thumb|275px|La arquitectura de la familia de sistemas operativos de Windows NT se basa en dos capas, (modo usuario y modo núcleo), con distintos módulos dentro de éstas capas.
La familia de los sistemas operativos Windows NT de Microsoft está constituida por versiones como Windows 11 (10.0), Windows 10 (10.0), Windows 8.1 (6.3.9600), Windows 8 (6.2.9200), Windows 7 (6.1.7601), Windows Server 2008, Windows Vista (6.0.6002), Windows Server 2003 (5.2.3790), Windows XP (5.1.2600), Windows 2000 (5.0.2195) y Windows NT. Todos tienen apropiativa y son sistemas operativos reentrantes que han sido diseñados para trabajar tanto con computadoras con un sólo procesador como computadoras de multiprocesamiento simétrico que en inglés es el Symmetrical Multi Processor o SMP. Para procesar las peticiones de entrada/salida (en inglés Input/Output, I/O) acude a una dirección de paquetes de E/S que utiliza peticiones E/S (IRPs) y E/S asíncrona. A partir de Windows XP, Microsoft comenzó a desarrollar sistemas operativos que soportaban 64-bits. Antes sus sistemas operativos estaban basados en un modelo de 32-bits.
La arquitectura de Windows NT es altamente modular y se basa en dos capas principales:
Modo usuario: Cuyos programas y subsistemas están limitados a los recursos del sistema a los que tienen acceso. Modo núcleo: Tiene acceso total a la memoria del sistema y los dispositivos externos. Los núcleos de los sistemas operativos de esta línea son todos conocidos como núcleos híbridos, aunque hay que aclarar que este término está en discusión ya que este núcleo es esencialmente un núcleo monolítico que está estructurado al estilo de un micronúcleo. La arquitectura dentro del modo núcleo se compone de lo siguiente:Examen MCSE 70-215, Microsoft Windows 2000 Server. Capítulo 1, Introducción a Microsoft Windows 2000, pp. 7-18.
Un núcleo híbrido. Una Capa de Abstracción de Hardware (HAL). Controladores o drivers. Executive: Sobre el cual son implementados todos los servicios de alto nivel.
El modo núcleo de la línea de Windows NT está compuesto por subsistemas capaces de pasar peticiones de E/S a los controladores apropiados usando el gestor de E/S. Dos subsistemas crean la capa del modo usuario de Windows 2000: el subsistema de Entorno (ejecuta aplicaciones escritas para distintos tipos de sistemas operativos), y el subsistema Integral (maneja funciones específicas de sistema de parte del subsistema de Entorno). El modo núcleo en Windows 2000 tiene acceso total al hardware y a los recursos del sistema de la computadora. El modo núcleo impide a los servicios del modo usuario y las aplicaciones acceder a áreas críticas del sistema operativo a las que no deberían tener acceso.
El Executive se relaciona con todos los subsistemas del modo usuario. Se ocupa de la entrada/salida, la gestión de objetos, la seguridad y la gestión de procesos. El núcleo se sitúa entre la Capa de Abstracción de Hardware y el Executive para proporcionar sincronización multiprocesador, hilos y programación y envío de interrupciones, y envío de excepciones.
El núcleo también es responsable de la inicialización de los controladores de dispositivos al arrancar. Hay tres niveles de controladores en el modo núcleo: controladores de alto nivel, controladores intermedios y controladores de bajo nivel. El Modelo de controladores de Windows (en inglés Windows Driver Model, WDM) se encuentra en la capa intermedia y fue diseñado principalmente para mantener la compatibilidad en binario y en código fuente entre Windows 98 y Windows 2000. Los de más bajo nivel también son un legado de los controladores de dispositivos de Windows NT que controlan directamente un dispositivo, o pueden ser un bus hardware PnP.
Modo Usuario El modo usuario está formado por subsistemas que pueden pasar peticiones de E/S a los controladores apropiados del modo núcleo a través del gestor de E/S (que se encuentra en el modo núcleo). Dos subsistemas forman la capa del modo usuario de Windows 2000: el subsistema de Entorno y el subsistema Integral.
El subsistema de entorno fue diseñado para ejecutar aplicaciones escritas para distintos tipos de sistemas operativos. Ninguno de los subsistemas de entorno puede acceder directamente al hardware, y deben solicitar el acceso a los recursos de memoria a través del Gestor de Memoria Virtual que se ejecuta en modo núcleo. Además, las aplicaciones se ejecutan a menor prioridad que los procesos del núcleo. Actualmente hay tres subsistemas de entorno principales: un subsistema Win32, un subsistema OS/2 y un subsistema POSIX.
El subsistema de entorno Win32 puede ejecutar aplicaciones Windows de 32-bits. Contiene la consola además de soporte para ventanas de texto, apagado y manejo de errores graves para todos los demás subsistemas de entorno. También soporta Máquinas Virtuales de DOS (en inglés, Virtual DOS Machine, VDM), lo que permite ejecutar en Windows aplicaciones de MS-DOS y aplicaciones de 16-bits de Windows 3.x (Win16). Hay una VDM específica que se ejecuta en su propio espacio de memoria y que emula un Intel 80486 ejecutando MS-DOS 5. Los programas Win16, sin embargo, se ejecutan en una VDM Win16. Cada programa, por defecto, se ejecuta en el mismo proceso, así que usa el mismo espacio de direcciones, y el VDM de Win16 proporciona a cada programa su propio hilo de ejecución para ejecutarse. Sin embargo, Windows 2000 permite a los usuarios ejecutar programas Win16 en una VDM de Win16 separada, lo que permite al programa ser una multitarea prioritaria cuando Windows 2000 ejecute el proceso VDM completo, que contiene únicamente una aplicación en ejecución. El subsistema de entorno de OS/2 soporta aplicaciones de 16-bits basadas en caracteres y emula OS/2 1.x, pero no permite ejecutar aplicaciones de 32-bits o con entorno gráfico como se hace en OS/2 2.x y posteriores. El subsistema de entorno de POSIX sólo soporta aplicaciones que cumplan estrictamente el estándar POSIX.1 o los estándares de ISO/IEC asociados.
El subsistema integral se encarga de funciones específicas del sistema operativo de parte del subsistema de entorno. Se compone de un subsistema de seguridad, un servicio de terminal y un servicio de servidor. El subsistema de seguridad se ocupa de los recibos de seguridad, permite o deniega acceso a las cuentas de usuario basándose en los permisos de los recursos, gestiona las peticiones de comienzo de sesión e inicia la autenticación, y determina qué recursos de sistema necesitan ser auditados por Windows 2000. También se encarga del Directorio Activo (en inglés, Active Directory). El servicio de terminal es una API al redirector de red, que proporciona el acceso a la red a la computadora. El servicio de servidor es una API que permite a la computadora proporcionar servicios de red.
Modo núcleo El modo núcleo de Windows 2000 tiene un acceso completo al hardware y a los recursos del sistema de la computadora y ejecuta su código en un área de memoria protegida. Controla el acceso a la planificación, priorización de hilos, gestión de memoria y la interacción con el hardware. El modo núcleo impide que los servicios y las aplicaciones del modo usuario accedan a áreas críticas del sistema operativo a las que no deberían tener acceso. En lugar de ello, deben pedir al núcleo que realice esas operaciones en su nombre.
El modo núcleo está formado por servicios executive, que a su vez están formados por varios módulos que realizan tareas específicas, controladores de núcleo, un núcleo y una Capa de Abstracción del Hardware o HAL.
Executive
El Executive se relaciona con todos los subsistemas del modo usuario. Se encarga de la Entrada/Salida, la gestión de objetos, la seguridad y la gestión de procesos. Está dividido informalmente en varios subsistemas, entre los que se encuentran el Gestor de Caché, el Gestor de Configuración, el Gestor de Entrada/Salida, las Llamadas a Procedimientos Locales, el Gestor de Memoria, el Gestor de Objetos, la Estructura de Procesos, y el Monitor de Referencias de Seguridad. Todos juntos, los componentes pueden ser llamados Servicios Executive (nombre interno Ex). Los Servicios del Sistema (nombre interno Nt), por ejemplo las llamadas al sistema, se implementan en este nivel también, excepto unas pocas que son llamadas directamente dentro de la capa del núcleo para obtener un mejor rendimiento.
El Gestor de Objetos (nombre interno Ob) es un subsistema especial del Executive por el cual todos los otros subsistemas del Executive, especialmente las llamadas al sistema, deben pasar para obtener acceso a los recursos de Windows 2000. Esto hace que sea esencialmente un servicio de infraestructuras de gestión de recursos.
El gestor de objetos se usa para evitar la duplicación de la funcionalidad de la gestión de objetos de recursos en los otros subsistemas del executive, que potencialmente podría llevar a errores y complicar el diseño de Windows 2000.Mark Russinovich (Octubre de 1997). Dentro del Gestor de Objetos de NT. Introducción (en inglés). Para el gestor de objetos, cada recurso es un objeto, independientemente de si el recurso es un recurso físico (como un sistema de archivos o un periférico) o un recurso lógico (como un archivo). Cada objeto tiene una estructura o tipo de objeto que el gestor de objetos debe conocer.
La creación de objetos es un proceso realizado en dos fases, creación e inserción. La creación provoca la asignación de un objeto vacío y la reserva de los recursos necesarios por el gestor de objetos, como por ejemplo un nombre (opcional) en el espacio de nombres. Si la creación se realiza correctamente, el subsistema responsable de la creación rellena los datos del objeto.Mark Russinovich (Octubre de 1997). Dentro del Gestor de Objetos de NT. Tipos de Objetos (en inglés). Finalmente, si el subsistema considera que la inicialización fue correcta, avisa al gestor de objetos para que inserte el objeto, inserción que hace que sea accesible a través de su nombre (opcional) o una cookie llamada puntero. Desde ese momento, la vida del objeto es controlada por el gestor de objetos, y es obligación del subsistema mantener el objeto en funcionamiento hasta que sea marcado por el gestor de objetos para su liberación.
El propósito de los punteros es similar al de los descriptores de archivo de UNIX, en los que cada uno representa una referencia a un recurso del núcleo a través de un valor oscuro. De forma similar, abrir un objeto a partir de su nombre está sujeto a comprobaciones de seguridad, pero trabajar a través de uno ya existente sólo está limitado al nivel de acceso necesario cuando el objeto es abierto o creado. De manera diferente a los descriptores de archivo de UNIX, múltiples punteros de Windows pueden referenciar al mismo objeto (mientras que los descriptores de archivo pueden ser duplicados, los duplicados referencian al mismo nodo de archivo, pero a una única descripción de archivo).
Los tipos de objeto definen los procedimientos de los mismos y sus datos específicos. De esta forma, el gestor de objetos permite a Windows 2000 ser un sistema operativo orientado a objetos, ya que los tipos de objetos pueden ser considerados como clases polimórficas que definen objetos. Sin embargo, la mayoría de los subsistemas confían en la implementación por defecto para todos los tipos de objeto de los procedimientos.