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出版者:Opentask

作者:Dmitry Vostokov

出品人:

页数:194

译者:

出版时间:2010-3-15

价格:USD 30.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781906717926

丛书系列:

图书标签:

Windows调试
x64
调试器
WinDbg
调试技巧
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程序调试
安全
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调试工具

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具体描述

Written by the founder of DumpAnalysis.org this book is not about bugs or debugging techniques but about background knowledge everyone needs to start experimenting with x64 WinDbg, learn from practical experience and read other advanced debugging books. Solid understanding of fundamentals like pointers is needed to analyze stack traces beyond !analyze -v and lmv WinDbg commands. This is the book to help technical support and escalation engineers and Windows software testers without the knowledge of assembly language to master necessary prerequisites to understand and start debugging and crash dump analysis on x64 Windows platforms. It doesn't require any specific knowledge, fills the gap and lowers the learning curve. The book is also useful for software engineers coming from managed code or Java background, engineers coming from non- Wintel environments, Windows C/C++ software engineers without assembly language background, security researchers and beginners learning x64 Windows software disassembling and reverse engineering techniques. This book can also be used as AMD64 and Intel EM64T assembly language and x64 Windows debugging supplement for relevant undergraduate level courses. For someone, who wants to learn these foundations in the context of 32-bit Windows environments there is a separate x86 book (ISBN: 978-1-906717-10-0). However, this book is completely independent from that earlier book and almost every illustration was recreated to reflect x64 architecture and x64 Windows ILP 32-32-64 model (Integer-Long-Pointer).

深入理解现代操作系统内核与应用程序的交互机制：一本侧重于底层原理与实践的编程指南本书旨在为具有一定编程基础的读者提供一个全面、深入的视角，去探索现代操作系统（如Windows）在用户态与内核态之间进行交互时所依赖的核心机制、数据结构以及设计哲学。我们不会聚焦于特定的调试工具或技术本身，而是将重点放在理解这些工具背后所驱动的底层原理，以及操作系统设计者是如何构建起一套复杂而高效的运行时环境的。我们将从计算机体系结构的基础出发，回顾处理器的工作模式、内存管理单元（MMU）的角色，以及操作系统如何利用特权级别（Rings）来保护系统资源。理解这些基础至关重要，因为它们构成了所有用户态程序执行和系统调用发生的物理和逻辑前提。第一部分：操作系统核心概念与内存寻址的奥秘本部分将首先剖析虚拟内存系统的工作原理。读者将学习到，操作系统如何通过页表（Page Tables）将进程的逻辑地址空间映射到物理内存。我们将详细探讨内存保护机制，包括不可执行位（NX bit）的引入对程序安全性的影响，以及如何理解和解析进程地址空间布局（Process Address Space Layout，PASL）。深入理解堆（Heap）与栈（Stack）在不同权限级别下的分配与回收策略，是分析程序行为的关键。我们还会深入研究进程与线程的生命周期管理。进程是如何被创建的（`CreateProcess` 的深层含义），PCB（进程控制块）或其现代等价物存储了哪些关键信息，以及上下文切换（Context Switching）是如何在硬件层面实现的。线程，作为CPU调度的基本单位，其用户态与内核态栈的切换流程，以及同步原语（如 Mutex, Semaphore, Event）在内核中的实现模型，都将被细致剖析。理解这些，能帮助我们洞察程序在并发执行时可能出现的竞态条件（Race Conditions）和死锁（Deadlocks）的根源。第二部分：系统调用接口与内核交互的边界系统调用（System Calls）是用户程序请求操作系统服务的主要途径。本部分将聚焦于系统调用机制的实现细节。我们将研究用户态的“陷阱”（Trap）指令是如何触发权限提升，并跳转到内核中的相应处理例程。不同的CPU架构（如x86-64）如何实现这一转换，包括调用约定（Calling Conventions）在跨越边界时如何保持一致性。特别地，我们将分析I/O子系统的设计。无论是文件操作、网络通信还是设备驱动交互，最终都归结为对内核I/O管理器（I/O Manager）的请求。我们将探讨I/O请求包（IRP，在特定系统中有类似概念）的结构，异步I/O（如Completion Ports/I/O Completion Ports）的设计模式，以及这些模式如何实现高吞吐量的非阻塞操作。理解这些机制，对于编写高效、响应迅速的应用程序至关重要。此外，模块化与驱动程序模型也将被涵盖。内核代码与用户代码如何通过明确定义的接口进行通信，以及驱动程序如何在内核空间执行特权操作时，保证整个系统的稳定性。第三部分：运行时环境与异常处理的深度剖析程序的执行并非一帆风顺，异常（Exceptions）和中断（Interrupts）是系统响应硬件事件或软件错误的主要机制。我们将详细分析硬件中断处理流程，包括中断描述符表（IDT）的结构、中断处理程序的执行流程，以及如何区分硬件中断（如定时器中断）与软件异常（如除零、缺页异常）。对于用户态程序而言，结构化异常处理（SEH）是至关重要的部分。我们将探究异常的传播机制，即当一个异常发生时，系统是如何回溯调用栈，寻找合适的异常处理程序（如`__try`/`__except` 块或C++的`catch`块）。理解异常帧（Exception Frame）的构造和解析过程，是分析程序崩溃转储文件（Crash Dumps）的基础。本部分还将触及动态链接库（DLLs）的加载与解析过程。`LoadLibrary` 调用在内核中触发了哪些操作？内存中的DLL映像是如何被映射的？以及地址空间布局随机化（ASLR）是如何干扰这些标准加载过程的，以及操作系统是如何协调不同模块间的符号解析的。第四部分：进程间通信（IPC）与安全上下文进程间通信是构建复杂分布式应用系统的基础。我们将系统地研究各种IPC机制的底层实现： 1. 共享内存：内存映射文件（Memory Mapped Files）是如何提供高性能的数据交换通道，以及同步访问共享内存所需的内核同步对象。 2. 消息传递机制：管道（Pipes，命名和匿名）在内核中的数据流向，以及消息队列的结构。 3. 安全边界的穿越：诸如RPC（远程过程调用）这样的复杂机制，它们如何利用本地过程调用的特性来封装跨越安全或进程边界的通信。最后，我们将讨论安全上下文和权限模型。用户凭证（Tokens）的结构，如何决定一个进程可以访问哪些资源，以及权限提升（Elevation of Privilege）在操作系统层面是如何被控制和审计的。本书的重点在于“为什么”和“如何实现”，而非仅仅是“如何使用工具”。通过对这些底层机制的透彻理解，读者将能够更有效地诊断复杂系统问题，并设计出更加健壮、性能更优的应用程序。本书假设读者熟悉C/C++语言，并对底层系统编程有所涉猎，旨在将读者的系统理解能力提升到一个新的深度。