《WINDOWS内核原理與實現》掃描版[PDF]

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[WINDOWS内核原理與實現].潘愛民.掃描版.pdf 68.7MB
资源简介
語言: 簡體中文 地區: 大陸 圖書分類: 軟件 中文名: WINDOWS内核原理與實現 發行時間: 2010年5月 資源格式: PDF 版本: 掃描版 簡介:
内容簡介:
本書從操作系統原理的角度,詳細解析了windows如何實現現代操作系統的各個關鍵部件,包括進程、線程、物理内存和虛拟内存的管理,windows中的同步和并發性支持,以及windows的i/o模型。在介紹這些關鍵部件時,本書直接以windows的源代碼(wrk, windows research kernel)爲參照,因而讀者可以了解像windows這樣的複雜操作系統是如何在x86處理器上運行的。在内容選取方面,本書側重于windows内核中最基本的系統部件,同時也兼顧到作爲一個操作系統的完整性,所以,本書也介紹了像存儲體系、網絡、windows環境子系統等,這些雖然并不位于内核模塊但卻支撐整個windows運行的重要部件。在本書最後,也介紹了windows server 2003以後的内核發展和變化。雖然書中有大量關于windows代碼實現的描述,但是本書并沒有羅列wrk中的代碼,即使讀者不對照wrk的源代碼,也可以從這些章節的描述中理解windows的實現機理。在每一個技術專題的介紹中,本書幾乎都提供了一個框架圖,并且有關鍵細節的實現分析,這樣做的意圖是讓讀者既能夠對一項技術有總體上的把握,也通曉關鍵的實現細節。windows操作系統已經有20年曆史了,市面上有大量關于windows技術的文檔和書籍,但是,真正從源代碼來诠釋windows底層機理的,本書還是第一次嘗試。在本書覆蓋的内容中,有相當一部分是第一次以文字形式披露出來的,期望這些内容能消除人們對于windows的神秘感。寫作本書的目的是讓對windows有好奇心的人真正了解到windows中的核心機理,讓計算機專業的學生和老師,以及系統軟件工程師可以快速地領略到windows中先進的系統技術,以及在windows上編寫出更加高效的軟件。本書也配備了一些小工具,通過這些小工具,讀者可以查看内核中的靜态或動态的信息,甚至觀察系統的行爲,可通過internet下載這些工具。
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内容截圖:
目錄: 第1章 概述 1
1.1 操作系統基礎 2
1.1.1 計算機系統的硬件資源管理 2
1.1.2 爲應用程序提供執行環境 5
1.2 學習操作系統之必備知識 7
1.3 windows操作系統發展曆史 9
1.4 windows内核的版本 11
1.5 操作系統的研究與發展 13
1.6 本章總結 16
第2章 windows系統總述 17
2.1 現代操作系統的基本結構 17
2.2 windows系統結構 18
2.2.1 windows内核結構 20
2.2.2 windows内核中的關鍵組件 22
2.2.3 windows子系統 29
2.2.4 系統線程和系統進程 32
2.3 關于windows研究内核 34
2.3.1 wrk包含了什麽 35
2.3.2 wrk源代碼說明 36
2.3.3 本書對wrk源代碼的引用 38
.2.4 windows内核的基本概念 39
2.4.1 處理器模式 40
2.4.2 内存管理 41
2.4.3 進程和線程管理 43
2.4.4 中斷和異常 45
2.4.5 同步 48
2.5 windows内核中的公共管理設施 50
2.5.1 windows内核中的對象管理 50
2.5.2 注冊表和配置管理器 58
2.5.3 事件追蹤(etw) 69
2.5.4 安全性管理 72
2.6 windows引導過程 79
2.6.1 内核加載 79
2.6.2 内核初始化 86
2.6.3 建立用戶登錄會話 91
2.7 本章總結 97
第3章 windows進程和線程 99
3.1 進程基本概念 99
3.1.1 多進程模型 99
3.1.2 進程和程序 101
3.2 線程基本概念 104
3.2.1 線程模型 104
3.2.2 線程調度算法 106
3.2.3 線程和進程的關系 108
3.3 windows中進程和線程數據結構 108
3.3.1 内核層的進程和線程對象 108
3.3.2 執行體層的進程和線程對象 120
3.4 windows的進程和線程管理 131
3.4.1 windows進程中的句柄表 131
3.4.2 獲得當前線程和進程 136
3.4.3 進程和線程的創建過程 137
3.4.4 進程和線程的結束 147
3.4.5 系統初始進程和線程 149
3.5 windows中的線程調度 151
3.5.1 線程優先級 152
3.5.2 線程狀态轉移 154
3.5.3 時限管理 164
3.5.4 優先級調度和環境切換 166
3.6 進程和線程狀态監視工具 172
3.6.1 procmon使用示例 172
3.6.2 procmon實現原理 174
3.7 本章總結 174
第4章 windows内存管理 175
4.1 内存管理概述 176
4.1.1 頁式内存管理 177
4.1.2 段式内存管理 181
4.1.3 内存管理算法介紹 184
4.1.4 windows内存管理概述 192
4.2 windows系統内存管理 194
4.2.1 系統地址空間初始化 194
4.2.2 系統地址空間内存管理 209
4.2.3 系統pte區域的管理 224
4.3 進程虛拟内存管理 229
4.3.1 地址空間的創建和初始化 229
4.3.2 地址空間切換 234
4.3.3 虛拟地址空間的管理 235
4.3.4 内存區對象 241
4.4 内存頁面交換 249
4.4.1 x86中的pte 250
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的寫時複制 263
4.5 物理内存管理 265
4.5.1 pfn數據庫 265
4.5.2 物理頁面的狀态變化 270
4.5.3 物理頁面鏈表的管理和操作 274
4.5.4 修改頁面寫出器 279
4.5.5 進程/棧交換器 281
4.5.6 低内存通知和高内存通知 284
4.6 工作集管理 285
4.6.1 windows工作集管理器 285
4.6.2 平衡集管理器 291
4.7 内存監視工具mem_mon 292
4.7.1 mem_mon使用介紹 292
4.7.2 mem_mon實現原理 293
4.8 本章總結 294
第5章 windows中的并發和同步 295
5.1 進程和線程同步基礎 295
5.1.1 并發性基礎 296
5.1.2 進程或線程之間的通訊 299
5.1.3 經典的同步問題 303
5.2 windows中斷與異常 308
5.2.1 硬件中斷的發生和處理 308
5.2.2 中斷請求級别(irql) 314
5.2.3 中斷對象 317
5.2.4 dpc(延遲過程調用) 320
5.2.5 時鍾中斷和定時器管理 324
5.2.6 apc(異步過程調用) 328
5.2.7 異常分發 333
5.3 不依賴于線程調度的同步機制 340
5.3.1 提升irql實現數據同步 340
5.3.2 互鎖操作 342
5.3.3 無鎖的單鏈表實現 343
5.3.4 自旋鎖 345
5.4 基于線程調度的同步機制 351
5.4.1 線程進入等待 351
5.4.2 分發器對象 358
5.4.3 門等待 365
5.4.4 執行體資源(executive resource) 367
5.4.5 推鎖(push lock) 370
5.4.6 死鎖 375
5.5 使用工具dperflite 376
5.5.1 dperflite使用示例 376
5.5.2 dperflite實現原理 378
5.6 本章總結 379
第6章 windows i/o系統 381
6.1 i/o概述 382
6.1.1 現代計算機系統的i/o 382
6.1.2 i/o軟件技術 386
6.1.3 windows的i/o系統結構 388
6.2 i/o管理器 390
6.2.1 驅動程序初始化 390
6.2.2 驅動程序對象和設備對象 397
6.2.3 文件對象 401
6.2.4 對象生命周期管理 405
6.3 即插即用管理器 406
6.3.1 即插即用的基本要求 407
6.3.2 windows中驅動程序的即插即用支持 408
6.3.3 設備列舉與設備樹 409
6.4 電源管理器 411
6.4.1 電源管理概述 412
6.4.2 windows中的電源管理 415
6.5 設備驅動程序 420
6.5.1 驅動程序分類 420
6.5.2 例子驅動程序toaster 423
6.5.3 驅動程序的代碼結構 425
6.5.4 toaster設備的設備棧 430
6.5.5 過濾驅動程序的配置和加載 431
6.5.6 非即插即用驅動程序 435
6.6 i/o處理 437
6.6.1 i/o請求包(irp) 438
6.6.2 針對獨立設備對象的i/o處理 444
6.6.3 處理i/o請求過程中的事項 449
6.6.4 針對設備棧的i/o處理 459
6.6.5 i/o完成端口 463
6.7 i/o監視工具irpmon 466
6.7.1 irpmon使用介紹 466
6.7.2 irpmon實現原理 467
6.8 本章總結 468
第7章 windows存儲管理 469
7.1 存儲管理概述 469
7.1.1 硬件存儲體系(memory hierarchy) 470
7.1.2 windows的存儲管理結構 472
7.2 windows緩存管理 474
7.2.1 windows緩存空間的内存管理 474
7.2.2 緩存管理器的數據訪問路徑 481
7.2.3 直接使用緩存中的數據 484
7.2.4 緩存管理器的預讀處理 491
7.2.5 緩存管理器的延遲寫 494
7.3 windows卷管理 497
7.3.1 windows中存儲棧結構 497
7.3.2 卷的挂載 501
7.3.3 卷與文件系統 504
7.3.4 文件對象的i/o處理 508
7.4 windows文件系統 510
7.4.1 文件系統驅動程序結構 511
7.4.2 raw文件系統和fsrtl 516
7.4.3 文件系統的過濾 520
7.4.4 fat文件系統 527
7.4.5 ntfs文件系統 532
7.5 本章總結 540
第8章 windows系統服務 541
8.1 windows系統服務原理 541
8.1.1 intel x86的用戶模式-内核模式切換 541
8.1.2 windows的用戶模式-内核模式切換 546
8.1.3 windows中的系統服務分發 550
8.1.4 增加系統服務表或表項 557
8.2 lpc(本地過程調用)服務 561
8.2.1 lpc結構模型 561
8.2.2 lpc端口和lpc消息 563
8.2.3 lpc通訊模型的實現 565
8.2.4 lpc應用 571
8.3 命名管道(named pipe)服務 573
8.3.1 命名管道的名稱解析 573
8.3.2 命名管道的通訊模型 575
8.3.3 命名管道的實現 577
8.4 郵件槽(mailslot)服務 580
8.4.1 郵件槽的名稱解析 580
8.4.2 郵件槽的通訊模型 581
8.4.3 郵件槽的實現 581
8.5 sdt顯示工具sdtviewer 583
8.5.1 sdtviewer使用介紹 583
8.5.2 sdtviewer實現原理 584
8.6 本章總結 585
第9章 windows内核高級話題 587
9.1 網絡 587
9.1.1 windows網絡體系結構 587
9.1.2 tdi(傳輸驅動程序接口) 591
9.1.3 ndsi(網絡驅動程序接口規範) 594
9.1.4 windows vista以後的網絡結構 597
9.2 windows子系統 599
9.2.1 windows子系統結構 599
9.2.2 windows子系統初始化與gui線程 602
9.2.3 窗口管理 606
9.2.4 gdi(圖形設備接口) 616
9.2.5 windows vista以後的子系統變化 622
9.3 内核日志 625
9.3.1 wrk中的内核記錄器 625
9.3.2 利用etw信息診斷性能問題 628
9.4 windows vista/server 2008/7的重要變化 636
9.4.1 minwin工程 636
9.4.2 ?? 639
附錄a 建立編譯和調試wrk環境 641
a.1 編譯wrk 641
a.2 啓動wrk 645
a.3 調試wrk 648
附錄b 内核代碼插入工具kinjecttoolkit 657
b.1 kinjecttoolkit功能介紹 658
b.2 kinjecttoolkit的代碼實現 659
b.3 kinjecttoolkit的限制 663
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