Внутреннее устройство Windows. 7 изд. Часть 2

Об авторах этого издания ............................................................................................16Предисловие................................................................................................................18Введение.....................................................................................................21История серии.................................................................................................................................21Изменения в седьмом издании............................................................................................22Изменения в томе 2.................................................................................................................23Практические эксперименты.................................................................................................23Незатронутые темы.............................................................................................................23Предупреждение и предостережение......................................................................................24Чего мы ожидаем от читателя....................................................................................................24Структура книги................................................................................................................24Шрифтовые выделения...................................................................................................25Благодарности..............................................................................................................25Остаемся на связи.........................................................................................................27От издательства..............................................................................................................27 Глава 8 Системные механизмы....................................................................................28Модель выполнения кода процессором.................................................................................29Сегментация..............................................................................................................................29Сегменты состояния задач....................................................................................................34Аппаратные уязвимости к атакам по сторонним каналам...............................................37Внеочередное выполнение команд....................................................................................38Блок предсказания переходов.............................................................................................39Кэш процессора........................................................................................................................40Атаки по сторонним каналам...............................................................................................42Меры борьбы с атаками по сторонним каналам в Windows...........................................46Затенение KVA.........................................................................................................................47Аппаратный контроль непрямых переходов (IBRS, IBPB, STIBP, SSBD)........51Retpoline и оптимизация импорта.....................................................................................53Сопряжение STIBP.................................................................................................................57Диспетчеризация системных прерываний............................................................................61Диспетчеризация прерываний............................................................................................63Конвейерные и инициируемые сообщениями прерывания......................................84Обработка таймера................................................................................................................103Системные рабочие потоки................................................................................................120Управление исключениями...............................................................................................125Обработка действий системных служб..........................................................................132WoW64 (Windows-on-Windows)...........................................................................................147Ядро WoW64...........................................................................................................................148Перенаправление путей в файловой системе..............................................................152Перенаправление в системном реестре..........................................................................154Симуляция X86 на платформах AMD64.......................................................................155ARM............................................................................................................................................157Модели памяти.......................................................................................................................157Симуляция ARM32 на платформах ARM64................................................................158Симуляция x86 на платформах ARM64........................................................................159Диспетчер объектов.....................................................................................................................169Объекты исполнительной системы.................................................................................172Структура объектов..............................................................................................................176Синхронизация.................................................................................................................222Высокоуровневая IRQL-синхронизация......................................................................223Низкоуровневая IRQL-синхронизация.........................................................................230Продвинутый локальный вызов процедур..........................................................................267Модель подключения...........................................................................................................268Модель сообщений................................................................................................................270Асинхронные операции.......................................................................................................273Просмотры, области и разделы.........................................................................................274Атрибуты...................................................................................................................................275Двоичные объекты, дескрипторы и ресурсы................................................................276Передача дескрипторов.......................................................................................................277Безопасность............................................................................................................................279Производительность.............................................................................................................280Управление электропитанием...........................................................................................281Атрибут прямого события ALPC.....................................................................................282Отладка и трассировка.........................................................................................................282Средство уведомлений Windows............................................................................................284Возможности WNF...............................................................................................................285Пользователи WNF...............................................................................................................286Именованные состояния WNF и хранение..................................................................292Агрегация событий WNF....................................................................................................297Отладка в пользовательском режиме....................................................................................299Поддержка со стороны ядра...............................................................................................299Платформенно-зависимая поддержка............................................................................301Поддержка подсистемы Windows....................................................................................303Пакетные приложения...............................................................................................................304Приложения UWP................................................................................................................306Приложения Centennial.......................................................................................................307Диспетчер активности хоста..............................................................................................311Репозиторий состояний.......................................................................................................313Мини-репозиторий зависимостей...................................................................................317Фоновые задачи и инфраструктура брокеров.............................................................318Установка и запуск пакетных приложений..................................................................321Активация пакетов................................................................................................................321Регистрация пакетов.............................................................................................................328Заключение...............................................................................................................................330Глава 9 Технологии виртуализации................................................................................331Гипервизор Windows..................................................................................................................331Разделы, процессы и потоки..............................................................................................333Запуск гипервизора...............................................................................................................338Диспетчер памяти гипервизора........................................................................................344Планировщики Hyper-V.....................................................................................................353Гипервызовы и TLFS гипервизора..................................................................................365Перехваты.................................................................................................................................367Синтетический контроллер прерываний......................................................................368API платформы гипервизора Windows и разделы EXO..........................................371Вложенная виртуализация.................................................................................................374Гипервизор Windows на ARM64......................................................................................382Стек виртуализации....................................................................................................................383Служба диспетчера виртуальных машин и рабочие процессы..............................384Драйвер VID и диспетчер памяти стека виртуализации.........................................386Работа виртуальной машины ...........................................................................................387VMBus........................................................................................................................................393Первичный обмен квитирующими сообщениями VMBus......................................394Поддержка виртуального оборудования.......................................................................400Виртуальные машины с поддержкой VA......................................................................408Безопасность на основе виртуализации (VBS).................................................................413Виртуальные уровни доверия и виртуальный безопасный режим......................414Сервисы, предоставляемые VSM, и требования.........................................................416Безопасное ядро (Secure Kernel).............................................................................................419Виртуальные прерывания...................................................................................................420Безопасный перехват............................................................................................................423Системные вызовы VSM.....................................................................................................425Защищенные потоки и планирование............................................................................432Hypervisor-Enforced Code Integrity (HVCI)................................................................435Виртуализация UEFI во время выполнения...............................................................435Запуск VSM.............................................................................................................................437Диспетчер памяти безопасного ядра...............................................................................441Горячее исправление............................................................................................................447Изолированный пользовательский режим.........................................................................450Создание трастлетов.............................................................................................................451Защищенные устройства.....................................................................................................455Анклавы на основе VBS.......................................................................................................458Аттестация среды выполнения System Guard.............................................................466Заключение....................................................................................................................471Глава 10 Управление, диагностика и трассировка.....................................................472Реестр..............................................................................................................................472Просмотр и изменение реестра.........................................................................................472Использование реестра........................................................................................................473Типы данных реестра............................................................................................................474Логическая структура реестра...........................................................................................475Кусты приложений................................................................................................................484Расширение для работы с реестром в режиме транзакций — Transactional Registry (TxR)..............................................................................................486Мониторинг активности реестра......................................................................................487Внутреннее устройство Process Monitor.......................................................................488Внутреннее устройство реестра........................................................................................489Реорганизация кустов..........................................................................................................499Пространство имен и работа реестра..............................................................................500Обеспечение надежного хранения...................................................................................503Фильтрация реестра.............................................................................................................508Виртуализация реестра........................................................................................................508Оптимизация реестра...........................................................................................................512Службы Windows.........................................................................................................................512Приложения служб...............................................................................................................513Учетные записи служб.........................................................................................................522Диспетчер управления службами....................................................................................536Программы управления службами..................................................................................541Запуск служб...........................................................................................................................542Службы с отложенным автозапуском............................................................................549Службы с запуском по триггеру.......................................................................................549Ошибки, возникающие при запуске................................................................................551Признание загрузки и последняя удачная конфигурация......................................552Сбои служб................................................................................................................................554Завершение работы службы...............................................................................................556Процессы, общие для нескольких служб.......................................................................557Теги служб................................................................................................................................561Пользовательские службы..................................................................................................562Пакетные службы..................................................................................................................566Защищенные службы...........................................................................................................566Планирование задач и UBPM..................................................................................................569Планировщик задач..............................................................................................................569Унифицированный диспетчер фоновых процессов..................................................576COM-интерфейсы планировщика задач.......................................................................581Инструментарий управления Windows...............................................................................582Архитектура WMI.................................................................................................................582Поставщики WMI.................................................................................................................584Общая информационная модель и язык формата управляемых объектов.......585Связи классов..........................................................................................................................589Реализация WMI...................................................................................................................592Безопасность WMI................................................................................................................594Трассировка событий для Windows......................................................................................594Инициализация ETW..........................................................................................................597Сеансы ETW............................................................................................................................599Поставщики ETW.................................................................................................................602Поставка событий..................................................................................................................607Поток ETW Logger................................................................................................................608Потребление событий..........................................................................................................610Системные средства ведения журнала (логгеры)......................................................614Безопасность ETW................................................................................................................621Динамическая трассировка.......................................................................................................625Внутренняя архитектура.....................................................................................................628Библиотека типов DTrace...................................................................................................635Отчеты об ошибках Windows...................................................................................................637Сбой пользовательского приложения............................................................................638Сбой в режиме ядра (системы).........................................................................................645Обнаружение зависания процесса...................................................................................655Глобальные флаги..............................................................................................................658Прослойки ядра..................................................................................................................661Инициализация механизма прослоек.............................................................................662База данных прослоек..........................................................................................................664Прослойки драйверов...........................................................................................................665Прослойки устройств...........................................................................................................669Заключение...........................................................................................................................669Глава 11 Кэширование и файловые системы................................................................670Терминология.........................................................................................................................670Ключевые функции диспетчера кэша...................................................................................672Единый централизованный системный кэш................................................................672Диспетчер памяти..................................................................................................................672Когерентность кэша..............................................................................................................673Виртуальное блочное кэширование................................................................................674Потоковое кэширование......................................................................................................675Поддержка восстанавливаемых файловых систем....................................................675Усовершенствования рабочего набора NTFS MFT...................................................676Поддержка разделов памяти..............................................................................................677Управление виртуальной памятью кэша.............................................................................678Размер кэша......................................................................................................................680Виртуальный размер кэша..................................................................................................680Размер рабочего набора кэша............................................................................................680Физический размер кэша....................................................................................................681Структуры данных кэша............................................................................................................683Общесистемные структуры данных кэша.....................................................................683Структуры данных кэша для отдельного файла.........................................................686Интерфейсы файловой системы.............................................................................................689Копирование в кэш и из него.............................................................................................691Кэширование с помощью интерфейсов отображения и закрепления.................691Кэширование с помощью интерфейсов прямого доступа к памяти....................692Быстрый ввод-вывод....................................................................................................692Чтение с упреждением и отложенная запись.....................................................................694Интеллектуальное упреждающее чтение......................................................................694Усовершенствования, связанные с упреждающим чтением..................................696Кэширование с отложенной записью и поздняя запись..........................................697Отключение поздней записи для файла........................................................................703Принудительная запись кэша на диск............................................................................704Сброс отображенных файлов на диск.............................................................................704Дросселирование записи.....................................................................................................705Системные потоки.................................................................................................................706Агрессивная отложенная запись и низкоприоритетная поздняя запись...........707Динамическая память...........................................................................................................708Учет дисковых операций ввода-вывода в диспетчере кэша...................................709Файловые системы..........................................................................................................711Форматы файловой системы Windows..........................................................................712CDFS..........................................................................................................................................712UDF............................................................................................................................................712FAT12, FAT16 и FAT32.......................................................................................................713exFAT.........................................................................................................................................716NTFS...........................................................................................................................................717ReFS............................................................................................................................................718Архитектура драйвера файловой системы....................................................................719Локальные FSD......................................................................................................................719Сетевые FSD............................................................................................................................721Операции с файловой системой.......................................................................................728Явный файловый ввод-вывод...........................................................................................729Запись измененной и отображенной страницы диспетчера памяти....................733Система поздней записи диспетчера кэша....................................................................733Поток упреждающего чтения диспетчера кэша..........................................................734Обработчик отказов страниц диспетчера памяти......................................................734Драйверы фильтров файловой системы и мини-фильтры.....................................735Фильтрация именованных каналов и мейлслоты......................................................736Управление поведением точки повторной обработки..............................................737Process Monitor.......................................................................................................................739Файловая система NT ..........................................................................................740Требования к файловой системе высокого класса.....................................................741Восстанавливаемость...........................................................................................................741Безопасность............................................................................................................................741Резервирование данных и отказоустойчивость..........................................................742Дополнительные возможности NTFS............................................................................742Несколько потоков данных................................................................................................743Имена на основе Юникода.................................................................................................745Общее средство индексирования.....................................................................................746Динамическое перераспределение плохих кластеров...............................................746Жесткие ссылки.....................................................................................................................746Символические (мягкие) ссылки и соединения.........................................................747Сжатие и разреженные файлы..........................................................................................750Регистрация изменений.......................................................................................................751Пользовательские квоты в томе........................................................................................752Отслеживание ссылок..........................................................................................................752Шифрование............................................................................................................................753Семантика удаления в стиле POSIX...............................................................................754Дефрагментация.....................................................................................................................757Динамическая разбивка на разделы................................................................................760Поддержка NTFS для многоуровневых томов............................................................762Драйвер файловой системы NTFS.........................................................................................766Структура NTFS на диске.........................................................................................................769Тома............................................................................................................................................769Кластеры...................................................................................................................................770Главная файловая таблица.................................................................................................771Номера файловых записей.................................................................................................775Файловые записи...................................................................................................................776Имена файлов.........................................................................................................................779Туннелирование.....................................................................................................................782Резидентные и нерезидентные атрибуты......................................................................783Сжатие данных и разреженные файлы..........................................................................787Сжатие разреженных данных............................................................................................787Сжатие неразреженных данных.......................................................................................789Разреженные файлы.............................................................................................................791Файл журнала изменений...................................................................................................791Индексирование.....................................................................................................................796Идентификаторы объектов................................................................................................798Контроль над квотами..........................................................................................................799Консолидированная безопасность...................................................................................800Точки повторной обработки..............................................................................................801Storage Reserves и NTFS Reservations.............................................................................803Поддержка транзакций........................................................................................................806Изоляция..................................................................................................................................807Транзакционные API............................................................................................................808Реализация на диске.............................................................................................................809Реализация протоколирования.........................................................................................812Поддержка восстановления NTFS.........................................................................................812Конструкция............................................................................................................................813Регистрация метаданных....................................................................................................814Служба файла журнала.......................................................................................................814Типы записей в журнале.....................................................................................................816Восстановление......................................................................................................................819Проход анализа.......................................................................................................................819Проход повтора.......................................................................................................................820Проход отмены.......................................................................................................................821Восстановление плохих кластеров NTFS......................................................................823Самовосстановление.............................................................................................................827Проверка диска в режиме онлайн и быстрое восстановление...............................828Зашифрованная файловая система........................................................................................831Первичное шифрование файла ........................................................................................834Процесс расшифровки.........................................................................................................837Резервное копирование зашифрованных файлов......................................................837Копирование зашифрованных файлов..........................................................................838Передача шифрования в BitLocker..................................................................................839Поддержка шифрования в режиме онлайн...................................................................840Диски с прямым доступом........................................................................................................842Модель драйвера DAX.........................................................................................................844Тома DAX.................................................................................................................................845Кэшированный и некэшированный ввод-вывод в томах DAX.............................846Отображение исполняемых образов...............................................................................847Блоковые тома........................................................................................................................851Драйверы фильтров файловой системы и DAX.........................................................852Сброс ввода-вывода в режиме DAX................................................................................854Поддержка больших и огромных страниц....................................................................855Поддержка виртуальных дисков постоянной памяти и Storage Spaces.............859Устойчивая файловая система................................................................................................863Архитектура Minstore...........................................................................................................864Физическая схема B+-дерева..............................................................................................866Распределители......................................................................................................................867Таблица страниц....................................................................................................................870Ввод-вывод Minstore............................................................................................................871Архитектура ReFS.................................................................................................................873Дисковая структура ReFS...................................................................................................877Идентификаторы объектов................................................................................................878Безопасность и журнал изменений.................................................................................879Расширенные возможности ReFS..........................................................................................880Клонирование блоков файлов (поддержка моментальных снимков) и разреженный VDL.............................................................................................................880Сквозная запись в ReFS......................................................................................................883Поддержка восстановления ReFS....................................................................................885Обнаружение утечек.............................................................................................................887Тома магнитной записи внахлест.....................................................................................888Поддержка ReFS для многоуровневых томов и SMR...............................................890Уплотнение контейнеров....................................................................................................893Сжатие и фантомные файлы..............................................................................................896Storage Spaces..................................................................................................................897Внутренняя архитектура Storage Spaces........................................................................898Услуги, предоставляемые Storage Spaces......................................................................899Заключение.................................................................................................................903Глава 12. Запуск и завершение работы системы........................................................905Процесс загрузки..........................................................................................................................905Загрузка UEFI........................................................................................................................906Процесс загрузки BIOS.......................................................................................................910Безопасная загрузка..............................................................................................................910Диспетчер загрузки Windows............................................................................................914Меню загрузки........................................................................................................................933Запуск загрузочного приложения....................................................................................934Измеренная загрузка............................................................................................................935Доверенное исполнение.......................................................................................................940Загрузчик операционной системы Windows...............................................................943Загрузка из iSCSI...................................................................................................................946Загрузчик гипервизора........................................................................................................947Политика запуска VSM.......................................................................................................949Безопасный запуск................................................................................................................952Инициализация ядра и исполнительных подсистем................................................955Фаза 1 инициализации ядра..............................................................................................961Smss, Csrss и Wininit.............................................................................................................967ReadyBoot.................................................................................................................................972Автоматически запускаемые образы...............................................................................974Завершение работы...............................................................................................................975Спящий режим и быстрый запуск...................................................................................979Среда восстановления Windows (WinRE)...................................................................984Безопасный режим................................................................................................................986Загрузка драйвера в безопасном режиме.......................................................................988Пользовательские программы с поддержкой безопасного режима.....................990Файл состояния загрузки...................................................................................................990Заключение...........................................................................................................................991