Windows XP/Server 2003 Internals Update

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出版者:David Solomon Expert Seminars, Inc.
作者:David A. Solomon
出品人:
页数:1
译者:
出版时间:2003-3-15
价格:USD 195.00
装帧:CD-ROM
isbn号码:9780972679930
丛书系列:
图书标签:
  • Windows XP
  • Server 2003
  • Internals
  • 操作系统
  • 内核
  • Windows
  • 技术
  • 编程
  • 调试
  • 系统架构
  • 安全
  • 底层原理
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具体描述

洞悉操作系统核心:Windows XP/Server 2003 内部机制深度解析 本书深入剖析了 Windows XP 和 Windows Server 2003 这两款里程碑式操作系统背后的运作原理。它并非一本浅尝辄止的入门指南,而是面向希望理解操作系统底层机制、挖掘其深层工作流程的专业人士和资深技术爱好者的力作。通过详尽的阐述和对关键组件的细致分析,本书将带您踏上一段令人兴奋的技术探索之旅,揭示这些经典系统为何能如此高效、稳定地运行。 第一部分:核心概念与基础架构 在深入探讨具体组件之前,本书首先为您构建一个坚实的基础。我们将从操作系统的基本概念入手,包括进程、线程、内存管理、I/O 模型以及核心的内核对象。您将了解 Windows 如何在硬件抽象层之上提供一个统一的编程接口,以及各种内核对象(如事件、信号量、互斥体)是如何在不同进程和线程之间进行协调与同步的。 进程与线程管理: 深入理解进程的创建、销毁、上下文切换以及线程的生命周期、调度算法。探讨多线程编程的挑战与优化策略,以及如何在 XP/Server 2003 环境下高效地利用多核处理器。 内存管理机制: 详细解析虚拟内存、物理内存、页表、页面文件等概念。剖析内存分配器的工作原理,包括堆分配、栈分配以及低碎片堆(LFH)的优化。理解内存泄漏的根源以及调试技巧。 I/O 子系统: 探讨 Windows I/O 模型,包括 I/O 请求包(IRP)、驱动程序栈、文件系统(NTFS)以及设备驱动程序的开发。理解异步 I/O 的优势,以及如何通过高效的 I/O 操作来提升系统性能。 内核对象与同步机制: 详细讲解各种内核对象的用途和内部实现,如事件(Events)、信号量(Semaphores)、互斥体(Mutexes)、临界区(Critical Sections)等。理解它们在多线程环境下的作用,以及如何避免死锁、竞态条件等同步问题。 第二部分:内核模式下的核心组件 本部分将聚焦于 Windows XP/Server 2003 内核模式下的关键组件,这些组件是操作系统得以运行的基石。我们将详细剖析这些组件的内部数据结构、算法以及它们之间的交互方式。 Kernel (NTOSKRNL.EXE): 这是 Windows NT 内核的直接实现。我们将深入探讨其主要的子系统,包括: 调度器(Scheduler): 分析进程和线程的优先级、时间片分配、上下文切换的细节。理解软中断、硬中断以及 DPC(Deferred Procedure Calls)的优先级和执行流程。 内存管理器(Memory Manager): 深入解析虚拟地址空间、物理地址空间、页帧分配器、内存保护机制。理解内存映射文件、页面错误处理、以及与页面文件(Pagefile.sys)的交互。 对象管理器(Object Manager): 了解 Windows 对象模型的概念,包括命名对象、句柄表、安全描述符。探讨对象管理器如何管理内核对象,以及安全检查的流程。 进程和线程管理器(Process and Thread Manager): 详细介绍进程环境块(PEB)和线程环境块(TEB)的数据结构,以及它们如何存储进程和线程的关键信息。 Executive (EXECUTIVE.EXE): 这是内核模式下的服务层,提供了许多高级功能。我们将重点关注: I/O 管理器(I/O Manager): 深入理解 IRP 的生成、传递、处理过程。分析驱动程序堆栈的工作原理,以及文件系统(NTFS)和设备驱动程序之间的交互。 即插即用管理器(Plug and Play Manager): 了解即插即用设备如何在系统启动时被识别、枚举和配置。 电源管理器(Power Manager): 分析系统电源状态的切换,以及应用程序如何响应电源事件。 配置管理器(Configuration Manager): 探讨注册表(Registry)的内部结构和访问机制,以及它如何存储系统和应用程序的配置信息。 微内核(Microkernel)组件: 虽然 Windows NT 使用的是混合内核架构,但其核心功能仍然由微内核实现。本书将简要介绍微内核的概念,以及它在 Windows NT 架构中的定位。 第三部分:用户模式下的关键组件与交互 了解了内核模式下的运作机制后,本书将进一步探讨用户模式下的关键组件,以及它们如何与内核模式组件进行高效的通信和协作。 Win32 子系统(csrss.exe): 这是 Windows API 的用户模式实现。您将深入了解: 窗口管理器(Window Manager): 探讨窗口的创建、绘制、消息循环、以及用户输入的处理。 图形设备接口(GDI): 解析 GDI 如何负责图形绘制,包括位图、矢量图形、文本渲染等。 用户账户控制(UAC)的早期实现: (在 Server 2003 中有所体现,XP 早期版本机制不同,但概念相通)分析用户权限管理和特权分离的基础。 进程和线程创建: 详细分析 `CreateProcess` API 的调用流程,以及它如何在用户模式和内核模式之间进行切换,创建新的进程和线程。 动态链接库(DLL): 探讨 DLL 的加载、卸载机制,以及它们如何实现代码共享和模块化。理解 DLL 注入和 DLL 劫持的原理。 Windows API 调用: 详细分析用户模式应用程序如何通过系统调用(System Calls)与内核模式组件进行交互。理解系统调用的流程和参数传递。 第四部分:文件系统与存储管理 文件系统是操作系统存储和组织数据的关键。本书将深入剖析 Windows XP/Server 2003 中使用的主要文件系统——NTFS(New Technology File System)的内部结构和运作原理。 NTFS 文件系统结构: 详细解析主文件表(MFT)、文件记录、文件属性、数据流、索引等概念。理解文件是如何在磁盘上存储和组织的。 NTFS 操作: 深入探讨文件创建、读取、写入、删除等操作的底层实现。分析事务性 NTFS(TxF)在 Server 2003 中的应用(如有)。 缓存管理器(Cache Manager): 探讨文件缓存是如何工作的,以及它如何平衡系统性能和内存使用。 磁盘管理: 简要提及磁盘分区、卷管理等概念,为理解存储的底层提供背景。 第五部分:网络协议栈与通信 网络通信是现代操作系统的核心功能之一。本书将剖析 Windows XP/Server 2003 的网络协议栈,并深入理解 TCP/IP 协议的实现细节。 TCP/IP 协议栈架构: 详细解析分层模型,从物理层到应用层,包括以太网、IP、TCP、UDP 等核心协议。 Winsock API: 探讨 Windows Sockets API 如何为应用程序提供网络通信接口。 网络驱动程序接口(NDIS): 分析 NDIS 如何在网络适配器驱动程序和 TCP/IP 协议栈之间进行通信。 网络服务的实现: (针对 Server 2003)探讨一些核心的网络服务,如 DNS、DHCP、SMB 等的实现原理。 第六部分:安全机制与权限管理 安全是任何操作系统不可或缺的一部分。本书将深入探讨 Windows XP/Server 2003 的安全模型。 访问控制模型: 详细解析安全标识符(SID)、访问令牌(Access Token)、安全描述符(Security Descriptor)、访问控制列表(ACL)。理解用户和对象之间的权限是如何管理的。 特权(Privileges): 探讨系统特权的含义和用途,以及它们是如何分配和使用的。 安全审计(Security Auditing): 分析安全事件日志的生成和审计机制。 加密与认证: 简要介绍 Windows 在加密和认证方面的应用,如 Kerberos 协议(在 Server 2003 中尤为重要)。 第七部分:调试与性能分析 对于任何深入研究操作系统的技术人员来说,调试和性能分析都是必备的技能。本书将为您提供实用的工具和技巧。 内核调试: 介绍如何使用 WinDbg 等工具进行内核模式调试。分析断点、内存查看、堆栈跟踪等基本调试技术。 用户模式调试: 探讨用户模式下的调试方法,以及如何定位和解决应用程序错误。 性能监控工具: 介绍性能监视器(Performance Monitor)等工具的使用,以及如何分析 CPU、内存、磁盘、网络等关键性能指标。 故障排除与根源分析: 结合本书讲解的内部机制,提供一套系统性的故障排除方法论,帮助您快速定位和解决系统问题。 本书的价值与读者对象 本书适合以下人群: 系统管理员和网络工程师: 深入理解操作系统的工作原理,能更有效地管理和维护 Windows XP/Server 2003 服务器,并快速诊断和解决复杂问题。 软件开发人员: 掌握操作系统底层 API 的工作方式,能编写出更高效、更稳定、更安全的应用程序。深入理解多线程、内存管理、I/O 操作等对性能至关重要的方面。 安全研究人员: 了解操作系统的内部结构,有助于发现潜在的安全漏洞,并进行更深入的安全分析。 操作系统原理的学习者: 对于希望深入理解现代操作系统(特别是 NT 内核家族)的运作原理的学生和爱好者,本书提供了详实且易于理解的解析。 通过阅读本书,您将不仅能够“使用”Windows XP/Server 2003,更能“理解”它。您将能够自信地分析复杂的系统行为,优化系统性能,并解决其他技术书籍可能无法触及的深层问题。这是一本能够提升您 Windows 系统功底的宝贵参考书。

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读后感

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用户评价

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这本书的价值不仅在于它揭示了代码的“是什么”,更在于它解释了“为什么”是这样的设计。在讨论进程间通信(IPC)时,特别是命名管道和共享内存的实现细节,作者花费了大量的篇幅来探讨性能和安全之间的权衡。他们没有简单地推荐使用哪种IPC机制,而是通过展示内核中同步原语(如Executive Mutexes和Spin Locks)在不同IPC路径上的争用情况,让读者自己去权衡。例如,在描述管道写入操作时,作者深入到内核缓冲区满溢时,系统如何高效地进行上下文切换和等待机制的设计,这比任何性能调优手册都来得实在。阅读体验上,这本书的语言风格非常“硬核”,它几乎不使用任何比喻性的语言,全部是精确的技术术语和逻辑陈述,这使得它在作为技术参考时具有极高的可靠性。总而言之,这是一本需要耐心、需要反复研读才能真正掌握精髓的著作,它更像是一份关于操作系统DNA的详细图谱,而不是一本速查手册。

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这本书的封面设计很朴实,拿到手上感觉沉甸甸的,那种厚重感就预示着里面内容的分量。我本来以为这是一本侧重于新特性的介绍手册,毕竟书名里带着“Update”字样,希望能快速了解XP和Server 2003在后期补丁和维护层面有哪些关键的、不为人知的细节变化。然而,翻开前几章,我立刻意识到这本书的定位远比我想象的要深邃得多。它并没有过多地纠缠于用户界面或应用层面的小修小补,而是直接潜入了操作系统的核心机制。比如,在内存管理章节,作者对虚拟内存的分配与回收策略进行了令人咋舌的细致剖析,我甚至看到了很多在官方MSDN文档中也难以寻觅的内核级数据结构定义和函数调用流程图。对于那些热衷于调试(Debugging)或者希望编写高性能驱动程序的工程师来说,这简直就是一本“武功秘籍”。我花了整整一个下午,才勉强啃完关于线程调度器如何处理优先级反转问题的部分,那种茅塞顿开的感觉,远非阅读一般的技术博客或论坛帖子可以比拟。作者的行文风格严谨而专业,没有丝毫的赘述,每一个段落都像是经过精密的逻辑推导,每一个示例代码都直指问题的核心。这本书显然不是写给初学者的,它要求读者已经对操作系统理论有相当的理解,才能真正跟上作者的思路,体会到那种“洞悉一切”的快感。

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我购买这本书的初衷其实是希望解决一个困扰我很久的性能瓶颈问题,那涉及到Windows Server 2003环境下,在大量并发I/O请求下,系统响应时间不稳定的现象。我期待看到一些针对特定硬件架构或特定驱动模型(比如老的WDM模型)的优化技巧。这本书在这方面的处理方式非常独特,它没有直接给出“你应该用什么参数”的答案,而是从根本上重构了我们理解I/O子系统的方式。它详细梳理了I/O请求包(IRP)的生命周期,从用户层发起请求到最终硬件响应的每一个环节,都用汇编级的视角进行了审视。特别是对缓存管理器和文件系统驱动层交互的部分,作者用近乎解剖学的精确度,展示了数据是如何在内核缓冲区中流转、复制和同步的。虽然阅读过程略显枯燥,因为它充满了指针、偏移量和复杂的结构体定义,但当你最终能够将书中的理论映射到实际抓包分析的结果时,那种成就感是无与伦比的。它教会我的不是如何“使用”系统,而是如何“理解”系统为何会以那种方式运作,即便在最新的Server版本中很多内部细节可能有所演变,但这种底层思维的训练,是永不过时的宝贵财富。

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对于一本面向“Update”的内部参考书来说,它对系统启动过程的详尽描述着实令人惊叹。我原本以为这部分内容会相对静态,毕竟启动流程相对固定,但作者却敏锐地捕捉到了在Service Pack级别更新中,启动加载器(Boot Loader)和内核映像加载(NTLDR/BOOTMGR的早期版本)过程中可能发生的变化和兼容性处理。他们不仅解释了`ntoskrnl.exe`是如何被加载到内存并初始化各个核心子系统,还详细对比了XP RTM版本和后续SP版本在启动时注册表加载顺序、设备驱动程序延迟加载策略上的细微差异。这种对比分析,对于需要维护生命周期较长的企业级系统尤其关键,因为旧系统的性能问题往往可以追溯到某个不经意的启动配置变更。此外,关于注册表Hives在内存中的映射和缓存机制的讨论,简直是一篇独立的、关于高性能持久化存储的论文。作者的论述严谨到可以拿来作为法庭证据的程度,每一个断言都有代码或内核结构支持,让人无从辩驳,只能心悦诚服地接受。

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这本书的章节组织逻辑严密到令人发指,仿佛作者在设计一个复杂的迷宫,每走一步都有明确的指引,但每一步都通往更深层的秘密。我尤其欣赏作者处理安全子系统的方式。在XP/Server 2003那个时期,安全模型(Security Reference Monitor, SRM)的复杂性是出了名的。许多技术人员都停留在理解ACL(访问控制列表)和SID(安全标识符)的表面逻辑,但这本书却深入到了Token的创建、权限的验证过程,以及内核对象句柄的继承策略的底层实现细节。作者没有回避那些晦涩难懂的系统调用栈,反而将其视为展示系统设计智慧的舞台。通过对LSA(本地安全机构)服务进程与内核组件之间IPC(进程间通信)机制的剖析,我们能清晰地看到权限提升和拒绝访问是如何在不同安全边界上被高效且安全地处理的。这对我理解后来Windows Vista及后续版本中引入的UAC(用户账户控制)的演变方向,提供了极其坚实的基础。读完这部分,我再也不把安全机制看作是一个黑盒子,而是成了一系列精巧设计的组件协同工作的成果。

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