第8章 I/O系统 1
8.1 I/O系统组件 1
I/O管理器 3
典型的I/O处理过程 4
8.2设备驱动程序 5
设备驱动程序的类型 5
WDM驱动程序 6
分层的驱动程序 7
实验：查看已加载的驱动程序列表 9
驱动程序的结构 11
驱动程序对象和设备对象 13
实验：看一看设备对象 15
实验：显示驱动程序和设备对象 17
打开设备 18
实验：查看设备句柄 21
实验：查看Windows设备名称之间的映射 23
8.3 I/O处理 24
I/O类型 24
同步I/O和异步I/O 24
快速I/O 25
实验：查看一个驱动程序登记的快速I/O例程 25
映射文件I/O和文件缓存 26
分散/聚集I/O 27
I/O请求包 27
IRP栈单元 28
实验：查看驱动程序的分发例程 29
实验：查看一个线程的未完成IRP 29
IRP缓冲区管理 30
针对单层驱动程序的I/O请求 32
为一个中断提供服务 33
完成一个I/O请求 34
同步 36
针对分层的驱动程序的I/O请求 38
实验：查看一个设备栈 39
实验：查看IRP 40
线程无关I/O 45
I/O取消 45
用户发起的I/O取消 46
线程终止时的I/O取消 47
实验：调试一个无法被杀死的进程 48
I/O完成端口 49
IoCompletion对象 50
使用完成端口 50
I/O完成端口操作 52
I/O优先级支持 54
I/O优先级 54
优先化策略 55
I/O优先级反转的避免（I/O优先级继承） 57
I/O优先级提升和撞升 57
实验：“非常低”和“正常”I/O吞吐量的对比 58
实验：I/O优先级提升/撞升的性能分析 59
带宽预留（计划的文件I/O） 60
容器通知 60
驱动程序检验器（Driver Verifier） 61
8.4内核模式驱动程序框架（KMDF） 63
KMDF驱动程序的结构和操作 64
实验：显示KMDF驱动程序 65
KMDF数据模型 66
KMDF的I/O模型 69
8.5用户模式驱动程序框架（UMDF） 72
8.6即插即用（PnP）管理器 76
即插即用支持的级别 77
驱动程序对于即插即用的支持 77
驱动程序加载、初始化和安装 79
Start值 80
设备列举 81
实验：将设备树转储出来 84
设备栈 85
设备栈的驱动程序加载 86
实验：在设备管理器中查看详细的devnode信息 88
驱动程序安装 90
实验：检查一个驱动程序的INF文件 92
实验：查看目录（catalog）文件 93
8.7电源管理器 94
电源管理器的操作 96
驱动程序的电源操作 97
实验：查看一个驱动程序的电源映射关系 97
实验：查看系统的电源能力和策略 98
驱动程序和应用程序对于设备电源的控制 100
电源可用性请求 100
实验：在调试器中查看一个电源可用性请求 101
实验：利用Powercfg查看电源可用性请求 103
处理器电源管理（PPM） 103
核心停运的策略 104
利用率函数 105
实验：查看利用率和频率的信息 106
实验：查看利用率和频率的历史 107
算法覆盖 108
增加/减少动作 108
各种阈值和策略的设置 109
实验：查看当前的核心停运策略 111
“性能检查”算法 112
实验：查看当前的PPM检查信息 116
8.8本章总结 118
第9章 存储管理 119
9.1有关存储的术语 119
9.2磁盘设备 120
旋转磁盘 120
磁盘的扇区格式 120
固态硬盘 122
NAND型闪存 122
文件的删除和irim命令 124
9.3磁盘驱动程序 125
Winload 125
磁盘类、端口和小端口驱动程序 126
iSCSI驱动程序 127
多路径I/O（MPIO）驱动程序 128
实验：观察物理磁盘I/O 130
磁盘设备对象 130
分区管理器 131
9.4卷的管理 132
基本磁盘 133
MBR风格的分区 133
GPT（GUID分区表）分区方案 133
基本磁盘卷管理器 134
动态磁盘 135
LDM数据库 135
实验：使用LDMDump来查看LDM数据库 137
LDM和GPT或MBR风格的分区方案 139
动态磁盘的卷管理器 140
多分区卷的管理 140
跨距卷 141
条带卷 142
实验：观察镜像卷的I/O操作 143
RAID-5卷 145
卷名字空间 145
挂载管理器 146
挂载点 147
卷的挂载 148
实验：查看VPB 149
卷的I/O操作 152
虚拟磁盘服务 153
9.5虚拟硬盘（VHD文件）支持 155
附载VHD的操作 156
嵌套的文件系统 156
9.6 BitLocker驱动器加密 157
加密密钥 159
可信平台模块（TPM） 161
BitLocker引导过程 163
BitLocker密钥的恢复 165
全卷加密驱动程序 166
BitLocker的管理 167
BitLocker To Go 168
9.7卷影像（shadow）拷贝服务 170
影像拷贝 170
“克隆”影像拷贝 170
“写时复制”影像拷贝 170
VSS的架构 170
VSS的操作 171
影像拷贝提供者 172
实验：查看Microsoft影像拷贝提供者的过滤型设备对象 173
Windows中的用途 174
备份 174
实验：查看影像卷的设备对象 174
“之前的版本”和系统还原 175
实验：导航到“之前的版本” 176
实验：映射卷影像设备对象 177
9.8本章总结 178
第10章 内存管理 179
10.1内存管理器简介 179
内存管理器组件 180
内部同步 181
检查内存的使用情况 182
实验：查看系统内存信息 182
10.2内存管理器提供的服务 184
大页面和小页面 185
保留页面和提交页面 187
实验：保留的页面对比提交的页面 188
提交限额 190
锁住内存 190
分配粒度 191
共享内存和映射文件 192
实验：查看内存映射文件 193
保护内存 194
“不可执行”页面保护 196
实验：查看进程上的DEP保护 199
软件的数据执行保护 200
写时复制 201
地址窗口扩展 203
10.3内核模式堆（系统内存池） 204
内存池的大小 205
实验：确定最大的池大小值 206
监视内存池的使用 208
实验：诊断内存池泄漏 210
快查表（Look-Aside List） 211
实验：查看系统的快查表 212
10.4堆管理器 212
堆的类型 213
堆管理器结构 214
堆同步 215
低碎片堆 215
堆的安全特性 216
堆的调试特性 217
pageheap 218
容错堆 218
10.5虚拟地址空间的布局结构 219
x86地址空间的布局结构 221
实验：检查一个应用程序能否感知大地址空间 222
x86系统地址空间的布局结构 223
x86会话空间 224
实验：查看会话 224
实验：查看会话空间的使用情况 225
系统页表项（PTE，Page Table Entry） 226
实验：查看会话空间的使用情况 226
64位地址空间布局结构 227
x64虚拟寻址的限制 230
Windows x64的16TB限制 231
动态的系统虚拟地址空间管理 233
实验：查询系统虚拟地址的用量 234
实验：设置系统虚拟地址的限制值 235
系统的虚拟地址空间配额 236
用户地址空间的布局结构 237
实验：对用户虚拟地址空间进行分析 238
映像随机化 239
栈的随机化 240
堆的随机化 240
内核地址空间中的ASLR 240
对安全性缓和措施的控制 240
实验：查看进程上的ASLR保护 241
10.6地址转译 241
x86虚拟地址转译 242
页目录 245
实验：检查页目录和PDE 245
页表和页表项 246
页表项中硬件和软件的“写”位 247
页面内的字节 248
地址转译快查缓冲区 248
物理地址扩展（PAE） 249
实验：转译地址 251
x64虚拟地址转译 253
IA64虚拟地址转译 254
10.7页面错误处理 255
无效PTE 256
原型PTE 258
页面换入I/O 259
冲突的页面错误 260
聚簇的页面错误 260
页面文件 261
实验：查看系统页面文件 262
提交用量和系统提交限额 263
提交用量和页面文件的大小 266
实验：利用任务管理器来查看页面文件使用量 266
10.8栈 268
用户栈 268
实验：创建最大数量的线程 268
内核栈 269
实验：观察内核栈的使用量 269
DPC栈 270
10.9虚拟地址描述符 270
进程的VAD 271
实验：查看虚拟地址描述符 272
旋转VAD 272
10.10 NUMA 273
10.11内存区对象 274
实验：查看内存区对象 275
实验：查看控制区域 277
10.12驱动程序检验器 280
10.13页面帧编号数据库 284
实验：查看PFN数据库 287
页面列表的动态变化 288
实验：空闲列表和零页面列表 289
实验：已修改列表和备用列表 291
页面优先级 296
实验：观察区分优先级的备用列表 298
已修改页面写出器 299
PFN数据结构 301
实验：查看PFN项 304
10.14物理内存的限制 305
Windows客户版本的限制 306
32位客户的有效内存限制 307
10.15 工作集 309
按需换页 309
逻辑预取器 310
实验：窥探预取文件内部 312
实验：观察预取文件的读和写 312
放置策略 313
工作集管理 314
实验：查看进程工作集大小 316
实验：工作集与虚拟大小 316
实验：在调试器中查看工作集列表 317
平衡集管理器和交换器 318
系统工作集 319
内存通知事件 320
实验：查看内存资源通知事件 321
10.16主动式内存管理（Superfetch） 322
各个组件 322
跟踪过程和日志记录 324
场景 325
页面优先级和重平衡 326
鲁棒性能 328
RAM优化软件 329
ReadyBoost 330
ReadyDrive 331
统一缓存 332
进程反射 334
实验：利用Preflect来观察进程反射的行为 336
10.17本章总结 337
第11章 缓存管理器 338
11.1缓存管理器的关键特性 338
单个中心化的系统缓存 339
内存管理器 339
缓存一致性 339
虚拟块缓存 341
流式缓存机制 341
对可恢复文件系统的支持 341
11.2缓存的虚拟内存管理 342
11.3缓存的大小 344
缓存的虚拟大小 344
缓存的工作集大小 344
实验：查看系统缓存的工作集 345
缓存的物理大小 345
11.4缓存的数据结构 347
系统范围的缓存数据结构 347
实验：查看系统缓存的工作集 349
针对每个文件的缓存数据结构 350
实验：查看共享的和私有的缓存表 353
11.5文件系统接口 355
从缓存中来回拷贝数据 356
通过映射和锁定接口进行缓存 356
通过直接内存访问接口进行缓存 357
11.6快速I/O 357
11.7预读（Read Ahead）和滞后写（Write Behind） 359
智能预读 359
回写缓存（Write-Back Caching）和延迟写（Lazy Writing） 361
实验：观察缓存管理器的活动情况 362
禁止一个文件的延迟写出行为 367
强迫缓存被直写（write-through）到磁盘上 367
刷新映射文件 367
实验：观察缓存的刷新 368
写节流（Write Throttling） 369
实验：查看写节流参数 370
系统线程 370
11.8本章总结 371
第12章 文件系统 372
12.1 Windows文件系统格式 373
CDFS 373
UDF 374
FAT12、FAT16和FAT32 374
exFAT 377
NTFS 377
12.2文件系统驱动程序总体结构 378
本地FSD 379
远程FSD 380
锁定 381
实验：查看已注册文件系统的列表 383
文件系统操作 387
显式文件I/O 388
内存管理器的修改页面写出器和映射页面写出器 392
缓存管理器的延迟写出器（Lazy Writer） 392
缓存管理器的预读线程 392
内存管理器的页面错误处理器 393
文件系统过滤型驱动程序 393
进程监视器 393
实验：查看进程监视器的过滤型驱动程序 394
12.3诊断文件系统的问题 395
进程监视器的基本和高级模式 395
实验：在一个空闲系统上查看文件系统的活动 395
进程监视器诊断技巧 396
12.4公用日志文件系统 397
列集操作 397
日志的类型 398
日志的布局结构 400
日志序列号 401
日志块 401
所有者页面 402
虚拟LSN到物理LSN的转译 403
管理策略 404
12.5 NTFS设计目标和特性 404
高端（High-End）文件系统的需求 404
可恢复性 405
安全性 405
数据冗余和容错能力 405
NTFS的高级特性 406
多数据流 406
实验：查看数据流 408
基于Unicode的名称 408
通用的索引设施 409
动态的坏簇重新映射 409
硬链接（link）和交接（junction） 409
实验：创建一个硬链接 410
符号（软）链接和交接（junction） 410
实验：创建一个符号链接 412
压缩文件和稀疏文件 412
变化日志 413
针对每个用户的卷配额 413
链接跟踪 414
加密 415
POSIX支持 416
碎片整理 416
动态分区 417
12.6 NTFS文件系统驱动程序 419
12.7 NTFS在磁盘上的结构 421
卷（volume） 421
簇（cluster） 422
主文件表（MFT） 423
实验：查看NTFS信息 425
文件记录号 426
文件记录 426
文件名 429
隧道传输 431
驻留的和非驻留的属性 432
数据压缩和稀疏文件 435
压缩稀疏数据 435
压缩非稀疏数据 437
稀疏文件 439
变化日志文件 439
实验：读取变化日志 441
索引 442
对象ID 444
配额跟踪 444
统一的安全性 445
重解析点 447
事务支持 447
隔离性 448
实验：理解和管理事务 449
事务型API 450
资源管理器 451
实验：查询资源管理器的信息 452
磁盘上的实现 453
日志的实现 454
恢复的实现 455
12.8 NTFS的恢复支持 455
设计 456
元数据日志记录 457
日志文件服务（LFS） 457
日志记录类型 459
恢复 461
分析扫描（Analysis Pass） 462
重做扫描（Redo Pass） 463
撤销扫描（Undo Pass） 463
NTFS的坏簇恢复 465
自我修复 468
12.9加密文件系统（EFS）安全性 469
第一次加密一个文件 472
加密文件数据 473
解密过程 474
加密文件的备份 474
实验：查看EFS信息 475
加密文件的复制 475
12.10本章总结 476
第13章 启动和停机 477
13.1引导过程 477
BIOS引导准备 477
BIOS引导扇区和Bootmgr 481
UEFI引导过程 495
从iSCSI引导 496
初始化内核和执行体子系统 497
实验：加载器参数块 497
Smss、Csrss和Wininit 504
未完成的文件重命名操作 507
ReadyBoot 509
自动启动的映像文件 510
实验：Autoruns 511
13.2引导和启动问题的故障检查 511
最后已知的好配置 512
安全模式 512
安全模式下的驱动程序加载 513
能感知安全模式的用户程序 514
安全模式下的引导日志 515
Windows恢复环境（WinRE） 516
引导状态文件 519
解决常见的引导问题 520
MBR损坏 520
引导扇区损坏 520
BCD的错误配置 520
系统文件损坏 521
Windows资源保护 522
System储巢损坏 523
启动屏幕之后的崩溃或者挂起 523
13.3停机 525
实验：验证HungAppTimeout值 526
13.4本章总结 528
第14章 崩溃转储分析 529
14.1 Windows为什么会崩溃 529
14.2蓝屏 530
Windows崩溃的原因 531
14.3诊断崩溃问题 533
14.4崩溃转储文件 535
实验：查看转储文件的信息 539
崩溃转储的生成 540
14.5 Windows错误报告 542
14.6在线崩溃分析 543
14.7基本的崩溃转储分析 545
Notmyfault 545
基本的崩溃转储分析 546
详细的分析 547
14.8使用崩溃诊断工具 549
缓冲区溢出、内存破坏和特殊内存池 550
实验：通过驱动程序检验器启用特殊内存池 552
代码改写和系统代码写保护 553
14.9高级的崩溃转储分析 554
栈破坏 555
挂起的或无响应的系统 557
实验：利用LiveKd来生成Hyper-V客户的转储 559
当没有崩溃转储时 561
实验：附载一个内核调试器 562
14.10对常见停止代码的分析 564
0xD1-DRIVER_IRQL_NOT_LESS_OR_EQUAL 564
0x8E-KERNEL_MODE_EXCEPTION_NOT_HANDLED 566
0x7F-UNEXPECTED_KERNEL_MODE_TRAP 567
0xC5-DRIVER_CORRUPTED_EXPOOL 569
硬件故障 571
实验：蓝屏屏幕保护程序 572
14.11本章小结 572