操作系統(tǒng) W2K-XP操作系統(tǒng)-結(jié)構(gòu)剖析1學(xué)習(xí)專業(yè)課件

本節(jié)將深入了解Windows2000/XP體系結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)

Client/Server結(jié)構(gòu)

微內(nèi)核（非純微內(nèi)核）

注：純微內(nèi)核系統(tǒng)有“通信”瓶頸問(wèn)題，不實(shí)用

核心態(tài)（管態(tài)，kernelmode）

――內(nèi)核用戶態(tài)（目態(tài)，usermode）

――服務(wù)進(jìn)程及用戶程序1/1/20251哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖？層次結(jié)構(gòu)？Client/Server結(jié)構(gòu)？微內(nèi)核1/1/20252哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖硬件抽象層（HAL）

HAL－HardwareAbstractionLayerWindows2000設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一是在不同平臺(tái)上移植

HAL即是此設(shè)計(jì)實(shí)施的關(guān)鍵部分，它隱藏了硬件的相關(guān)細(xì)節(jié)

HAL為Windows2000運(yùn)行提供最底層的接口函數(shù)有關(guān)HAL的文件在Windows2000CD有若干文件，但在安裝系統(tǒng)時(shí)只能有一個(gè)被使用1/1/20253哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖系統(tǒng)核心(內(nèi)核)

WindowsOS的核心—“微內(nèi)核”特點(diǎn)的體現(xiàn)之處內(nèi)核由一系列的可調(diào)用函數(shù)組成:1)一部分存于Ntoskrnl.exe中(Ntoskrnl.exe另一部分為執(zhí)行體)

如OS原語(yǔ)（primitive）

線程調(diào)度、線程同步服務(wù)、硬件中斷服務(wù)等函數(shù)這些函數(shù)供“執(zhí)行體”程序調(diào)用

2)另一部分存檔于DDK中（DriversDevelopmentKit驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)軟件）這些函數(shù)供實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使用

內(nèi)核代碼主要用C語(yǔ)言編寫(xiě)訪問(wèn)處理器指令和寄存器的代碼用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)1/1/20254哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是可加載的內(nèi)核模式模塊

（通常以.sys結(jié)尾的文件）

Windows2000的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不直接操作硬件，它們通過(guò)調(diào)用內(nèi)核函數(shù)或直接調(diào)用HAL中的函數(shù)與硬件接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分類：（1）硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

hardwaredevicedriver――直接面對(duì)硬件如主板驅(qū)動(dòng)、I/O接口（串口、并口、USB口）驅(qū)動(dòng)等

（2）過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序（軟硬件驅(qū)動(dòng)程序）

filterdriver――對(duì)硬件驅(qū)動(dòng)程序添加進(jìn)一步的函數(shù)功能，如控制面板當(dāng)中的“聲音”、“鍵盤(pán)”、“電話”1/1/20255哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分類：

（3）文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序

filesystemdriverWindowsOS中非常重要的驅(qū)動(dòng)程序存儲(chǔ)設(shè)備的硬驅(qū)動(dòng)（讀、寫(xiě)）文件系統(tǒng)的軟驅(qū)動(dòng)（FAT12、FAT16、FAT32、NTFS等）（4）協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序

protocoldriver――實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能如TCP/IP、NetBEUI、IPX/SPX協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序1/1/20256哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖窗口及圖形系統(tǒng)

窗口及圖形系統(tǒng)包括：

1.

Win32User和GDI（GraphicsDeviceInterface）函數(shù),即圖形窗口處理，如窗口創(chuàng)建、切換、控制等圖形函數(shù)

2.

圖形驅(qū)動(dòng)程序

與繪圖相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

相關(guān)系統(tǒng)文件：Win32k.sys

User32.dll

GDI32.dll1/1/20257哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖執(zhí)行程序（Executive）

執(zhí)行程序是內(nèi)核映像Ntoskrnl.exe中上層模塊與函數(shù)。

其中，模塊主要包括：

1．I/O管理器

2．高速緩存管理器

3．對(duì)象管理器

4．即插即用（PnP）管理器

5．電源管理器

6．安全引用監(jiān)視器

7．虛擬內(nèi)存管理器

8．進(jìn)程與線程管理器

9．配置管理器（注冊(cè)表管理器）10．本地過(guò)程調(diào)用功能？為什么沒(méi)有進(jìn)程或線程調(diào)度管理程序？1/1/20258哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖1．I/O管理器

I/Omanager

它使得I/O操作設(shè)備無(wú)關(guān)性，負(fù)責(zé)將I/O

請(qǐng)求分配給相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

I/O請(qǐng)求幾乎以I/O請(qǐng)求包（IRP）表示

I/O管理器負(fù)責(zé)分發(fā)IRP給相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。1/1/20259哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖2．高速緩存管理器

cachemanager

主要針對(duì)提高外存儲(chǔ)器存取效率

1/1/202510哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖3．對(duì)象管理器

objectmanager

是一組函數(shù)

Windows2000為一致、安全訪問(wèn)各種內(nèi)部服務(wù)，封裝各種對(duì)象，統(tǒng)一管理和訪問(wèn)對(duì)象為一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

比如進(jìn)程的棧段，數(shù)據(jù)段，線程的執(zhí)行代碼實(shí)體，打開(kāi)文件的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等1/1/202511哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖4．即插即用（PnP）管理器

PlugandPlaymanager

自動(dòng)識(shí)別所安裝的設(shè)備為新設(shè)備動(dòng)態(tài)分配資源：DMA通道、存儲(chǔ)單元等

為設(shè)備加載適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序1/1/202512哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖5．電源管理器

powermanager

協(xié)調(diào)電源事件，并為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序產(chǎn)生電源管理I/O通知。管理設(shè)備（CPU、顯示器等）休眠，減少耗電；休眠時(shí)，保存內(nèi)存內(nèi)容到Hiberfile.sys（在引導(dǎo)卷根目錄下），然后關(guān)機(jī)。開(kāi)機(jī)時(shí)，Ntldr執(zhí)行時(shí)將該文件讀入內(nèi)存，從睡眠點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。電源管理需要硬件性能支持它們必須遵從ACPI標(biāo)準(zhǔn)

1998年底之后制造的計(jì)算機(jī)幾乎符合ACPI標(biāo)準(zhǔn)1/1/202513哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖6．安全引用監(jiān)視器

securityreferencemonitor

負(fù)責(zé)監(jiān)控操作系統(tǒng)資源

當(dāng)有用戶線程訪問(wèn)資源（如文件）或內(nèi)部對(duì)象（如進(jìn)程私有數(shù)據(jù)段）時(shí)產(chǎn)生安全審計(jì)消息：

YesorNo1/1/202514哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖7．虛擬內(nèi)存管理器

virtualmemorymanager

一個(gè)實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存的存儲(chǔ)管理模塊為每一進(jìn)程提供超過(guò)物理空間的存儲(chǔ)空間為高速緩存管理器提供基本支持1/1/202515哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖8．進(jìn)程與線程管理器processandthreadmanager負(fù)責(zé)創(chuàng)建、終止進(jìn)程或線程注：線程調(diào)度由內(nèi)核負(fù)責(zé)1/1/202516哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖

9．配置管理器（注冊(cè)表管理器）

configurationmanager

管理系統(tǒng)注冊(cè)表系統(tǒng)中任何涉及對(duì)注冊(cè)表的操作均由它來(lái)完成如regedit.exe，軟件安裝過(guò)程對(duì)注冊(cè)表的修改等

注：它并不是regedit.exe1/1/202517哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖

10．本地過(guò)程調(diào)用功能

localprocedurecall

LPC功能：是一組函數(shù)。

在本機(jī)內(nèi)傳遞客戶進(jìn)程與服務(wù)進(jìn)程間的信息

LPC函數(shù)只能在系統(tǒng)內(nèi)部模塊間調(diào)用，用戶應(yīng)用程序不能通過(guò)API調(diào)用

如系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程Winlogon與Lsass之

間的通信如安全引用監(jiān)視器與Lsass進(jìn)程通信1/1/202518哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖我們先看一下“任務(wù)管理器”

注意進(jìn)程4系統(tǒng)進(jìn)程

1.系統(tǒng)進(jìn)程（Systemprocess）

它是內(nèi)核模式線程的“宿主”進(jìn)程無(wú)映像文件相對(duì)應(yīng)，它包括內(nèi)核中大部分線程

（Ntoskrnl.exe或設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中）在TaskManager中顯示為System，PID＝4

一般情況下有幾十個(gè)系統(tǒng)線程在運(yùn)行系統(tǒng)線程由該進(jìn)程派生

比如：設(shè)備輪詢、內(nèi)外存交換等線程1/1/202519哈工大軟件學(xué)院Windows2000體系結(jié)構(gòu)詳圖系統(tǒng)進(jìn)程

2.空閑進(jìn)程（