Тема 14. Реализация некоторых подсистем ос Windows

Структура ОС Windows

Пространство ядра ОС Windows семейства NT

• Уровеньабстрагированияоборудования (Hardware Abstraction Layer, hal.dll)

• Драйверы

• Графический интерфейс пользователя (win32k.sys)

• Ядро NTOS (ntoskrnl.exe)

Уровень абстрагирования оборудования

• Позволяет абстрагироваться от физических устройств, упростить перенос ОС на другие платформы, собрать платформо-зависимый код в одном месте

• Реализует службу идентификации устройств

• Управляет устройствами и DMA

• Предоставляет службы времени

• Предоставляет низкоуровневые примитивы синхронизации

Уровень ядра

• Планирование и синхронизация потоков

• Предоставление объекта управления — структуры данных для управления процессом

• Предоставление диспетчерского объекта — структуры данных для диспетчеризации

Исполнительный уровень

• В основном переносимый

• Реализует «диспетчеры»:

  • Диспетчер объектов

  • Диспетчер ввода-вывода

  • Диспетчер процессов

  • Диспетчер памяти

  • Диспетчер кэширования

  • Монитор безопасности

  • Диспетчер конфигурации

Драйверы

• Являются динамически связываемыми библиотеками

• Диспетчер I/O формирует маршрут потока данных — стек устройства

• Драйвер-фильтр — драйвер, не управляющий устройством, а только преобразующий передаваемые данные

• Драйвер мини-порта — драйвер, организующий работу с псевдо-устройством, реализующим общую функциональность набора устройств

Модель работы

Модель работы — процесс

• Процесс содержит виртуальное адресное пространство, описатели объектов ядра, потоки, общие для потоков ресурсы

• Процесс имеет ProcessEnvironmentBlock (PEB): список загруженных модулей, область памяти, рабочий каталог, данные для управления «кучами», …

Модель работы — поток

• Поток — абстракция ядра для планирования

• Поток имеет приоритет, привязку к процессору (affinity) и ThreadEnvironmentBlock (TEB): данные пользовательского режима, ThreadLocalStorage, ...

Системные вызовы для управления процессами

• CreateProcess()

• CreateThread()

• CreateFiber()

• ExitProcess()

• ExitThread()

• ExitFiber()

• SwitchToFiber()

Создание нового процесса CreateProcess():

• Преобразование имени файла из строки Win32 в строку WinNT и поиск файла

• Все параметры передаются функции NtCreateUserProcess() в режиме ядра

• NtCreateUserProcess() обрабатывает параметры, открывает образ программы, и создаёт объект сегмента

Создание нового процесса

• Диспетчер процессов создаёт объект процесса

• Диспетчер памяти создаёт адресное пространство (инициализация каталогов страниц и дескрипторов виртуальных адресов)

• Создаётся таблица описателей, в которую копируются наследуемые описатели родителя

• Диспетчер памяти инициализирует структуры данных рабочего набора

• Представленные объектом сегмента части образа программы отображаются на адресное пространство

• Исполнительные уровень инициализирует PEB

• В созданном процессе выделяется виртуальная память для передачи параметров

• В таблице описателей процессов выделяется новый идентификатор

• Создаётся объект потока, его стек и TEB, инициализируется контекст

• Объект процесса добавляется в список процессов

• NtCreateUserProcess() возвращает управление в пространство пользователя с новым процессом, содержащим один поток в состоянии «приостановлен»

• Если NtCreateUserProcess() возвращает ошибку, то проверяется, не принадлежит ли процесс к другой подсистеме или предназначен для работы под отладчиком

• В случае успеха NtCreateUserProcess(), процесс регистрируется в csrss.exe

• Применяются ограничения безопасности процесса

• Вызывается NtResumeThread() для запуска потока