windows操作系统的现状和发展方向

windows操作系统的现状和发展方向

一、Longhorn概貌

当我们研究公开的文告、泄露出来的Alpha代码、白皮

书、开发者会议进程——再加上些许推测——微软下一个操

作系统的轮廓逐渐清晰起来。当然，鉴于预定的发布日期是

2005年，事情肯定会发生一些变化——但我们仍可以看到下

面这些几乎已经确定的Longhorn核心特征。

新买的PC将会预装Longhorn，对于想要升级的用户，

Longhorn将会以一张可启动的CD发布。安装时，CD映像复

制到硬盘后，系统将启动到一个Windows预安装环境

（PreinstallationEnvironment）。安装时间将缩短至15

分钟。

鉴于近期安全问题的突出，可以料想Longhorn将会比

XP有更严格的默认安全配置，例如，Internet连接防火墙

将默认启用。有人宣称微软将提供杀病毒功能，但可以相信

这应该是一种误解，微软真实的打算可能是扩充一些API，

使得第三方杀病毒厂商能够进一步深入到OS，从而便于提供

更强大的杀毒功能，例如允许企业服务器远程扫描客户PC。

Longhorn承诺大幅度改进Windows的用户界面。新的用

户界面，代码名称是Aero，将真正发挥3D能力，极大地提

高对缩放、透明、动画的支持。在Aero中，每一个应用程

序可以象独占整个显示画面一样操作，这些画面经过

Longhorn的桌面复合引擎（DesktopCompositingEngine）

重叠、缩放、变异处理后，形成显示器上的最终输出。由于

采用了这一技术，操作系统将可以使用更多的显示技巧，例

如最小化窗口时逐渐将窗口收缩为一个缩略图，同时缩小但

不改变窗口的内容。

Aero会对硬件提出更高的要求，因此微软打算为Aero

引入多个层次的表现效果。最完善的Aero效果称为Tier2，

它要求有高性能的3D图形硬件，目前估计需要64MB到128

MB的视频内存、兼容DirectX9、硬件3D加速功能。对于

硬件能力不足的环境，Aero允许以Tier1模式运行，Tier1

模式图形表现能力略差，但兼容能力更好。

其他图形系统方面的改进还包括：提高分辨率和颜深度，

可能集成颜管理能力。为了提高稳定性和可靠性，

Longhorn将有一组新的API和一个新的驱动程序模型，另外，

Tier2模式显然还会要求经过签名的图形驱动程序。

鉴于微软多次提及BroadBench显示系统（一种抛物线

形的计算机屏幕，大小与桌面相仿）以及它对多监视器系统

提高效率方面的研究，可以猜想，Longhorn还会自豪地推出

某种改进的多监视器支持。

除了Aero带来的视觉享受之外，Longhorn还很可能对

基本的UI作重要的改进。多年以来，微软一直在鼓吹（同

时逐步地实现）“基于任务”的用户界面。基于任务的UI

建立在这样一种思路上：人们要做的不是启动一个应用程序

或打开一个文档，而是直接指出自己要做的事情，例如写信、

发传真，等等。

可以猜想，基于任务的UI将在MyPictures文件夹之

类的地方表现得特别明显。例如，我们不必再启动一个图形

编辑软件然后装入图形，现在只要转到MyPictures文件夹，

就可以编辑图形、创建幻灯片，或者执行其他文件管理任务，

也许根本不会意识到离开过文件浏览界面。实际上，一些泄

漏出来的Alpha版本确实已经包含了库（Library），它们

从多个文件夹收集不同类型的对象（图形、文档，游戏），

然后放入一个便于访问的虚拟容器。Longhorn还有可能包含

一个MyContacts文件夹，与MyDocuments、MyPictures

和MyMusic文件夹并列。

在一些UI概念的演示中，许多新的组件用一种基于XML

的配置语言定义，令人想起微软曾经试图通过Active

Desktop将HTML集成到桌面环境的努力。Sidebar就是这些

新的组件之一，它是一个桌面上的面板，其中包含一些可以

连接到本地或远程资源的“瓦片”（Tiles）。应用程序可

以选择提供“瓦片”来替代托盘图标。泄漏出来的Alpha版

本包含许多“瓦片”，诸如Synchronize（同步程序）、Most

FrequentApps（最常用的应用程序）、WindowsMediaPlayer、

Search等。新的控制面板包括父母控制选项，例如限制登录

时间、只允许玩ESRB（EntertainmentSoftwareRating

Board）分级机构指定的游戏。

Longhorn还承诺在多媒体方面作出改进。Longhorn将

包含一个UAA（UniversalAudioArchitecture，通用音频

体系结构）驱动程序体系，其基本思路是，就象默认的VGA

显示驱动程序能够利用任何显示适配器提供基本的显示功

能一样，UAA的功能就是提供不依赖于具体音频适配器的基

本音频功能。此外，UAA的另一个设计目标是简化音频外围

设备的安装，支持数字版权管理技术，据推测可能还有所谓

的“无杂音”（Flitch-Free）音频技术。

微软还打算简化操作系统的音频控制。Longhorn将提供

一个集中式的音频控制面板，带有GFX（GlobalEffect）功

能，使得系统混频器和音频驱动程序之间能够插入表现效

果。它会让用户针对不同的场景设置音频个性配置文件，同

时为应用程序提供钩子（Hook），应用程序可以根据不同的

环境相应地调整音频效果。例如，你可以放心地欣赏音乐，

却不必担心突如其来的即时通信系统（QQ、MSMessenger

等）提示呼叫影响效果。

另外，Longhorn还将提供一个媒体内容安全的框架，通

过WMDM（WindowsMediaDeviceManager）和MTP（Media

TransferProtocol，媒体传输协议）为移动音频设备提供

更加直接的接口。

二、未来的开发工具

开发者需要尽早获得与新平台兼容的开发工具，否则的

话他们就不能编写应用程序来展示新的功能。另一方面，新

的开发工具本身也透露出未来平台的信息。

Longhorn的发行日期不会早于2005，微软计划分两个

阶段揭示新版的VisualStudio，其代码名称分别是Whidbey

和Orcas。2004年会有一个Whidbey的项目发行，它将能够

在当前安装了.ET的平台和Longhorn上运行，它编译的应

用程序也一样。一个新的SQLServer版本，代码名称Yukon，

将随同Whidbey一起发布。Orcas预期与Longhorn一起发布，

它将全面支持Longhorn的新功能。

2.1Whidbey

十月末的微软专业开发者大会（PDC）上Whidbey的

Beta测试已经启动，PDC2003的大部分内容都与Whidbey

有关。对开发者影响最大的是语言方面的改进，由于所

有.ET编程语言都依赖于同一个公共语言运行时环境

（CLR），你也许认为各种语言的特征会有重叠，但在

Whidbey中，它们表现出了更多的差异。

■VisualBasic：

VB方面的改进围绕提高开发效率进行，承诺只用原来

一半的代码就可以完成常见的任务。VB开发环境将自动生

成常见任务的代码，提出程序错误的修正建议，很象Word

提出的拼写错误修改建议。

■VisualC#：

VC#将集成许多新的语言特性，它们来自一些少有人知

的编程语言，诸如CLU、Icon和Sather。语言方面的改进

目标是简化某些任务，方便代码重用，允许将类型定义分

离到多个模块。

■VisualJ#：

追随微软的程序员再也不必担心微软Java虚拟机的消

失，VJ#能够自动将现有的JavaApplet编译成.ET托管代

码。VJ#还将能够创建可供其它.ET语言使用的类。

■VisualC++：

历史悠久的VC++也将获得全面升级，包括其运行库、

MFC（MicrosoftFoundationClasses）、通过分析正在开

发的程序执行高级代码优化，以及对WindowsFusion的全

面支持。

Whidbey还将带来UI的革新。WindowsForms作为

Windows客户端应用程序的设计工具，将增添新的组件，其

中包括一个Office风格的工具栏、托管代码的Web浏览器

控件、一个新的数据绑定网格控件。用来设计Web

应用，也将增加新的组件，例如MasterPages功能将为控

制整个项目所有页面的布局和风格带来方便。

部署机制的改进包括回退到前一版本的功能、包

含.ET框架的选项。无人值守部署将使得应用程序能够自

动获取和使用补丁，而代码访问安全机制将防止恶意程序

利用这一功能。

2.2Orcas

虽然Orcas要到与Longhorn一起发布之前才会进入

Beta测试，但现在已经可以得知它的一些特点。微软说

Orcas将支持Longhorn的“可信赖计算”模型、WinFS存

储系统以及Longhorn中用户界面方面的改进。

Orcas将支持使用通用建模语言（UML）的模型驱动的

开发，可能为UML加入微软私有的扩展。开发者将能够利

用UML在较高的层次上定义数据和处理流程，自动生成匹

配模型的代码，就象Java开发者在五年之前就开始做的那

样。Whidbey将包含UML的一个初级版本。

也许对于开发者来说，最重要的是Orcas将全面支持

Longhorn的“托管接口”。.ET中的托管代码提高了类型

安全性和可靠性；在Longhorn下，WindowsAPI将全部由

托管代码构成。

2.3Yukon

Yukon已进入有限Beta测试阶段，微软已经公开一些

细节。SQLServer2000的所有功能都将保留，同时Yukon

将增加对64位处理器的支持，增强SQLServer编程语言

T-SQL的支持。Yukon将直接支持.ET框架的CLR，因此基

于Yukon的程序可以用任何.ET语言编写。

XML和Web服务的重要性越来越突出，作为回应，Yukon

将以XML格式保存非关系型的数据，并直接支持Web服务，

基于Yukon的Web服务能够将Yukon的功能带给原本不支

持Yukon的环境。

三、可信赖计算

WindowsXP要比9x系列的操作系统安全和稳定得多，

但是一连串的漏洞、修补漏洞的补丁、利用漏洞发起攻击

的蠕虫又显示出微软还有很长一段路要走。改进安全性不

仅仅是一个修补Bug和补救设计疏忽的问题，它还意味着

提供这样一个平台，这个平台内含的功能使得设计者和用

户能够执行安全的、可信赖的计算。

微软的战略是继续评估其代码中存在问题的领域并发

布补丁，同时开始将更多的开发工作转移到使用.ET框架

的托管代码，以避免可能影响安全性的常见错误。就长期

目标而言，微软正在开发一个野心勃勃的新式基础结构

——以前叫做Palladium，现在则改成了一个笨拙的缩写词

GSCB（读作“ing-scub”），全称是ext-Generation

SecureComputingBase。

尽管有人嘲笑GSCB只不过是一种强制许可限制和实现严格

DRM（数字版权管理）技术的升级版，但其设计目标是提供

这样一种功能，这种功能确保应用程序确实就是它们所宣称

的那样，它们的角和权限受到适当的限制，可以可靠地采

用高强度加密技术建立起可信赖的平台，为信息交换和交易

提供安全的服务。

要使用GSCB功能，主板必须带有SSC/TPM（Secure

SupportComponent/TrustedPlatformModule，即安全支

持组件/可信赖平台模块），还要有支持GSCB的处理器和

芯片组、经过改装的外围设备。在处理器方面，Intel已在

讨论有关LaGrande技术的计划，这种技术将提供诸如保护

安全内存（即使是对于DMA访问）引擎之类功能。从即将出

现的PrescottCPU及其支持芯片组开始，Intel将在它的芯

片组中提供LaGrande技术。

GSCB提供了一种额外的运行模式，软件可以在需要执

行敏感任务时随时切换进入这种模式。想象一个三层的蛋糕

模型，底层是硬件，中间是内核模式的软件（例如操作系统

核心），顶层是用户模式的软件，例如应用程序。在概念上，

GSCB将把每一层分成两个部分。

左边的部分就是现在的硬件/软件运行情况，它仍象以

前一样工作；右边的一部分则属于安全区域。应用程序通常

在左边的一部分运行，直到需要某种安全服务时，它们才临

时地切换到右边的部分。

在右边这一部分中，系统提供四种关键性的功能：安全

IO，密封存储，进程高度隔离，以及签证（Attestation）

——数字签名的程序标识。

安全IO意味着流经输入/输出设备和系统的每一比特信

息不仅已经加密（因而很难嗅探），而且经过密码签名（因

而不可能在传递途中被修改）。在GSCB的最初版本中，安

全IO路径具体包括USB设备（包括键盘和鼠标）、CPU和芯

片组、图形控制器，以及连接这些设备的通道。由于这些位

置的信息都得到了保护，这样，恶意软件就很难得逞，例如

很难监视键盘动作，也很难扫描视频内存窃取输出到屏幕的

信息。

密封存储是经过密码加密的安全磁盘存储，只能通过特

定的密钥加密/解密——这样，除非取得明确的授权，否则

一个应用程序就不能偷窥另一程序的密封存储空间中的内

容。进程高度隔离的意义也相似，它意味着一个程序不能分

析或操作另一个程序使用的内存空间。

签证则提供了这样一种机制，这种机制保证每一个应用

程序就是它所声明的那个程序，具体是记录一个加密的校验

和，如果应用程序被修改，校验和就变成非法。其基本思路

是保证特定的数据只能由获得明确授权的应用程序访问

——同时确保应用程序不会被诸如特洛伊木马之类的恶意

程序非法修改。这种层次的安全机制不仅能在独立的系统上

发挥作用，在联网的机器上也同样有效。

管理这些功能并为应用程序提供API的是nexus，这是

一个运行在右边内核层的组件。微软打算在Longhorn中提

供一个基本的nexus——但是，如果你不信任Microsoft，

又该怎么办？

首先，是否使用nexus和GSCB功能完全由用户自己决

定。其次，微软计划向研究机构和有限的用户开放其nexus

源代码。另外，作为一种可选的方案，第三方也可以创建可

替换使用的nexus，这种第三方的nexus不必局限于Windows

设备，因此可以想象的是，具有GSCB功能的Windows客户

程序能够与支持GSCB的Linux或Solaris服务器建立安全

的联系——只要这些环境能够提供相应的支持。

在用户感受方面，GSCB的实际效果在很大程度上还不

能确定，不过微软已经认识到一个高效的UI是至关紧要的。

系统的整体安全性由整个链条上最薄弱的环节决定，而这个

最薄弱的环节往往是用户以及用户作出的判断。例如，今天

的恶意软件之所以扩散得如此之快，很大一部分原因在于用

户浏览网站时，一遇到是否信任某个程序的对话框总是习惯

性地点击“是”。令人感兴趣的是，GSCB允许第三方信任

代理担保应用程序，这就使得企业可以将判断/决策委托给

可信赖的外部实体。

GSCB不是万能的魔法，但它承诺让硬件、操作系统和应用

程序开发者一起协作，在应用程序之间提供更坚固的隔离

墙，堵塞大量可能泄漏敏感信息的机会，这一切应该能够让

系统管理员睡得更安稳一些了。

四、存储系统

在过去的20年中，DOS和Windows的文件存储系统不断

发展。16位的文件分配表（FAT16）在大于2GB的磁盘上

遇到了困难，它的32位的继承者FAT32虽然解决了容量问

题，但仍显得弱不禁风，只要一个字节出错就可能导致整个

文件不能访问。TFS（ewTechnologyFileSystem），自

WindowsT3.5开始引入，使用了一个数据库风格的主文件

表（MasterFileTable），提高了访问文件的可靠性和速

度。

直到现在，无论底层的操作系统是FAT还是TFS，用户

的感觉不外乎层次型的文件夹树形结构，访问某个文件可能

需要在层次结构中跋涉10层甚至20层——这里还有一个前

提，那就是你知道文件的保存位置。如果你不知道文件的保

存位置，那就要向Windows的搜索功能求助。问题是，为什

么我们必须记住文件的保存位置？我们关心的是文件的内

容，而不是它的保存位置。

这个问题不是第一次提出。早在1992年，微软有关Cairo

（Windows2000的代码名称）的早期描述中就提到了一个根

据文件内容而不是位置来访问文件的文件系统。这个项目后

来被搁置，但现在微软告诉我们，它终于要在Longhorn的

WindowsFutureStorage（WinFS）中成为现实了。

WinFS在TFS的基础上增加了一个数据库层，这个数据

库层以即将出现的SQLServer的Yukon版为基础。在WinFS

文件系统中，文件除了我们熟悉的属性，诸如文件名称、大

小、日期，还将通过诸如作者名称、图像大小之类的元数据

建立索引。底层的文件夹分层结构仍将存在，但现在用户使

用的将是相似文件构成的库（Library）。

每个库由一组通过查询WinFS数据库获得的文件构成。

对于泄露出来的LonghornAlpha版，报告称它内建的库包

括：Documents、Games、Music、MyContacts（替代地址簿）、

Picture以及Video。可以设想，Longhorn将允许用户根据

自己的条件创建库。库里面的文件不会移出其所在的文件

夹，实际上，一个文件可以出现在多个库中。用户可以配置

库，使其显示方式匹配文件的内容；当用户创建符合条件的

新文件时，文件会自动出现在库中。

基于XML的文件格式具有自我描述的特点，它们的元数

据很容易被WinFS访问，从而促进这类文件格式的应用。我

们现在还不知道WinFS是否会被移植到其他的Windows版

本，也不知道WinFS是否是Longhorn的默认文件系统。当

前Longhorn的Alpha版中，WinFS还不能实际运作。但是，

当WinFS正式到来时，我们查文件的依据将是它是什么，

而不是它在哪里。

兰州理工大学

继续教育学院

课程设计(论文)报告书

题目windows操作系统的发展现状

班级08计算机科学与技术

学生学号

学生姓名万里明

指导教师王旭阳