Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn)從操作系統(tǒng)原理的角度，詳細(xì)解析了Windows如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代操作系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)鍵部件，包括進(jìn)程、線程、物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存的管理，Windows中的同步和并發(fā)性支持，以及Windows的I/O模型。在介紹這些關(guān)鍵部件時(shí)，《Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn)》直接以Windows的源代碼（WRK, Windows Research Kernel）為參照，因而讀者可以了解像Windows這樣的復(fù)雜操作系統(tǒng)是如何在x86處理器上運(yùn)行的。

在內(nèi)容選取方面，《Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn)》側(cè)重于Windows內(nèi)核中最基本的系統(tǒng)部件，同時(shí)也兼顧到作為一個(gè)操作系統(tǒng)的完整性，所以，《Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn)》也介紹了像存儲(chǔ)體系、網(wǎng)絡(luò)、Windows環(huán)境子系統(tǒng)等，這些雖然并不位于內(nèi)核模塊但卻支撐整個(gè)Windows運(yùn)行的重要部件。在《Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn)》最后，也介紹了Windows Server 2003以后的內(nèi)核發(fā)展和變化。

雖然書中有大量關(guān)于Windows代碼實(shí)現(xiàn)的描述，但是《Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn)》并沒有羅列WRK中的代碼，即使讀者不對(duì)照WRK的源代碼，也可以從這些章節(jié)的描述中理解Windows的實(shí)現(xiàn)機(jī)理。在每一個(gè)技術(shù)專題的介紹中，《Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn)》幾乎都提供了一個(gè)框架圖，并且有關(guān)鍵細(xì)節(jié)的實(shí)現(xiàn)分析，這樣做的意圖是讓讀者既能夠?qū)σ豁?xiàng)技術(shù)有總體上的把握，也通曉關(guān)鍵的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

Windows操作系統(tǒng)已經(jīng)有20年歷史了，市面上有大量關(guān)于Windows技術(shù)的文檔和書籍，但是，真正從源代碼來詮釋W(xué)indows底層機(jī)理的，《Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn)》還是第一次嘗試。在《Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn)》覆蓋的內(nèi)容中，有相當(dāng)一部分是第一次以文字形式披露出來的，期望這些內(nèi)容能消除人們對(duì)于Windows的神秘感。

寫作《Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn)》的目的是讓對(duì)Windows有好奇心的人真正了解到Windows中的核心機(jī)理，讓計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生和老師，以及系統(tǒng)軟件工程師可以快速地領(lǐng)略到Windows中先進(jìn)的系統(tǒng)技術(shù)，以及在Windows上編寫出更加高效的軟件。《Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn)》也配備了一些小工具，通過這些小工具，讀者可以查看內(nèi)核中的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的信息，甚至觀察系統(tǒng)的行為，可通過Internet下載這些工具。

Windows內(nèi)核原理與實(shí)現(xiàn) 目錄：

第1章 概述 1
1.1 操作系統(tǒng)基礎(chǔ) 2
1.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件資源管理 2
1.1.2 為應(yīng)用程序提供執(zhí)行環(huán)境 5
1.2 學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)之必備知識(shí) 7
1.3 WINDOWS操作系統(tǒng)發(fā)展歷史 9
1.4 WINDOWS內(nèi)核的版本 11
1.5 操作系統(tǒng)的研究與發(fā)展 13
1.6 本章總結(jié) 16

第2章 WINDOWS系統(tǒng)總述 17
2.1 現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 17
2.2 WINDOWS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 18
2.2.1 Windows內(nèi)核結(jié)構(gòu) 20
2.2.2 Windows內(nèi)核中的關(guān)鍵組件 22
2.2.3 Windows子系統(tǒng) 29
2.2.4 系統(tǒng)線程和系統(tǒng)進(jìn)程 32
2.3 關(guān)于WINDOWS研究內(nèi)核 34
2.3.1 WRK包含了什么 35
2.3.2 WRK源代碼說明 36
2.3.3 本書對(duì)WRK源代碼的引用 38
2.4 WINDOWS內(nèi)核的基本概念 39
2.4.1 處理器模式 40
2.4.2 內(nèi)存管理 41
2.4.3 進(jìn)程和線程管理 43
2.4.4 中斷和異常 45
2.4.5 同步 48
2.5 WINDOWS內(nèi)核中的公共管理設(shè)施 50
2.5.1 Windows內(nèi)核中的對(duì)象管理 50
2.5.2 注冊(cè)表和配置管理器 58
2.5.3 事件追蹤（ETW） 69
2.5.4 安全性管理 72
2.6 WINDOWS引導(dǎo)過程 79
2.6.1 內(nèi)核加載 79
2.6.2 內(nèi)核初始化 86
2.6.3 建立用戶登錄會(huì)話 91
2.7 本章總結(jié) 97

第3章 WINDOWS進(jìn)程和線程 99
3.1 進(jìn)程基本概念 99
3.1.1 多進(jìn)程模型 99
3.1.2 進(jìn)程和程序 101
3.2 線程基本概念 104
3.2.1 線程模型 104
3.2.2 線程調(diào)度算法 106
3.2.3 線程和進(jìn)程的關(guān)系 108
3.3 WINDOWS中進(jìn)程和線程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 108
3.3.1 內(nèi)核層的進(jìn)程和線程對(duì)象 108
3.3.2 執(zhí)行體層的進(jìn)程和線程對(duì)象 120
3.4 WINDOWS的進(jìn)程和線程管理 131
3.4.1 Windows進(jìn)程中的句柄表 131
3.4.2 獲得當(dāng)前線程和進(jìn)程 136
3.4.3 進(jìn)程和線程的創(chuàng)建過程 137
3.4.4 進(jìn)程和線程的結(jié)束 147
3.4.5 系統(tǒng)初始進(jìn)程和線程 149
3.5 WINDOWS中的線程調(diào)度 151
3.5.1 線程優(yōu)先級(jí) 152
3.5.2 線程狀態(tài)轉(zhuǎn)移 154
3.5.3 時(shí)限管理 164
3.5.4 優(yōu)先級(jí)調(diào)度和環(huán)境切換 166
3.6 進(jìn)程和線程狀態(tài)監(jiān)視工具 172
3.6.1 ProcMon使用示例 172
3.6.2 ProcMon實(shí)現(xiàn)原理 174
3.7 本章總結(jié) 174

第4章 WINDOWS內(nèi)存管理 175
4.1 內(nèi)存管理概述 176
4.1.1 頁式內(nèi)存管理 177
4.1.2 段式內(nèi)存管理 181
4.1.3 內(nèi)存管理算法介紹 184
4.1.4 Windows內(nèi)存管理概述 192
4.2 WINDOWS系統(tǒng)內(nèi)存管理 194
4.2.1 系統(tǒng)地址空間初始化 194
4.2.2 系統(tǒng)地址空間內(nèi)存管理 209
4.2.3 系統(tǒng)PTE區(qū)域的管理 224
4.3 進(jìn)程虛擬內(nèi)存管理 229
4.3.1 地址空間的創(chuàng)建和初始化 229
4.3.2 地址空間切換 234
4.3.3 虛擬地址空間的管理 235
4.3.4 內(nèi)存區(qū)對(duì)象 241
4.4 內(nèi)存頁面交換 249
4.4.1 x86中的PTE 250
4.4.2 軟件PTE：無效PTE和原型PTE 253
4.4.3 頁面錯(cuò)誤處理 257
4.4.4 Windows的寫時(shí)復(fù)制 263
4.5 物理內(nèi)存管理 265
4.5.1 PFN數(shù)據(jù)庫 265
4.5.2 物理頁面的狀態(tài)變化 270
4.5.3 物理頁面鏈表的管理和操作 274
4.5.4 修改頁面寫出器 279
4.5.5 進(jìn)程/棧交換器 281
4.5.6 低內(nèi)存通知和高內(nèi)存通知 284
4.6 工作集管理 285
4.6.1 Windows工作集管理器 285
4.6.2 平衡集管理器 291
4.7 內(nèi)存監(jiān)視工具M(jìn)EM_MON 292
4.7.1 Mem_Mon使用介紹 292
4.7.2 Mem_Mon實(shí)現(xiàn)原理 293
4.8 本章總結(jié) 294

第5章 WINDOWS中的并發(fā)和同步 295
5.1 進(jìn)程和線程同步基礎(chǔ) 295
5.1.1 并發(fā)性基礎(chǔ) 296
5.1.2 進(jìn)程或線程之間的通訊 299
5.1.3 經(jīng)典的同步問題 303
5.2 WINDOWS中斷與異常 308
5.2.1 硬件中斷的發(fā)生和處理 308
5.2.2 中斷請(qǐng)求級(jí)別（IRQL） 314
5.2.3 中斷對(duì)象 317
5.2.4 DPC（延遲過程調(diào)用） 320
5.2.5 時(shí)鐘中斷和定時(shí)器管理 324
5.2.6 APC（異步過程調(diào)用） 328
5.2.7 異常分發(fā) 333
5.3 不依賴于線程調(diào)度的同步機(jī)制 340
5.3.1 提升IRQL實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步 340
5.3.2 互鎖操作 342
5.3.3 無鎖的單鏈表實(shí)現(xiàn) 343
5.3.4 自旋鎖 345
5.4 基于線程調(diào)度的同步機(jī)制 351
5.4.1 線程進(jìn)入等待 351
5.4.2 分發(fā)器對(duì)象 358
5.4.3 門等待 365
5.4.4 執(zhí)行體資源（executive resource） 367
5.4.5 推鎖（push lock） 370
5.4.6 死鎖 375
5.5 使用工具DPERFLITE 376
5.5.1 DPerfLite使用示例 376
5.5.2 DPerfLite實(shí)現(xiàn)原理 378
5.6 本章總結(jié) 379

第6章 WINDOWS I/O系統(tǒng) 381
6.1 I/O概述 382
6.1.1 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的I/O 382
6.1.2 I/O軟件技術(shù) 386
6.1.3 Windows的I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 388
6.2 I/O管理器 390
6.2.1 驅(qū)動(dòng)程序初始化 390
6.2.2 驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο蠛驮O(shè)備對(duì)象 397
6.2.3 文件對(duì)象 401
6.2.4 對(duì)象生命周期管理 405
6.3 即插即用管理器 406
6.3.1 即插即用的基本要求 407
6.3.2 Windows中驅(qū)動(dòng)程序的即插即用支持 408
6.3.3 設(shè)備列舉與設(shè)備樹 409
6.4 電源管理器 411
6.4.1 電源管理概述 412
6.4.2 Windows中的電源管理 415
6.5 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 420
6.5.1 驅(qū)動(dòng)程序分類 420
6.5.2 例子驅(qū)動(dòng)程序toaster 423
6.5.3 驅(qū)動(dòng)程序的代碼結(jié)構(gòu) 425
6.5.4 toaster設(shè)備的設(shè)備棧 430
6.5.5 過濾驅(qū)動(dòng)程序的配置和加載 431
6.5.6 非即插即用驅(qū)動(dòng)程序 435
6.6 I/O處理 437
6.6.1 I/O請(qǐng)求包（IRP） 438
6.6.2 針對(duì)獨(dú)立設(shè)備對(duì)象的I/O處理 444
6.6.3 處理I/O請(qǐng)求過程中的事項(xiàng) 449
6.6.4 針對(duì)設(shè)備棧的I/O處理 459
6.6.5 I/O完成端口 463
6.7 I/O監(jiān)視工具IRPMON 466
6.7.1 IRPMon使用介紹 466
6.7.2 IRPMon實(shí)現(xiàn)原理 467
6.8 本章總結(jié) 468

第7章 WINDOWS存儲(chǔ)管理 469
7.1 存儲(chǔ)管理概述 469
7.1.1 硬件存儲(chǔ)體系（Memory hierarchy） 470
7.1.2 Windows的存儲(chǔ)管理結(jié)構(gòu) 472
7.2 WINDOWS緩存管理 474
7.2.1 Windows緩存空間的內(nèi)存管理 474
7.2.2 緩存管理器的數(shù)據(jù)訪問路徑 481
7.2.3 直接使用緩存中的數(shù)據(jù) 484
7.2.4 緩存管理器的預(yù)讀處理 491
7.2.5 緩存管理器的延遲寫 494
7.3 WINDOWS卷管理 497
7.3.1 Windows中存儲(chǔ)棧結(jié)構(gòu) 497
7.3.2 卷的掛載 501
7.3.3 卷與文件系統(tǒng) 504
7.3.4 文件對(duì)象的I/O處理 508
7.4 WINDOWS文件系統(tǒng) 510
7.4.1 文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu) 511
7.4.2 RAW文件系統(tǒng)和FsRtl 516
7.4.3 文件系統(tǒng)的過濾 520
7.4.4 FAT文件系統(tǒng) 527
7.4.5 NTFS文件系統(tǒng) 532
7.5 本章總結(jié) 540

第8章 WINDOWS系統(tǒng)服務(wù) 541
8.1 WINDOWS系統(tǒng)服務(wù)原理 541
8.1.1 Intel x86的用戶模式-內(nèi)核模式切換 541
8.1.2 Windows的用戶模式-內(nèi)核模式切換 546
8.1.3 Windows中的系統(tǒng)服務(wù)分發(fā) 550
8.1.4 增加系統(tǒng)服務(wù)表或表項(xiàng) 557
8.2 LPC（本地過程調(diào)用）服務(wù) 561
8.2.1 LPC結(jié)構(gòu)模型 561
8.2.2 LPC端口和LPC消息 563
8.2.3 LPC通訊模型的實(shí)現(xiàn) 565
8.2.4 LPC應(yīng)用 571
8.3 命名管道（NAMED PIPE）服務(wù) 573
8.3.1 命名管道的名稱解析 573
8.3.2 命名管道的通訊模型 575
8.3.3 命名管道的實(shí)現(xiàn) 577
8.4 郵件槽（MAILSLOT）服務(wù) 580
8.4.1 郵件槽的名稱解析 580
8.4.2 郵件槽的通訊模型 581
8.4.3 郵件槽的實(shí)現(xiàn) 581
8.5 SDT顯示工具SDTVIEWER 583
8.5.1 SDTViewer使用介紹 583
8.5.2 SDTViewer實(shí)現(xiàn)原理 584
8.6 本章總結(jié) 585

第9章 WINDOWS內(nèi)核高級(jí)話題 587
9.1 網(wǎng)絡(luò) 587
9.1.1 Windows網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 587
9.1.2 TDI（傳輸驅(qū)動(dòng)程序接口） 591
9.1.3 NDSI（網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序接口規(guī)范） 594
9.1.4 Windows Vista以后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 597
9.2 WINDOWS子系統(tǒng) 599
9.2.1 Windows子系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 599
9.2.2 Windows子系統(tǒng)初始化與GUI線程 602
9.2.3 窗口管理 606
9.2.4 GDI（圖形設(shè)備接口） 616
9.2.5 Windows Vista以后的子系統(tǒng)變化 622
9.3 內(nèi)核日志 625
9.3.1 WRK中的內(nèi)核記錄器 625
9.3.2 利用ETW信息診斷性能問題 628
9.4 WINDOWS VISTA/SERVER 2008/7的重要變化 636
9.4.1 MinWin工程 636
9.4.2 ？？ 639

附錄A 建立編譯和調(diào)試WRK環(huán)境 641
A.1 編譯WRK 641
A.2 啟動(dòng)WRK 645
A.3 調(diào)試WRK 648
附錄B 內(nèi)核代碼插入工具KINJECTTOOLKIT 657
B.1 KINJECTTOOLKIT功能介紹 658
B.2 KINJECTTOOLKIT的代碼實(shí)現(xiàn) 659
B.3 KINJECTTOOLKIT的限制 663