovy.

3. Přidej konkrétní příklady

Do diagramu doplň minimálně 6 konkrétních příkladů.

Musíš mít alespoň:

• 2 konkrétní aplikace,

• 1 systémovou službu,

• 2 konkrétní zařízení nebo ovladače,

• 1 hardwarovou součást.

Například u aplikací nepoužívej jen obecný box APLIKACE, ale doplň skutečné programy, které znáš.

4. Nakresli komunikaci

Pomocí šipek ukaž, jak spolu jednotlivé části komunikují.

Dbej na to, aby diagram netvrdil, že běžná aplikace jednoduše komunikuje přímo s hardwarem bez zapojení operačního systému a ovladačové vrstvy.

Šipky musí být:

• přehledné,

• logické,

• snadno sledovatelné.

5. Zakresli tři reálné situace

Do stejného diagramu zakresli tři konkrétní cesty systémem.

Každou označ jinou barvou nebo číslem.

Situace A – Uložení dokumentu

Uživatel pracuje v textovém editoru a uloží dokument na SSD.

Zakresli cestu požadavku od uživatele až k úložišti.

Pod diagram napiš 2–3 věty, ve kterých vysvětlíš:

• co probíhá v user mode,

• kde požadavek přechází do kernel mode,

• kde se zapojuje ovladač a hardware.

Situace B – Hra vykreslí obraz

Uživatel hraje hru a ta potřebuje zobrazit novou scénu pomocí grafické karty.

Zakresli cestu:

uživatel → hra → systém → GPU

Pod diagram opět napiš 2–3 věty, které cestu vysvětlí.

Situace C – Stisk klávesy

Uživatel stiskne klávesu a aktivní aplikace na vstup zareaguje.

Zakresli cestu od:

klávesnice

až k:

aplikaci

Pod diagram napiš 2–3 věty, které vysvětlí, jak se informace dostala z hardwaru až do programu.

6. Praktické ověření – aplikace

Na školním počítači otevři:

Ctrl + Shift + Esc

a spusť Správce úloh.

Najdi proces aplikace, ve které právě vytváříš svůj diagram.

Například:

• PowerPoint,

• Word,

• webový prohlížeč.

Pořiď 1 screenshot, na kterém je proces vidět.

Pod screenshot napiš jednu krátkou větu:

Co tento screenshot ukazuje ve vztahu k tvému diagramu?

7. Praktické ověření – hardware

Otevři:

Správce zařízení

Rozbal jednu hardwarovou kategorii, která souvisí s tvým diagramem.

Například:

• Grafické adaptéry,

• Klávesnice,

• Síťové adaptéry,

• Diskové jednotky.

Pořiď 1 screenshot, na kterém je vidět rozbalená kategorie a konkrétní zařízení.

Pod screenshot napiš jednu krátkou větu:

Jak toto zařízení souvisí s ovladačem a operačním systémem v tvém diagramu?

8. Čtyři otázky

Na závěr odpověz vlastními slovy.

1.

Proč pád běžné aplikace v user mode obvykle neznamená pád celých Windows?

2.

Proč může být chyba ovladače běžícího v kernel mode závažnější než chyba běžné aplikace?

3.

Je systémová služba automaticky součástí kernel mode?

Odpověď vysvětli.

4.

Představ si, že běžná aplikace může přímo zapisovat do libovolné části paměti jádra.

Jaké dva různé problémy by to mohlo způsobit?

Bezpečnost při práci

Ve Správci úloh ani ve Správci zařízení během úkolu nic neměň.

• neukončuj neznámé systémové procesy,

• nezakazuj zařízení,

• neodinstalovávej ovladače,

• neaktualizuj ovladače,

• neměň systémové služby,

• neprováděj administrátorské zásahy.

Tyto nástroje používáš pouze k pozorování systému a pořízení důkazů.

Kontrola před odevzdáním

Zkontroluj, že:

• je jasně oddělený USER MODE, KERNEL MODE a hardware,

• máš v diagramu všechny povinné prvky,

• použil jsi minimálně 6 konkrétních příkladů,

• aplikace nejsou zakreslené přímo k hardwaru bez zprostředkování systému,

• máš zakreslené všechny 3 situace,

• každou situaci jsi stručně vysvětlil,

• máš screenshot Správce úloh,

• máš screenshot Správce zařízení,

• pod oběma screenshoty je vlastní vysvětlení,

• odpověděl jsi na všechny 4 otázky,

• diagram je přehledný a čitelný.

Odevzdání:

Odevzdej jeden soubor ve formátu PPTX, DOCX nebo PDF.

Soubor musí obsahovat:

• vlastní technický diagram,

• všechny 3 zakreslené situace,

• krátká vysvětlení,

• 2 screenshoty z tvého školního PC,

• odpovědi na všechny 4 otázky.

Název souboru:

ITE2_OS_H03_Prijmeni_Jmeno.pptx

nebo:

ITE2_OS_H03_Prijmeni_Jmeno.docx

nebo:

ITE2_OS_H03_Prijmeni_Jmeno.pdf

Hotový soubor odevzdej v Microsoft Teams ve svém třídním týmu do příslušné očíslované složky tohoto úkolu.