Windows內(nèi)核原理與實現(xiàn)

第1章  概述          1 1.1  操作系統(tǒng)基礎(chǔ)        2 1.1.1  計算機系統(tǒng)的硬件資源管理    2 1.1.2  為應(yīng)用程序提供執(zhí)行環(huán)境         5 1.2  學習操作系統(tǒng)之必備知識   7 1.3  Windows操作系統(tǒng)發(fā)展歷史        9 1.4  Windows內(nèi)核的版本    11 1.5  操作系統(tǒng)的研究與發(fā)展        13 1.6  本章總結(jié)        16 第2章  Windows系統(tǒng)總述 17 2.1  現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)   17 2.2  Windows系統(tǒng)結(jié)構(gòu)        18 2.2.1  Windows內(nèi)核結(jié)構(gòu)     20 2.2.2  Windows內(nèi)核中的關(guān)鍵組件     22 2.2.3  Windows子系統(tǒng)         32 2.2.4  系統(tǒng)線程和系統(tǒng)進程         35 2.3  關(guān)于Windows研究內(nèi)核       37 2.3.1  WRK包含了什么        38 2.3.2  WRK源代碼說明        39 2.3.3  本書對WRK源代碼的引用       41 2.4  Windows內(nèi)核的基本概念    42 2.4.1  處理器模式         43 2.4.2  內(nèi)存管理    44 2.4.3  進程和線程管理         46 2.4.4  中斷和異常         48 2.4.5  同步    51 2.5  Windows內(nèi)核中的公共管理設(shè)施        53 2.5.1  Windows內(nèi)核中的對象管理     53 2.5.2  注冊表和配置管理器         61 2.5.3  事件追蹤（ETW）     72 2.5.4  安全性管理         75 2.6  Windows引導(dǎo)過程        81 2.6.1  內(nèi)核加載    82 2.6.2  內(nèi)核初始化         85 2.6.3  建立用戶登錄會話    90 2.7  本章總結(jié)        96 第3章  Windows進程和線程     97 3.1  進程基本概念        97 3.1.1  多進程模型         98 3.1.2  進程與程序         99 3.2  線程基本概念        102 3.2.1  線程模型    102 3.2.2  線程調(diào)度算法    104 3.2.3  線程與進程的關(guān)系    106 3.3  Windows中進程和線程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)    106 3.3.1  內(nèi)核層的進程和線程對象         106 3.3.2  執(zhí)行體層的進程和線程對象    118 3.4  Windows的進程和線程管理        129 3.4.1  Windows進程的句柄表     129 3.4.2  獲得當前線程或進程         135 3.4.3  進程和線程的創(chuàng)建過程    136 3.4.4  進程和線程的結(jié)束處理    146 3.4.5  系統(tǒng)初始進程和線程         148 3.5  Windows中的線程調(diào)度        150 3.5.1  線程優(yōu)先級         150 3.5.2  線程狀態(tài)轉(zhuǎn)移    153 3.5.3  時限管理    163 3.5.4  優(yōu)先級調(diào)度和環(huán)境切換    165 3.6  進程和線程運行狀態(tài)監(jiān)視工具   171 3.6.1  ProcMon使用示例     171 3.6.2  ProcMon實現(xiàn)原理     173 3.7  本章總結(jié)        174 第4章  Windows內(nèi)存管理 175 4.1  內(nèi)存管理概述        176 4.1.1  頁式內(nèi)存管理    177 4.1.2  段式內(nèi)存管理    181 4.1.3  內(nèi)存管理算法介紹    184 4.1.4  Windows內(nèi)存管理概述     192 4.2  Windows系統(tǒng)內(nèi)存管理        194 4.2.1  系統(tǒng)地址空間初始化         194 4.2.2  系統(tǒng)地址空間內(nèi)存管理    209 4.2.3  系統(tǒng)PTE區(qū)域的管理         223 4.3  進程內(nèi)存管理        229 4.3.1  地址空間的創(chuàng)建和初始化         229 4.3.2  地址空間切換    234 4.3.3  進程地址空間的內(nèi)存管理         235 4.3.4  內(nèi)存區(qū)對象         241 4.4  內(nèi)存頁面交換        250 4.4.1  Intel x86中的PTE       251 4.4.2  軟件PTE：無效PTE和原型PTE       253 4.4.3  頁面錯誤處理    257 4.4.4  Windows的寫時復(fù)制         263 4.5  物理內(nèi)存管理        265 4.5.1  PFN數(shù)據(jù)庫 266 4.5.2  物理頁面的狀態(tài)變化         272 4.5.3  物理頁面鏈表的管理和操作    275 4.5.4  修改頁面寫出器         280 4.5.5  進程/棧交換器   282 4.5.6  低內(nèi)存通知和高內(nèi)存通知         285 4.6  工作集管理   286 4.6.1  Windows工作集管理器     286 4.6.2  平衡集管理器    292 4.7  內(nèi)存監(jiān)視工具MemMon       293 4.7.1  MemMon使用介紹   293 4.7.2  MemMon實現(xiàn)原理   295 4.8  本章總結(jié)        295 第5章  Windows并發(fā)和同步     297 5.1  進程和線程的同步基礎(chǔ)        297 5.1.1  并發(fā)性基礎(chǔ)         298 5.1.2  進程或線程之間的通信    301 5.1.3  經(jīng)典的同步問題         305 5.2  Windows中斷與異常    310 5.2.1  硬件中斷的發(fā)生和處理    311 5.2.2  中斷請求級別（IRQL）     317 5.2.3  中斷對象    320 5.2.4  DPC（延遲過程調(diào)用）      323 5.2.5  時鐘中斷和定時器管理    327 5.2.6  APC（異步過程調(diào)用）      330 5.2.7  異常分發(fā)    336 5.3  不依賴于線程調(diào)度的同步機制   343 5.3.1  提升IRQL實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步   343 5.3.2  互鎖操作    345 5.3.3  無鎖的單鏈表實現(xiàn)    346 5.3.4  自旋鎖         349 5.4  基于線程調(diào)度的同步機制   354 5.4.1  線程進入等待    354 5.4.2  分發(fā)器對象         361 5.4.3  門等待         369 5.4.4  執(zhí)行體資源（executive resource） 370 5.4.5  推鎖（push lock）      373 5.4.6  死鎖    378 5.5  觀察線程同步關(guān)系——DPerfLite         379 5.5.1  DPerfLite使用示例    379 5.5.2  DPerfLite實現(xiàn)原理    381 5.6  本章總結(jié)        382 第6章  Windows I/O系統(tǒng)   383 6.1  I/O概述 384 6.1.1  現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的I/O       384 6.1.2  I/O軟件技術(shù)       388 6.1.3  Windows I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)       390 6.2  I/O管理器      392 6.2.1  驅(qū)動程序初始化         393 6.2.2  驅(qū)動程序?qū)ο蠛驮O(shè)備對象         399 6.2.3  文件對象    404 6.2.4  對象生命周期管理    407 6.3  即插即用管理器   408 6.3.1  即插即用的基本要求         409 6.3.2  Windows中驅(qū)動程序的即插即用支持     410 6.3.3  設(shè)備列舉與設(shè)備樹    411 6.4  電源管理器   414 6.4.1  電源管理概述    414 6.4.2  Windows中的電源管理     417 6.5  設(shè)備驅(qū)動程序        422 6.5.1  設(shè)備驅(qū)動程序分類    423 6.5.2  例子驅(qū)動程序toaster        425 6.5.3  驅(qū)動程序的代碼結(jié)構(gòu)         427 6.5.4  toaster設(shè)備的設(shè)備棧        432 6.5.5  過濾驅(qū)動程序的配置和加載    434 6.5.6  非即插即用驅(qū)動程序         437 6.6  I/O處理 440 6.6.1  I/O請求包（IRP）     440 6.6.2  針對獨立設(shè)備對象的I/O處理 447 6.6.3  處理I/O請求過程中的事項      451 6.6.4  針對設(shè)備棧的I/O處理      461 6.6.5  I/O完成端口       465 6.7  I/O請求監(jiān)視工具IRPMon    468 6.7.1  IRPMon使用介紹       468 6.7.2  IRPMon實現(xiàn)原理       469 6.8  本章總結(jié)        470 第7章  Windows存儲管理 471 7.1  存儲管理概述        471 7.1.1  硬件存儲體系（memory hierarchy）       472 7.1.2  Windows的存儲管理結(jié)構(gòu)         474 7.2  Windows緩存管理        476 7.2.1  Windows緩存空間的內(nèi)存管理         476 7.2.2  緩存管理器的數(shù)據(jù)訪問路徑    483 7.2.3  直接使用系統(tǒng)緩存中的數(shù)據(jù)    486 7.2.4  緩存管理器的預(yù)讀處理    493 7.2.5  緩存管理器的延遲寫         496 7.3  Windows中卷的管理    499 7.3.1  Windows存儲棧結(jié)構(gòu)         500 7.3.2  卷的掛載    504 7.3.3  卷與文件系統(tǒng)    507 7.3.4  文件對象的I/O處理 510 7.4  Windows文件系統(tǒng)        513 7.4.1  文件系統(tǒng)驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)    514 7.4.2  RAW文件系統(tǒng)與FsRtl       519 7.4.3  文件系統(tǒng)的I/O過濾 522 7.4.4  FAT文件系統(tǒng)      530 7.4.5  NTFS文件系統(tǒng)   534 7.5  本章總結(jié)        542 第8章  Windows系統(tǒng)服務(wù) 545 8.1  Windows系統(tǒng)服務(wù)原理        545 8.1.1  Intel x86的用戶模式-內(nèi)核模式切換         545 8.1.2  Windows的用戶模式-內(nèi)核模式切換        550 8.1.3  Windows中的系統(tǒng)服務(wù)分發(fā)     555 8.1.4  增加系統(tǒng)服務(wù)表或表項    562 8.2  LPC（本地過程調(diào)用）服務(wù) 565 8.2.1  LPC結(jié)構(gòu)模型      565 8.2.2  LPC端口和LPC消息 567 8.2.3  LPC通信模型的實現(xiàn) 569 8.2.4  LPC應(yīng)用      575 8.3  命名管道（Named Pipe）服務(wù)    577 8.3.1  命名管道的名稱解析         577 8.3.2  命名管道的通信模型         579 8.3.3  命名管道的實現(xiàn)         581 8.4  郵件槽（Mailslot）服務(wù)       584 8.4.1  郵件槽的名稱解析    584 8.4.2  郵件槽的通信模型    585 8.4.3  郵件槽的實現(xiàn)    586 8.5  SDT顯示工具SDTViewer      588 8.5.1  SDTViewer使用介紹 588 8.5.2  SDTViewer實現(xiàn)原理 589 8.6  本章總結(jié)        590 第9章  Windows系統(tǒng)高級話題 591 9.1  網(wǎng)絡(luò)        591 9.1.1  Windows網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)     591 9.1.2  TDI（傳輸驅(qū)動程序接口）       595 9.1.3  NDIS（網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序接口規(guī)范）    599 9.1.4  Windows Vista及以后版本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)   601 9.2  Windows子系統(tǒng)    603 9.2.1  Windows子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)         603 9.2.2  Windows子系統(tǒng)初始化與GUI線程         607 9.2.3  窗口管理    610 9.2.4  GDI（圖形設(shè)備接口）      620 9.2.5  Windows Vista及以后的子系統(tǒng)變化        627 9.3  內(nèi)核日志        629 9.3.1  內(nèi)核日志記錄器         629 9.3.2  利用內(nèi)核日志信息診斷性能問題    632 9.4  Windows Vista/Server 2008/7的重要變化  640 9.4.1  MinWin工程       640 9.4.2  進程和線程管理         643 9.4.3  內(nèi)存管理    645 9.4.4  I/O處理的改進  647 9.5  本章總結(jié)        650 附錄A  建立WRK工作環(huán)境         651 A.1  編譯WRK       651 A.2  啟動WRK       655 A.3  調(diào)試WRK       658 附錄B  內(nèi)核代碼插入工具KInjectToolKit  665 B.1  KInjectToolKit功能介紹         666 B.2  KInjectToolKit的代碼實現(xiàn)    667 B.3  KInjectToolKit的限制    671 參考資料         673 術(shù)語對照表     681 索引         687