理解Windows核心模式與使用者模式

理解windows核心模式與使用者模式

核心層次架構

windows程式執行分為核心模式和使用者模式，核心模式可以訪問所有的記憶體位址空間，並且可以訪問所有的cpu指令。一般程式執行在使用者模式，通過系統呼叫切換到核心模式執行系統功能，windows系統通過這種方式來確保系統的安全和穩定。

下面是核心的層次劃分:

硬體抽象層(hardware abstraction layer) (hal) (hal.dll)

最底層隔離硬體的，底層的第三方驅動程式就執行在這層。

核心 (kernel)

實現作業系統的一些底層服務，比如執行緒排程，多處理器的同步，中斷/異常處理等。

執行體 (executive)

實現基本的作業系統服務，比如基本的執行緒程序管理，記憶體管理， io及程序間通訊等。

視窗圖形子系統(windows graphics subsystem)

由win32k.sys在核心層實現, 使用者介面相關都依賴該層, user32.dll的大部分功能都由該層實現。

使用者層關鍵程序

windows系統在使用者層有幾個關鍵的系統程序:

smss.exe (session manager subsystem)

關於session的概念可以參考我的這篇

sessions, window stations and desktops

，在作業系統啟動時會建立乙個不與任何session關聯的smss.exe管理者例項，然後當有使用者登入時它會為每個sessin拷貝乙份與之關聯的smss.exe例項，然後由該關聯的smss.exe例項啟動winlogon.exe和csrss.exe.

winlogon.exe

該程序管理使用者的登入和登出，我們按ctrl+alt+del出現的介面和登入後出現的桌面視窗都是由它啟動的。

csrss.exe ( client/server runtime subsystem)

我們可以看到我們的桌面視窗(getdesktopwindow)是由該程序建立的，該程序主要負責win32子系統的使用者模式部分(核心模式部分由win32k.sys實現)。

lsass.exe (local security authority subsystem)

winlogon.exe通過該程序驗證使用者登入，登入後產生安全訪問令牌物件，通過該令牌建立explorer.exe, 我們其他使用者程序都由

explorer.exe啟動，並且繼承了該令牌許可權。

services.exe

該程序簡稱為scm (nt service control manager), 該程序負責啟動使用者態一些特殊程序，也就是我們通常所說的服務程式。

使用者模式呼叫核心模式方式

由使用者模式呼叫核心模式一般有2種方式系統呼叫(system call) 和 ioctl (io control commands)

核心模式呼叫使用者模式方式

可以通過ioctl的上下文傳遞，也可以通過apc (asynchronous procedure call)直接呼叫。

程序間通訊方式

另外一種非常強大的使用者模式與核心模式通訊方式，同時也支援程序間通訊，該方式就是alpc (advanced local procedure call)，該方式被作業系統大量使用， winrt中的broker程序也用到了它。

該方式實際上就4個核心函式:nt!ntalpcsendwaitreceiveport, nt!ntalpccreateport, nt!ntalpcconnectport, nt!aplcacceptconnectport, 大概原理如下:

總結一下，通過上面windows系統中一些關鍵概念的介紹，加深我們對windows系統的理解，讓我們對應用開發全域性性的把握。