ОС Windows NT. HAL.

Уровень аппаратных абстракций

Одна из целей создания Windows 2000 (и Windows NT) заключалась в возможности переносить систему на другие платформы. В идеале при появлении новой машины для запуска операционной системы на ней нужно всего лишь перекомпилировать операционную систему новым компилятором для данной машины. К сожалению, жизнь не так легка. Хотя можно добиться полной переносимости верхних уровней операционной системы (так как в основном они имеют дело с внутренними структурами данных), нижние уровни работают с регистрами устройств, прерываниями, DMA и другими аппаратными особенностями, которые очень сильно отличаются на разных машинах. Хотя большая часть кода нижнего уровня написана на С, даже ее нельзя просто перенести с процессора Pentium на процессор Alpha, перекомпилировать и перезагрузить, так как существует большое количество мелких различий между этими процессорами, не имеющих отношения к различиям в наборе команд, которые невозможно спрятать компилятором. Ясно представляя себе эту проблему, корпорация Microsoft предприняла серьезные попытки скрыть многие из аппаратных различий в тонком уровне на самом дне системы, названном уровнем аппаратных абстракций (HAL, Hardware Abstraction Layer). (Без всякого сомнения, имя HAL было позаимствовано у компьютера HAL в фильме Стэнли Кубрика «2001: Космическая Одиссея». По слухам, Кубрик получил название своего компьютера из имени доминирующей в то время компьютерной корпорации IBM, в результате вычитания единицы из каждой буквы.)

Работа уровня HAL заключается в том, чтобы предоставлять всей остальной системе абстрактные аппаратные устройства, свободные от бородавок и индивидуальных отличительных особенностей, которыми так богато реальное аппаратное обеспечение. Эти устройства представляются в виде машинно-независимых служб (процедурных вызовов и макросов), которые могут использоваться остальной операционной системой и драйверами. Поскольку драйверы и ядро пользуются службами HAL (идентичными на всех операционных системах Windows 2000, независимо от аппаратного обеспечения) и не обращаются напрямую к устройствам, требуется значительно меньше изменений для их переноса на другую платформу. Перенос самого уровня HAL довольно прост, так как весь машинно-зависимый код сконцентрирован в одном месте, а цель переделки четко определена, то есть заключается в реализации всех служб уровня HAL. В уровень HAL включены те службы, которые зависят от набора микросхем материнской платы и меняются от машины к машине в разумных предсказуемых пределах. Другими словами, он разработан, чтобы скрывать различия между материнскими платами различных производителей, но не различия между процессорами Pentium и Alpha. К службам уровня HAL относятся: доступ к регистрам устройств, адресация к устройствам, независящим от шины, обработка прерываний и возврат из прерываний, операции DMA (Direct Memory Access — прямой доступ к памяти), управление таймерами, часами реального времени, спин-блокировками нижнего уровня и синхронизация многопроцессорных конфигураций, интерфейс с BIOS и доступ к CMOS-памяти. Уровень HAL не предоставляет абстракций или служб для специфических устройств ввода-вывода — клавиатур, мышей или дисков, а также блоков управления памятью MMU.