Windows内核原理与实现

图书标准信息

• 作者 潘爱民 著
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2013-05
• 版次 1
• ISBN 9787121200564
• 定价 99.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 716页
• 正文语种 简体中文

【内容简介】

　　《Windows内核原理与实现》从操作系统原理的角度，详细解析了Windows如何实现现代操作系统的各个关键部件，包括进程、线程、物理内存和虚拟内存的管理，Windows中的同步和并发性支持，以及Windows的I/O模型。在介绍这些关键部件时，本书直接以Windows的源代码（WRK，WindowsResearchKernel）为参照，因而读者可以了解像Windows这样的复杂操作系统是如何在x86处理器上运行的。
　　在内容选取方面，本书侧重于Windows内核中最基本的系统部件，同时也兼顾到作为一个操作系统的完整性，所以，本书也介绍了像存储体系、网络、Windows环境子系统等，这些虽然并不位于内核模块但却支撑整个Windows运行的重要部件。在本书最后，也介绍了WindowsServer2003以后的内核发展和变化。
　　虽然书中有大量关于Windows代码实现的描述，但是本书并没有罗列WRK中的代码，即使读者不对照WRK的源代码，也可以从这些章节的描述中理解Windows的实现机理。在每一个技术专题的介绍中，本书几乎都提供了一个框架图，并且有关键细节的实现分析，这样做的意图是让读者既能够对一项技术有总体上的把握，也通晓关键的实现细节。
　　Windows操作系统已经有20年历史了，市面上有大量关于Windows技术的文档和书籍，但是，真正从源代码来诠释Windows底层机理的，本书还是第一次尝试。在本书覆盖的内容中，有相当一部分是第一次以文字形式披露出来的，期望这些内容能消除人们对于Windows的神秘感。
　　写作本书的目的是让对Windows有好奇心的人真正了解到Windows中的核心机理，让计算机专业的学生和老师，以及系统软件工程师可以快速地领略到Windows中先进的系统技术，以及在Windows上编写出更加高效的软件。本书也配备了一些小工具，通过这些小工具，读者可以查看内核中的静态或动态的信息，甚至观察系统的行为。

【作者简介】

　　潘爱民，任职于阿里云计算有限公司，担任阿里云OS首席架构师。长期从事软件和系统技术的研究与开发工作，撰写了大量软件技术文章，著译了多部经典计算机图书，在国内外学术刊物上发表了30多篇文章。曾经任教于北京大学和清华大学（兼职）。后进入工业界，先后任职于微软亚洲研究院、盛大网络发展有限公司和阿里云计算有限公司。目前也是工信部移动操作系统专家组成员。
　　潘爱民先生获得了数学学士学位和计算机科学博士学位，主要研究领域包括软件设计、信息安全、操作系统和互联网技术。

【目录】

第1章概述
1.1操作系统基础
1.1.1计算机系统的硬件资源管理
1.1.2为应用程序提供执行环境
1.2学习操作系统之必备知识
1.3Windows操作系统发展历史
1.4Windows内核的版本
1.5操作系统的研究与发展
1.6本章总结

第2章Windows系统总述
2.1现代操作系统的基本结构
2.2Windows系统结构
2.2.1Windows内核结构
2.2.2Windows内核中的关键组件
2.2.3Windows子系统
2.2.4系统线程和系统进程
2.3关于Windows研究内核
2.3.1WRK包含了什么
2.3.2WRK源代码说明
2.3.3本书对WRK源代码的引用
2.4Windows内核的基本概念
2.4.1处理器模式
2.4.2内存管理
2.4.3进程和线程管理
2.4.4中断和异常
2.4.5同步
2.5Windows内核中的公共管理设施
2.5.1Windows内核中的对象管理
2.5.2注册表和配置管理器
2.5.3事件追踪（ETW）
2.5.4安全性管理
2.6Windows引导过程
2.6.1内核加载
2.6.2内核初始化
2.6.3建立用户登录会话
2.7本章总结

第3章Windows进程和线程
3.1进程基本概念
3.1.1多进程模型
3.1.2进程与程序
3.2线程基本概念
3.2.1线程模型
3.2.2线程调度算法
3.2.3线程与进程的关系
3.3Windows中进程和线程的数据结构
3.3.1内核层的进程和线程对象
3.3.2执行体层的进程和线程对象
3.4Windows的进程和线程管理
3.4.1Windows进程的句柄表
3.4.2获得当前线程或进程
3.4.3进程和线程的创建过程
3.4.4进程和线程的结束处理
3.4.5系统初始进程和线程
3.5Windows中的线程调度
3.5.1线程优先级
3.5.2线程状态转移
3.5.3时限管理
3.5.4优先级调度和环境切换
3.6进程和线程运行状态监视工具
3.6.1ProcMon使用示例
3.6.2ProcMon实现原理
3.7本章总结

第4章Windows内存管理
4.1内存管理概述
4.1.1页式内存管理
4.1.2段式内存管理
4.1.3内存管理算法介绍
4.1.4Windows内存管理概述
4.2Windows系统内存管理
4.2.1系统地址空间初始化
4.2.2系统地址空间内存管理
4.2.3系统PTE区域的管理
4.3进程内存管理
4.3.1地址空间的创建和初始化
4.3.2地址空间切换
4.3.3进程地址空间的内存管理
4.3.4内存区对象
4.4内存页面交换
4.4.1Intelx86中的PTE
4.4.2软件PTE：无效PTE和原型PTE
4.4.3页面错误处理
4.4.4Windows的写时复制
4.5物理内存管理
4.5.1PFN数据库
4.5.2物理页面的状态变化
4.5.3物理页面链表的管理和操作
4.5.4修改页面写出器
4.5.5进程/栈交换器
4.5.6低内存通知和高内存通知
4.6工作集管理
4.6.1Windows工作集管理器
4.6.2平衡集管理器
4.7内存监视工具MemMon
4.7.1MemMon使用介绍
4.7.2MemMon实现原理
4.8本章总结

第5章Windows并发和同步
5.1进程和线程的同步基础
5.1.1并发性基础
5.1.2进程或线程之间的通信
5.1.3经典的同步问题
5.2Windows中断与异常
5.2.1硬件中断的发生和处理
5.2.2中断请求级别（IRQL）
5.2.3中断对象
5.2.4DPC（延迟过程调用）
5.2.5时钟中断和定时器管理
5.2.6APC（异步过程调用）
5.2.7异常分发
5.3不依赖于线程调度的同步机制
5.3.1提升IRQL实现数据同步
5.3.2互锁操作
5.3.3无锁的单链表实现
5.3.4自旋锁
5.4基于线程调度的同步机制
5.4.1线程进入等待
5.4.2分发器对象
5.4.3门等待
5.4.4执行体资源（executiveresource）
5.4.5推锁（pushlock）
5.4.6死锁
5.5观察线程同步关系——DPerfLite
5.5.1DPerfLite使用示例
5.5.2DPerfLite实现原理
5.6本章总结

第6章WindowsI/O系统
6.1I/O概述
6.1.1现代计算机系统的I/O
6.1.2I/O软件技术
6.1.3WindowsI/O系统结构
6.2I/O管理器
6.2.1驱动程序初始化
6.2.2驱动程序对象和设备对象
6.2.3文件对象
6.2.4对象生命周期管理
6.3即插即用管理器
6.3.1即插即用的基本要求
6.3.2Windows中驱动程序的即插即用支持
6.3.3设备列举与设备树
6.4电源管理器
6.4.1电源管理概述
6.4.2Windows中的电源管理
6.5设备驱动程序
6.5.1设备驱动程序分类
6.5.2例子驱动程序toaster
6.5.3驱动程序的代码结构
6.5.4toaster设备的设备栈
6.5.5过滤驱动程序的配置和加载
6.5.6非即插即用驱动程序
6.6I/O处理
6.6.1I/O请求包（IRP）
6.6.2针对独立设备对象的I/O处理
6.6.3处理I/O请求过程中的事项
6.6.4针对设备栈的I/O处理
6.6.5I/O完成端口
6.7I/O请求监视工具IRPMon
6.7.1IRPMon使用介绍
6.7.2IRPMon实现原理
6.8本章总结

第7章Windows存储管理
7.1存储管理概述
7.1.1硬件存储体系（memoryhierarchy）
7.1.2Windows的存储管理结构
7.2Windows缓存管理
7.2.1Windows缓存空间的内存管理
7.2.2缓存管理器的数据访问路径
7.2.3直接使用系统缓存中的数据
7.2.4缓存管理器的预读处理
7.2.5缓存管理器的延迟写
7.3Windows中卷的管理
7.3.1Windows存储栈结构
7.3.2卷的挂载
7.3.3卷与文件系统
7.3.4文件对象的I/O处理
7.4Windows文件系统
7.4.1文件系统驱动程序结构
7.4.2RAW文件系统与FsRtl
7.4.3文件系统的I/O过滤
7.4.4FAT文件系统
7.4.5NTFS文件系统
7.5本章总结

第8章Windows系统服务
8.1Windows系统服务原理
8.1.1Intelx86的用户模式-内核模式切换
8.1.2Windows的用户模式-内核模式切换
8.1.3Windows中的系统服务分发
8.1.4增加系统服务表或表项
8.2LPC（本地过程调用）服务
8.2.1LPC结构模型
8.2.2LPC端口和LPC消息
8.2.3LPC通信模型的实现
8.2.4LPC应用
8.3命名管道（NamedPipe）服务
8.3.1命名管道的名称解析
8.3.2命名管道的通信模型
8.3.3命名管道的实现
8.4邮件槽（Mailslot）服务
8.4.1邮件槽的名称解析
8.4.2邮件槽的通信模型
8.4.3邮件槽的实现
8.5SDT显示工具SDTViewer
8.5.1SDTViewer使用介绍
8.5.2SDTViewer实现原理
8.6本章总结

第9章Windows系统高级话题
9.1网络
9.1.1Windows网络体系结构
9.1.2TDI（传输驱动程序接口）
9.1.3NDIS（网络驱动程序接口规范）
9.1.4WindowsVista及以后版本的网络结构
9.2Windows子系统
9.2.1Windows子系统结构
9.2.2Windows子系统初始化与GUI线程
9.2.3窗口管理
9.2.4GDI（图形设备接口）
9.2.5WindowsVista及以后的子系统变化
9.3内核日志
9.3.1内核日志记录器
9.3.2利用内核日志信息诊断性能问题
9.4WindowsVista/Server2008/7的重要变化
9.4.1MinWin工程
9.4.2进程和线程管理
9.4.3内存管理
9.4.4I/O处理的改进
9.5本章总结

附录A建立WRK工作环境
A.1编译WRK
A.2启动WRK
A.3调试WRK

附录B内核代码插入工具KInjectToolKit
B.1KInjectToolKit功能介绍
B.2KInjectToolKit的代码实现
B.3KInjectToolKit的限制
参考资料
术语对照表
索引