全部
标 签：
从Windows 8开始，微软开始了一个将操作系统融合的过程。而在Windows 10中，这个融合已经趋于完美，它运行在台式计算机/笔记本电脑、服务器、XBOX One、手机（Windows Mobile 10）、HoloLens和各种物联网设备上。本书作为深度解析Windows操作系统这一系列的第7版（第1部分即卷1），其内容则涵盖了Windows从Windows 8到Windows 10演变过程中的各个方面。
本书介绍了Windows 10和Windows Sever 2016的架构与核心内部结构。通过本书，读者可以了解Windows系统架构及其一般组件，掌握如何使用诸如内核调试器之类的工具来探索内部数据结构，也可以了解Windows如何使用流程进行管理和隔离，理解和查看线程调度以及如何管理CPU资源，还可以深入理解Windows安全模型，包括在安全措施方面的最新进展，并了解Windows如何管理虚拟和物理内存，以及输入/输出系统如何管理物理设备和设备驱动程序。具体分为以下7个部分：概念和工具、系统架构、进程和作业、线程、内存管理、I/O系统和安全。
本书内容丰富、信息全面，适合广大Windows平台开发人员、系统管理员及Windows爱好者阅读。
帕维尔·尤西夫维奇（Pavel Yosifovich）是一位专注于Microsoft技术和工具的开发人员、培训师和作者。他是Microsoft的MVP和Pluralsight的作者。
亚历克斯·约内斯库（Alex Ionescu）是CrowdStrike公司EDR战略副总裁，同时也是国际公认的低级别系统软件、操作系统研究和内核开发、安全培训和逆向工程方面的专家。
马克·拉希诺维奇（Mark Russinovich）是微软全球企业级云平台Azure的首席技术官，也是分布式系统和操作系统领域公认的专家。他是Winternal软件公司的联合创始人，也是Sysinternals工具和网站的主要作者。
大卫·所罗门（David Solomon）给世界各地的开发者和IT专业人士教授Windows内核的内部原理已有20年。他参与了本书每个版本的写作。大卫是1993年和2005年Microsoft Support Most Valuable Professional（MVP）奖的获得者。
Introduction / 引言 i
1 Concepts and tools / 第 1章 概念和工具 1
1.1 Windows operating system versions / Windows操作系统版本 1
1.1.1 Windows 10 and future Windows versions /
Windows 10和后续Windows版本 3
1.1.2 Windows 10 and OneCore / Windows 10和Windows系统核心 3
1.2 Foundation concepts and terms / 基本概念和术语 4
1.2.1 Windows API / Windows API 4
1.2.2 Services, functions, and routines / 服务、功能和例行程序 7
1.2.3 Processes / 进程 8
1.2.4 Threads / 线程 18
1.2.5 Jobs / 作业 20
1.2.6 Virtual memory / 虚拟内存 21
1.2.7 Kernel mode vs. user mode / 内核模式vs用户模式 23
1.2.8 Hypervisor / 虚拟机管理程序 27
1.2.9 Firmware / 固件版本 29
1.3.0 Terminal Services and multiple sessions / 终端服务和多会话 29
1.3.1 Objects and handles / 对象和处理 30
1.3.2 Security / 安全 31
1.3.3 Registry / 注册表 32
1.3.4 Unicode / Unicode编码 33
1.3 Digging into Windows internals / 深入挖掘Windows内部 35
1.3.1 Performance Monitor and Resource Monitor /
性能监控和资源监控 36
1.3.2 Kernel debugging / 内核调试 38
1.3.3 Windows Software Development Kit / Windows SDK 43
1.3.4 Windows Driver Kit / Windows驱动套件 43
1.3.5 Sysinternals tools / 五大利器 44
1.4 结论 44
2 System architecture / 第 2章 系统架构 45
2.1 Requirements and design goals / 需求和设计目标 45
2.2 Operating system model / 操作系统模型 46
2.3 Architecture overview / 架构概述 47
2.3.1 Portability / 可移植性 50
2.3.2 Symmetric multiprocessing / 对称多处理 51
2.3.3 Scalability / 可扩展性 53
2.3.4 Differences between client and server versions /
客户端和服务端版本的差异 54
2.3.5 Checked build / 已验证版本 57
2.4 Virtualization-based security architecture overview /
基于虚拟化技术的安全架构概述 59
2.5 Key system components / 核心系统组件 61
2.5.1 Environment subsystems and subsystem DLLs /
环境子系统和子系统DLL 62
2.5.2 Other subsystems / 其他子系统 68
2.5.3 Executive / 执行性 72
2.5.4 Kernel / 内核 75
2.5.5 Hardware abstraction layer / 硬件抽象层 79
2.5.6 Device drivers / 设备驱动 82
2.5.7 System processes / 系统进程 88
2.6 Conclusion / 结论 99
3 Processes and jobs / 第3章 进程和作业 101
3.1 Creating a process / 创建一个进程 101
3.1.1 CreateProcess* functions arguments / CreateProcess*函数参数 102
3.1.2 Creating Windows modern processes / 创建Windows进程 103
3.1.3 Creating other kinds of processes / 创建其他类型线程 104
3.2 Process internals / 进程核心 105
3.3 Protected processes / 受保护的进程 113
3.3.1 Protected Process Light (PPL) / PPL 115
3.3.2 Third-party PPL support / 第三方PPL支持 119
3.4 Minimal and Pico processes / 最小进程和微进程 120
3.4.1 Minimal processes / 最小进程 120
3.4.2 Pico processes / 微进程 121
3.5 Trustlets (secure processes) / Trustlets（安全进程） 123
3.5.1 Trustlet structure / Trustlet结构 123
3.5.2 Trustlet policy metadata / Trustlet策略元数据 124
3.5.3 Trustlet attributes / Trustlet属性 125
3.5.4 System built-in Trustlets / 系统内置Trustlets 125
3.5.5 Trustlet identity / Trustlet标识 126
3.5.6 Isolated user-mode services / 隔离的用户模式服务 127
3.5.7 Trustlet-accessible system calls / Trustlet可访问的系统调用 128
3.6 Flow of CreateProcess / 创建进程流程 129
3.6.1 Stage 1: Converting and validating parameters andflags /
阶段1：转换并验证参数和标记 131
3.6.2 Stage 2: Opening the image to be executed /
阶段2：打开要执行的镜像 135
3.6.3 Stage 3: Creating the Windows executive process object /
阶段3：创建Windows可执行进程对象 138
3.6.4 Stage 4: Creating the initial thread and its stack and context /
阶段4：创建初始线程以及它的堆栈和上下文 144
3.6.5 Stage 5: Performing Windows subsystem–specific initialization /
阶段5：执行Windows子系统的特殊初始化 146
3.6.6 Stage 6: Starting execution of the initial thread /
阶段6：开始执行初始线程 148
3.6.7 Stage 7: Performing process initialization in the context of the new process /
阶段7：在新进程中的上下文执行进程初始化 148
3.7 Terminating a process / 终止一个进程 154
3.8 Image loader / 镜像加载器 155
3.8.1 Early process initialization / 早期进程初始化 157
3.8.2 DLL name resolution and redirection / DLL名称解析和重定向 160
3.8.3 Loaded module database / 已加载组件的数据库 164
3.8.4 Import parsing / 导入解析 168
3.8.5 Post-import process initialization / 后导入进程初始化 170
3.8.6 SwitchBack / SwitchBack 171
3.8.7 API Sets / API集 173
3.9 Jobs / 作业 176
3.9.1 Job limits / 作业限制 177
3.9.2 Working with a job / 处理一个作业 178
3.9.3 Nested jobs / 嵌套作业 179
3.9.4 Windows containers (server silos) /
Windows容器（服务器仓库） 183
3.10 Conclusion / 结论 191
4 Threads / 第4章 线程 193
4.1 Creating threads / 创建线程 193
4.2 Thread internals / 线程内部 194
4.2.1 Data structures / 数据结构 194
4.2.2 Birth of a thread / 线程的产生 206
4.3 Examining thread activity / 检查线程活性 207
4.3.1 Limitations on protected process threads /
受保护进程中线程的限制 212
4.4 Thread scheduling / 线程调度 214
4.4.1 Overview of Windows scheduling / Windows调度概述 214
4.4.2 Priority levels / 优先级等级 215
4.4.3 Thread states / 线程状态 223
4.4.4 Dispatcher database / 调度数据库 228
4.4.5 Quantum / 量子 231
4.4.6 Priority boosts / 提高优先级 238
4.4.7 Context switching / 上下文切换 255
4.4.8 Scheduling scenarios / 调度场景 256
4.4.9 Idle threads / 空闲线程 260
4.4.10 Thread suspension / 线程挂起 264
4.4.11 (Deep) freeze / （深度）冻结 264
4.4.12 Thread selection / 线程选择 266
4.4.13 Multiprocessor systems / 多处理器系统 268
4.4.14 Thread selection on multiprocessor systems /
多处理器系统的线程选择 283
4.4.15 Processor selection / 处理器选择 284
4.4.16 Heterogeneous scheduling (big.LITTLE) /
多重调度（big.LITTLE） 286
4.5 Group-based scheduling / 基于组的调度 287
4.5.1 Dynamic fair share scheduling / 动态公平共享调度 289
4.5.2 CPU rate limits / CPU速率限制 292
4.5.3 Dynamic processor addition and replacement /
动态处理器添加和替换 295
4.6 Worker factories (thread pools) / 工人工厂（线程池） 297
4.6.1 Worker factory creation / 创建工人工厂 298
4.7 Conclusion / 结论 300
5 Memory management / 第5章 内存管理 301
5.1 Introduction to the memory manager / 内存管理介绍 301
5.1.1 Memory manager components / 内存管理组件 302
5.1.2 Large and small pages / 大小页面 303
5.1.3 Examining memory usage / 检查内存使用 305
5.1.4 Internal synchronization / 内部同步 308
5.2 Services provided by the memory manager / 内存管理提供的服务 309
5.2.1 Page states and memory allocations / 页面状态和内存分配 310
5.2.2 Commit charge and commit limit / 提交调度和提交限制 313
5.2.3 Locking memory / 锁定内存 314
5.2.4 Allocation granularity / 分配粒度 314
5.2.5 Shared memory and mapped files / 共享内存和映射文件 315
5.2.6 Protecting memory / 内存保护 317
5.2.7 Data Execution Prevention / 数据执行保护 319
5.2.8 Copy-on-write / 写时复制 321
5.2.9 Address Windowing Extensions / 地址窗口化扩展 232
5.3 Kernel-mode heaps (system memory pools) / 内核模式堆（系统内存池） 324
5.3.1 Pool sizes / 池大小 325
5.3.2 Monitoring pool usage / 监控池的使用 327
5.3.3 Look-aside lists / 旁观列表 331
5.4 Heap manager / 堆管理 332
5.4.1 Process heaps / 堆进程 333
5.4.2 Heap types / 堆类型 334
5.4.3 The NT heap / NT堆 334
5.4.4 Heap synchronization / 堆同步 334
5.4.5 The low-fragmentation heap / 低碎片堆 335
5.4.6 The segment heap / 分段堆 336
5.4.7 Heap security features / 堆安全功能 341
5.4.8 Heap debugging features / 堆调试功能 342
5.4.9 Pageheap / 页面堆 343
5.4.10 Fault-tolerant heap / 容错堆 347
5.5 Virtual address space layouts / 虚拟地址空间布局 348
5.5.1 x86 address space layouts / X86地址空间布局 349
5.5.2 x86 system address space layout / X86系统地址空间布局 352
5.5.3 x86 session space / X86会话空间 353
5.5.4 System page table entries / 系统页面表条目 355
5.5.5 ARM address space layout / ARM地址空间布局 356
5.5.6 64-bit address space layout / 64bit地址空间布局 357
5.5.7 x64 virtual addressing limitations / 64虚拟地址限制 359
5.5.8 Dynamic system virtual address space management /
动态系统虚拟地址空间管理 359
5.5.9 System virtual address space quotas / 系统虚拟地址空间配额 364
5.5.10 User address space layout / 用户地址空间布局 365
5.6 Address translation / 地址转化 371
5.6.1 x86 virtual address translation / X86虚拟地址转化 371
5.6.2 Translation look-aside buffer / 旁观缓冲转化 377
5.6.3 x64 virtual address translation / X64虚拟地址转化 380
5.6.4 ARM virtual address translation / ARM虚拟地址转化 381
5.7 Page fault handling / 页面错误处理 383
5.7.1 Invalid PTEs / 非法PTE 384
5.7.2 Prototype PTEs / 原型PTE 385
5.7.3 In-paging I/O / 页面内I/O 386
5.7.4 Collided page faults / 页面错误冲突 387
5.7.5 Clustered page faults / 页面错误聚集 387
5.7.6 Page files / 页面文件 389
5.7.7 Commit charge and the system commit limit /
提交调度和系统提交限制 394
5.7.8 Commit charge and page file size / 提交调度和页面文件大小 397
5.8 Stacks / 栈 398
5.8.1 User stacks / 用户栈 399
5.8.2 Kernel stacks / 内核栈 400
5.8.3 DPC stack / DPC栈 401
5.9 Virtual address descriptors / 虚拟地址描述符 401
5.9.1 Process VADs / VAD进程 402
5.9.2 Rotate VADs / VAD轮询 403
5.10 NUMA / NUMA 404
5.11 Section objects / 段对象 405
5.12 Working sets / 工作集 412
5.12.1 Demand paging / 分页需求 413
5.12.2 Logical prefetcher and ReadyBoot / 逻辑预取和启动准备 413
5.12.3 Placement policy / 安置策略 416
5.12.4 Working set management / 工作集管理 417
5.12.5 Balance set manager and swapper / 平衡集合管理器和置换器 421
5.12.6 System working sets / 系统工作集 422
5.12.7 Memory notification events / 内存提醒事件 423
5.13 Page frame number database / 页面框架序号数据库 425
5.13.1 Page list dynamics / 页面动态列表 428
5.13.2 Page priority / 页面优先级 436
5.13.3 Modified page writer and mapped page writer /
修改和映射页面写入 438
5.13.4 PFN data structures / PFN数据结构 440
5.13.5 Page file reservation / 页面文件预定 443
5.14 Physical memory limits / 物理内存限制 446
5.14.1 Windows client memory limits / Windows客户端内存限制 447
5.15 Memory compression / 内存压缩 449
5.15.1 Compression illustration / 压缩图表 450
5.15.2 Compression architecture / 压缩架构 453
5.16 Memory partitions / 内存分割 456
5.17 Memory combining / 内存联合 459
5.17.1 The search phase / 寻找阶段 460
5.17.2 The classifi cation phase / 分类阶段 461
5.17.3 The page combining phase / 页面联合阶段 462
5.17.4 From private to shared PTE / 从私有PTE到共享PTE 462
5.17.5 Combined pages release / 联合页面释放 464
5.18 Memory enclaves / 内存区 467
5.18.1 Programmatic interface / 编程接口 468
5.18.2 Memory enclave initializations / 内存区初始化 469
5.18.3 Enclave construction / 区结构 469
5.18.4 Loading data into an enclave / 将数据加载到区 471
5.18.5 Initializing an enclave / 初始化一个区 472
5.19 Proactive memory management (SuperFetch) /
主动内存管理（SuperFetch） 472
5.19.1 Components / 组件 473
5.19.2 Tracing and logging / 跟踪和记录 474
5.19.3 Scenarios / 场景 475
5.19.4 Page priority and rebalancing / 页面优先级和平衡调整 476
5.19.5 Robust performance / 鲁棒性能 478
5.19.6 ReadyBoost / 启动准备 479
5.19.7 ReadyDrive / 驱动准备 480
5.19.8 Process refl ection / 进程反射 480
5.20 Conclusion / 结论 482
6 I/O system / 第6章 I/O系统 483
6.1 I/O system components / I/O系统组件 483
6.1.1 The I/O manager / I/O管理器 485
6.1.2 Typical I/O processing / 典型I/O过程 486
6.2 Interrupt Request Levels and Deferred Procedure Calls /
中断请求级别和延迟过程唤醒 488
6.2.1 Interrupt Request Levels / 中断请求级别 488
6.2.2 Deferred Procedure Calls / 延迟过程唤醒 490
6.3 Device drivers / 设备驱动 492
6.3.1 Types of device drivers / 设备驱动类型 492
6.3.2 Structure of a driver / 驱动结构 498
6.3.3 Driver objects and device objects / 驱动对象和设备对象 500
6.3.4 Opening devices / 设备打开 507
6.4 I/O processing / I/O过程 510
6.4.1 Types of I/O / I/O的种类 511
6.4.2 I/O request packets / I/O请求包 513
6.4.3 I/O request to a single-layered hardware-based driver /
基于单层硬件驱动的I/O请求 525
6.4.4 I/O requests to layered drivers / 分层驱动I/O请求 533
6.4.5 Thread-agnostic I/O / 未知线程I/O 536
6.4.6 I/O cancellation / 取消I/O 537
6.4.7 I/O completion ports / I/O完成端口 541
6.4.8 I/O prioritization / I/O优先级 546
6.4.9 Container notifications / 容器提醒 552
6.5 Driver Verifier / 驱动验证 552
6.5.1 I/O-related verification options / I/O相关验证选项 554
6.5.2 Memory-related verification options / 内存相关验证选项 555
6.6 The Plug and Play manager / 即插即用管理器 559
6.6.1 Level of Plug and Play support / 即插即用支持级别 560
6.6.2 Device enumeration / 设备枚举 561
6.6.3 Device stacks / 设备栈 563
6.6.4 Driver support for Plug and Play / 支持即插即用的设备 569
6.65 Plug-and-play driver installation / 即插即用驱动安装 571
6.7 General driver loading and installation / 一般驱动的加载和安装 575
6.7.1 Driver loading / 驱动加载 575
6.7.2 Driver installation / 驱动安装 577
6.8 The Windows Driver Foundation / Windows驱动基础 578
6.8.1 Kernel-Mode Driver Framework / 内核模式驱动框架 579
6.8.2 User-Mode Driver Framework / 用户模式驱动框架 587
6.9 The power manager / 电源管理 590
6.9.1 Connected Standby and Modern Standby / 连接待机和新版待机 594
6.9.2 Power manager operation / 电源管理操作 595
6.9.3 Driver power operation / 驱动电源操作 596
6.9.4 Driver and application control of device power /
驱动和设备电源的应用程序控制 599
6.9.5 Power management framework / 电源管理框架 600
6.9.6 Power availability requests / 电源可用性请求 602
6.10 Conclusion / 结论 603
7 Security / 第7章 安全 605
7.1 Security ratings / 安全评级 605
7.1.1 Trusted Computer System Evaluation Criteria /
可信计算基系统评估标准 605
7.1.2 The Common Criteria / 普遍标准 607
7.2 Security system components / 安全系统组件 608
7.3 Virtualization-based security / 基于虚拟化的安全 611
7.3.1 Credential Guard / 证书防护 612
7.3.2 Device Guard / 设备防护 617
7.4 Protecting objects / 保护对象 619
7.4.1 Access checks / 访问验证 621
7.4.2 Security identifiers / 安全标识 625
7.4.3 Virtual service accounts / 虚拟服务账户 646
7.4.4 Security descriptors and access control / 安全描述符和访问控制 650
7.4.5 Dynamic Access Control / 动态访问控制 666
7.5 The AuthZ API / AuthZ API 666
7.5.1 Conditional ACEs / 条件响应ACE 667
7.6 Account rights and privileges / 账户权限和特权 668
7.6.1 Account rights / 账户权限 669
7.6.2 Privileges / 特权 670
7.6.3 Super privileges / 超级特权 675
7.7 Access tokens of processes and threads / 进程和线程的账户口令 677
7.8 Security auditing / 安全审计 677
7.8.1 Object access auditing / 对象访问审计 679
7.8.2 Global audit policy / 全局审计策略 682
7.8.3 Advanced Audit Policy settings / 高级审计策略设置 683
7.9 AppContainers / 应用容器 684
7.9.1 Overview of UWP apps / UWP应用概述 685
7.9.2 The AppContainer / 应用容器 687
7.10 Logon / 登录 710
7.10.1 Winlogon initialization / Winlogon初始化 711
7.10.2 User logon steps / 用户登录步骤 713
7.10.3 Assured authentication / 确信的认证 718
7.10.4 Windows Biometric Framework / Windows生物识别验证 719
7.10.5 Windows Hello / Windows你好 721
7.11 User Account Control and virtualization / 用户账户控制和虚拟化 722
7.11.1 File system and registry virtualization /
文件系统和注册表虚拟化 722
7.11.2 Elevation / 提升 729
7.12 Exploit mitigations / 攻击缓解 735
7.12.1 Process-mitigation policies / 进程缓解策略 735
7.12.2 Control Flow Integrity / 控制流完整性 740
7.12.3 Security assertions / 安全断言 752
7.13 Application Identifi cation / 应用程序标识 756
7.14 AppLocker / 应用锁 757
7.15 Software Restriction Policies / 软件限制策略 762
7.16 Kernel Patch Protection / 内核补丁保护 764
7.17 PatchGuard / 补丁防护 765
7.18 HyperGuard / 高度防护 768
7.19 Conclusion / 结论 770
Index / 索引 771
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