深入解析Windows操作系统 卷I 英文版 第7版

深入研究Windows系统架构和内部构件，并了解核心组件在幕后的工作原理。这本指南由微软内部专家团队撰写，针对Windows 10和Windows Server 2016进行了全面更新。无论你是一名开发人员还是IT专业人士，都可以学到关于Windows如何运作的关键的内部观点。通过亲身实践，你将体验到Windows操作系统的内部行为——获取可用于改进应用程序设计、调试、系统性能和支持的知识。
本书将帮助读者：
● 了解Windows系统架构及其zui重要的实体，例如进程和线程；
● 了解进程如何管理资源以及在进程执行中如何调度线程；
● 观察Windows如何管理虚拟和物理内存；
● 深入了解Windows I/O系统，了解设备驱动程序如何工作并与系统的其余部分整合在一起；
● 学习Windows安全模型，了解它如何管理访问、审核和shou权，并了解Windows 10和Windows Server 2016中的新机制。 

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*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 / 小进程和微进程 120

3.4.1 Minimal processes / 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?Cspecific 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