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（3）Windows系统总述
内容导读
互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了（3）Windows系统总述，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含9421字，纯文字阅读大概需要14分钟。
内容图文
一、说明
这是《Windows内核原理与实现》的第二章，主要是对一些概念进行科普，其中关于注册表和系统引导部分，我看着像在看天书，也没有写什么笔记。
这篇博客主要是记录一些我大概能看懂的，以便日后参考。其实也只是把书上的话自己总结了一下，实在没什么特别的，写博客已经是一种习惯了。
二、用户空间和内核空间
低2G是用户空间，高2G是内核空间，他们之间有一块特殊的内存。
0x7fff0000~0x7fffffff 这块特殊的64KB的地址空间，用户模式和内核模式都不能访问。
ProbeForWrite 函数用于检查用户代码是否访问了高2G内存或传递一个无效的指针，它常用于检测3环调用系统函数时的参数有效性检查。
只有当调用系统服务的是3环代码，才需要检查参数有效性，如果是另一个内核函数调用的，就无须检查。
PreviousMode = KeGetPreviousMode();
if (PreviousMode != KernelMode) {
try {
ProbeForWrite(InputInformation,
InputInformationLength,
sizeof(ULONG));
if (ARGUMENT_PRESENT(ReturnLength)) {
ProbeForWriteUlong(ReturnLength);
}
} except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER) {
return GetExceptionCode();
}
}
首先检查目标内存地址是否越过了 0x7fff0000~0x7fffffff，如果是，就抛出非法访问内存异常；
然后，把目标内存的值写入到目标内存，如果不可写，就会触发异常，从而被 except 捕获。
ProbeForWrite 源码：
VOID
ProbeForWrite (
__inout_bcount(Length) PVOID Address,
__in SIZE_T Length,
__in ULONG Alignment
)
/*++
Routine Description:
This function probes a structure for write accessibility and ensures
correct alignment of the structure. If the structure is not accessible
or has incorrect alignment, then an exception is raised.
Arguments:
Address - Supplies a pointer to the structure to be probed.
Length - Supplies the length of the structure.
Alignment - Supplies the required alignment of the structure expressed
as the number of bytes in the primitive datatype (e.g., 1 for char,
2 for short, 4 for long, and 8 for quad).
Return Value:
None.
--*/
{
ULONG_PTR EndAddress;
ULONG_PTR StartAddress;
#define PageSize PAGE_SIZE
//
// If the structure has zero length, then do not probe the structure for
// write accessibility or alignment.
//
if (Length != 0) {
//
// If the structure is not properly aligned, then raise a data
// misalignment exception.
//
ASSERT((Alignment == 1) || (Alignment == 2) ||
(Alignment == 4) || (Alignment == 8) ||
(Alignment == 16));
StartAddress = (ULONG_PTR)Address;
if ((StartAddress & (Alignment - 1)) == 0) {
//
// Compute the ending address of the structure and probe for
// write accessibility.
//
EndAddress = StartAddress + Length - 1;
//DbgPrint("Hbg: MM_USER_PROBE_ADDRESS = %x\n", MM_USER_PROBE_ADDRESS);
// MM_USER_PROBE_ADDRESS = 7fff0000
// 如果越过了 MM_USER_PROBE_ADDRESS ，就抛出非法访问内存异常
if ((StartAddress <= EndAddress) &&
(EndAddress < MM_USER_PROBE_ADDRESS)) {
//
// N.B. Only the contents of the buffer may be probed.
// Therefore the starting byte is probed for the
// first page, and then the first byte in the page
// for each succeeding page.
//
// If this is a Wow64 process, then the native page is 4K, which
// could be smaller than the native page size/
//
EndAddress = (EndAddress & ~(PageSize - 1)) + PageSize;
do {
// 目标内存的值写入到目标内存，volatile 用于关闭编译器优化，确保写入发生
*(volatile CHAR *)StartAddress = *(volatile CHAR *)StartAddress;
// 一次检查一个字节，一个字节能写入，说明整个页都能写入
StartAddress = (StartAddress & ~(PageSize - 1)) + PageSize;
} while (StartAddress != EndAddress);
return;
} else {
// 非法访问内存
ExRaiseAccessViolation();
}
} else {
// 内存对齐异常
ExRaiseDatatypeMisalignment();
}
}
return;
}
三、系统线程，PsCreateSystemThread
驱动程序可以调用 PsCreateSystemThread 来创建系统线程，默认属于 System 进程，也可以指定所属进程从而能访问该进程的内存。
四、中断和异常
中断和异常都会打断正常指令流，中断是CPU产生的，异常的产生则是指令执行后的结果。所以中断是异步的，异常是同步的。
五、内核对象，名称系统
对象头
windows 提供了多种类型的内核对象，设计遵循面向对象思想，每个对象都由对象头和对象体构成。
_OBJECT_HEADER 对象头的定义在 base\ntos\inc\ob.h ，存储了对象管理所需的基本信息，如引用计数，句柄计数，对象名，对象类型等。
typedef struct _OBJECT_HEADER {
LONG_PTR PointerCount; // 引用计数
union {
LONG_PTR HandleCount; // 指向该对象的句柄数
PVOID NextToFree; // 对象呗延迟删除时加入到一条链中
};
POBJECT_TYPE Type; // 指向对象的类型对象
UCHAR NameInfoOffset; // 名称信息的内存偏移
UCHAR HandleInfoOffset; // 句柄信息的内存偏移
UCHAR QuotaInfoOffset; // 配额信息的内存偏移
UCHAR Flags;
union {
POBJECT_CREATE_INFORMATION ObjectCreateInfo;
PVOID QuotaBlockCharged;
};
PSECURITY_DESCRIPTOR SecurityDescriptor; // 安全描述符
QUAD Body; // 对象体开始
} OBJECT_HEADER, *POBJECT_HEADER;
其中，对象类型 POBJECT_TYPE Type 是一个指针，指向的类型就叫 OBJECT_TYPE ，它同样定义在 ob.h ，OBJECT_TYPE 存储了对象类型的信息，包括在全局对象类型数组中的索引，拷贝自对象头的对象名等。
对象类型
#define OBJECT_LOCK_COUNT 4
typedef struct _OBJECT_TYPE {
ERESOURCE Mutex;
LIST_ENTRY TypeList;
UNICODE_STRING Name; // Copy from object header for convenience
PVOID DefaultObject;
ULONG Index; // 此类型对象在全局数组中的索引
ULONG TotalNumberOfObjects;
ULONG TotalNumberOfHandles;
ULONG HighWaterNumberOfObjects;
ULONG HighWaterNumberOfHandles;
OBJECT_TYPE_INITIALIZER TypeInfo;
#ifdef POOL_TAGGING
ULONG Key;
#endif //POOL_TAGGING
ERESOURCE ObjectLocks[ OBJECT_LOCK_COUNT ];
} OBJECT_TYPE, *POBJECT_TYPE;
WRK提供了31种对象类型，例如我们在中级班接触过的 PsThreadType, PsProcessType ,IoDriverObjectType 等。这些对象类型是系统初始化时调用 ObCreateObjectType 函数创建的。
ObCreateObjectType 函数原型如下：
NTSTATUS
ObCreateObjectType (
__in PUNICODE_STRING TypeName,
__in POBJECT_TYPE_INITIALIZER ObjectTypeInitializer,
__in_opt PSECURITY_DESCRIPTOR SecurityDescriptor,
__out POBJECT_TYPE *ObjectType
);
第二个参数用到了 OBJECT_TYPE_INITIALIZER 类型，它除了指定了此种类型对象的一些数据特性，还指定了该类型对象的一些基本操作方法，如 Dump, Open, Close 等。
typedef struct _OBJECT_TYPE_INITIALIZER {
USHORT Length;
BOOLEAN UseDefaultObject;
BOOLEAN CaseInsensitive;
ULONG InvalidAttributes;
GENERIC_MAPPING GenericMapping;
ULONG ValidAccessMask;
BOOLEAN SecurityRequired;
BOOLEAN MaintainHandleCount;
BOOLEAN MaintainTypeList;
POOL_TYPE PoolType;
ULONG DefaultPagedPoolCharge;
ULONG DefaultNonPagedPoolCharge;
OB_DUMP_METHOD DumpProcedure;
OB_OPEN_METHOD OpenProcedure;
OB_CLOSE_METHOD CloseProcedure;
OB_DELETE_METHOD DeleteProcedure;
OB_PARSE_METHOD ParseProcedure;
OB_SECURITY_METHOD SecurityProcedure;
OB_QUERYNAME_METHOD QueryNameProcedure;
OB_OKAYTOCLOSE_METHOD OkayToCloseProcedure;
} OBJECT_TYPE_INITIALIZER, *POBJECT_TYPE_INITIALIZER;
对象类型数组 ObpObjectTypes
系统使用static全局数组 ObpObjectTypes 记录所有已创建的类型，限定不超过48种对象类型，OBJECT_TYPE 中的 Index 就是对象类型在此数组中的下标。
#define OBP_MAX_DEFINED_OBJECT_TYPES 48
POBJECT_TYPE ObpObjectTypes[ OBP_MAX_DEFINED_OBJECT_TYPES ];
创建对象
类型创建后，就可以调用 ObCreateObject 函数创建对象了。
NTSTATUS
ObCreateObject (
__in KPROCESSOR_MODE ProbeMode,
__in POBJECT_TYPE ObjectType,
__in POBJECT_ATTRIBUTES ObjectAttributes,
__in KPROCESSOR_MODE OwnershipMode,
__inout_opt PVOID ParseContext,
__in ULONG ObjectBodySize,
__in ULONG PagedPoolCharge,
__in ULONG NonPagedPoolCharge,
__out PVOID *Object
);
其中，ObjectBodySize 指定了对象体的大小，输出参数 Object 指向对象体的地址。
名称系统
windows提供了一套以名称来管理对象的机制，这对于跨模块，跨进程共享对象提供了便利。windows维护了一套全局的名称查询机制，ObpDirectoryObjectType 类型对象是实现这一机制的关键。下面来简单分析一下这套名称查询机制。
全局变量 ObpRootDirectoryObject 是根目录对象：
#define NUMBER_HASH_BUCKETS 37
#define OBJ_INVALID_SESSION_ID 0xFFFFFFFF
typedef struct _OBJECT_DIRECTORY {
struct _OBJECT_DIRECTORY_ENTRY *HashBuckets[ NUMBER_HASH_BUCKETS ];
EX_PUSH_LOCK Lock;
struct _DEVICE_MAP *DeviceMap;
ULONG SessionId;
} OBJECT_DIRECTORY, *POBJECT_DIRECTORY;
...
POBJECT_DIRECTORY ObpRootDirectoryObject;
根目录之下，系统内置了一些子目录，通过分析 NtCreateDirectoryObject 函数被调用的情况，我们可以看到 Callback、ArcName、Device、Driver、FileSystem、KernelObjects、ObjectTypes、GLOBAL?? 和 Security
子目录的创建过程。例如，阅读 IopCreateRootDirectories 函数，发现这里创建了 Driver 子目录：
//
// Create the root directory object for the \Driver directory.
//
RtlInitUnicodeString( &nameString, L"\\Driver" );
InitializeObjectAttributes( &objectAttributes,
&nameString,
OBJ_PERMANENT|OBJ_KERNEL_HANDLE,
(HANDLE) NULL,
(PSECURITY_DESCRIPTOR) NULL );
status = NtCreateDirectoryObject( &handle,
DIRECTORY_ALL_ACCESS,
&objectAttributes );
if (!NT_SUCCESS( status )) {
return FALSE;
} else {
(VOID) ObCloseHandle( handle , KernelMode);
}
对象管理器内部有一套函数用于插入、查询和删除目录项或目录。对外提供了 ObOpenObjectByName 和ObReferenceObjectByName 函数用来根据名称打开或引用对象。这些函数我暂时不打算分析，猜测其内部应该是哈希表实现的。
对象体
分析 ObpAllocateObject 函数发现，对象体和对象头在同一块连续内存：
ObjectHeader = ExAllocatePoolWithTag( PoolType,
HeaderSize + ObjectBodySize,
(ObjectType == NULL ? 'TjbO' : ObjectType->Key) |
PROTECTED_POOL );
通过对象头获取对象体的方法是这样的：
#define OBJECT_TO_OBJECT_HEADER( o ) \
CONTAINING_RECORD( (o), OBJECT_HEADER, Body )
内核对象生命周期，内核计数
内核对象通过引用计数管理生命周期，当引用计数为0，对象就被销毁。引用计数来源于两方面，一个是内核的指针引用该对象，增加引用计数和减少引用计数的函数是 ObReferenceObjectByPointer
和 ObDereferenceObject；另一个是进程打开内核对象并获得一个句柄，增加减少句柄的函数是 ObpIncrementHandleCount 和ObpDecrementHandleCount 。
内容总结
以上是互联网集市为您收集整理的（3）Windows系统总述全部内容，希望文章能够帮你解决（3）Windows系统总述所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错，欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。
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