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Windows操作系统架构

 

用户态

用户态有四类组件,这四类组件都是以进程形式存在的,也就是说,它们都有自己的进程地址空间(其实就是一套页表)。

1. System Support Processes

这些是固化的进程,也就是说是操作系统结合在一起的进程。

比如logon process(winlogon.exe),Session manager(smss.exe)。

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Session Manager          [smss.exe]
Local Session Manager       [lsm.exe]
Service Control Manager     [services.exe]
Local Security Authority     [lsass.exe]
Winlogon              [winlogon.exe]
Wininit               [wininit.exe]

  

它们都不属于service,因为它们都不是由SCM(Service Control Manager)启动的。

2. Service Processes

Service进程是由SCM启动的,它们与user logon是独立的,因为有些service的启动时机比winlogon.exe还早。

Task Scheduler和Print Spooler都是services。

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Service Host    [svchost.exe]

  

3. User Applications

就是常说的应用程序。

4. Environment Subsystem Server Processes

就是常说的“环境子系统”,也就是“Win32子系统”。

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[csrss.exe]

  

 

Subsystem Dynamic Libraries

由四个dll组成:

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Kernel32.dll
Advapi32.dll
User32.dll
Gdi32.dll

它们实际上是Service Processes和User Applications的一部分,以dll的形式加载到它们的进程地址空间中去的。

它们的作用是向Service Processes和User Applications提供Win32 API接口。

 

Win32 API在实现上分为三类:

1. 完全在这四个dll的内部实现。

2. 通过这四个dll,调用更加底层的(内核态,比如内核或者驱动)实现。

3. 这四个dll与Environment Subsystem Server Processes建立C/S通信模型,dll作为client请求Win32子系统的server进程(用户态进程)来提供相应的实现。

 


 

内核态

内核态组件分为以下几类:

1. Windows Executive

可以理解为内核态的管理程序,其实就是各个模块子系统。

比如内存管理模块,进程与线程管理模块,安全模块,IO模块,网络模块,以及进程间通信模块。

 

2. Windows Kernel

狭义上的内核,提供内核态中的核心操作,比如线程调度与切换,中断和异常的分发与处理,以及多处理的同步等等。

它其实就是一组函数的集合。

 

3. Device Driver

内核态驱动。

 

4. HAL

Hardware Abstract Layer

用来隐藏与平台相关的细节,并且向上提供统一的API接口。

 

5. Windowing and Graphics System

窗口与绘图系统。用来提供GUI相关功能。

 

这5个组件大部分都存在于一个Ntoskrnl.exe中,当然一些第三方的driver除外。

 

 


 

Windows Subsystem

Windows子系统包含两部分:

即上面所描述的用户态的Environment Subsystem Service Processes和内核态的Windowing and Graphics System

 

用户态的Win32子系统服务进程

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[csrss.exe]
 
Basesrv.dll
Winsrv.dll
Csrsrv.dll

 

向Win32 Subsystem dll代表的client提供以下功能支持:

1. Console Windows(命令行窗口,即不带GUI功能,不涉及到Win32k.sys)

2. 创建和删除Process/Thread

3. Side-by-Side(Sxs)支持

等等。

 

内核态的Win32k.sys驱动

提供以下功能:

1. 窗口管理器,以及与GUI相关的输入输出设备,消息传递等机制。

2. 提供GDI绘图库。

3. DirectX的支持(在另一个驱动Dxgkrnl.sys中实现)


Ntdll


 

 

Executive


 

Kernel


 

HAL 


 

Device Driver


 

Subsystem Processes