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Windows源码分析 - 1.初始化内核与执行体子系统

标 题: 【Windows源码分析】(一)初始化内核与执行体子系统
作 者: 北极星2003
时 间: 2008-03-22,23:59:23
链 接: http://bbs.pediy.com/showthread.php?t=61749

对于那么没有相关经验的朋友,在阅读本文时最好对照windows源码来看,否则光看着这么多数据结构就足以头大。对于这篇文章,严格来说,应该是属于学习笔记型,如有分析不当的地方,请各位多指教!
    本文的主要目标是根据windows源码分析内核与执行体初始化流程,过程中会涉及大量的内核数据结构与函数,文中并不会介绍每个结构的含义及作用。内核中有很多晦涩难懂且枯燥的代码,我在分析过程尽可能的去分析每一行代码,否则如果只分析思路而不注重细节那么就跟没分析一样。      
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本文结构:
一、内核初始化
1.1  系统启动过程简介
1.2  内核初始化
二、源码分析
2.1 内核初始化KiInitializeKernel
2.2 初始化内核数据结构KiInitSystem
2.3 [phase0]Ntoskrnl初始化ExpInitializeExecutive
2.4 [phase0]初始化进程管理器PsInitPhase0
2.5 [phase1]Ntoskrnl初始化Phase1Initialiation

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一、内核初始化
1.1  系统启动过程简介

      对于系统启动过程,已经有太多的资料介绍过了。这里只是稍作温习,为介绍后续内容做准备。这部分的内容参考了http://www.yesky.com/317/1711317.shtml。
系统的启动过程一般分为5个步骤:
(1)预引导过程
  [1] 系统加点自检,同时完成硬件设备的枚举和配置。
  [2] BIOS确定引导设备位置,加载引导设备的MBR。
  [3] 在MBR中扫描分区表,定位活动分区,并加载活动分区上引导扇区到内存
  [4] 加载系统根目录的ntldr。 
(2)引导过程
  [5] 初始化Ntldr,完成处理器模式切换和文件系统驱动的加载,如果使用SCSI设备,
Ntldr将Ntbootdd.sys加载到内存。
  [6] Ntldr读取系统根目录的boot.ini
,在屏幕显示系统启动菜单,等待用户选择所需要加载的操作系统。
  [7] Ntldr读取并运行程序Ntdetect.com,完成硬件的检测。
  [8] Ntldr根据用户的选择调用系统的硬件配置文件。 
(3)内核加载,在[8]后清除屏幕,显示进度条。
  [9] 加载执行体ntoskrnl.exe
  [10] 加载Hal.dll
  [11] 加载%systemroot\System32\Config\System下的注册表项HKEY_LOCAL_MACHINE\
SYSTEM。
  [12] 选择加载控制集,初始化计算机。
  [13] 根据控制集加载低级硬件设备驱动程序。 
(4)内核初始化,显示图形界面。
  [14] 内核会使用检测到的硬件数据,在注册表中创建HKEY_LOCAL_MACHINE\HARDWA项。
  [15] 其次的工作是内核通过复制HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\Select子键Current
项引用的控制集创建Clone控制集。
  [16] 内核开始进一步加载和初始化设备驱动程序。
  [17] Session Manager(Smss.exe)按顺序启动Windows 2000
更高一层次的子系统和各项服务。 
(5)系统登陆过程
  [18] 系统首先启动Winlogon.exe。
  [19] 启动Local Security Authority(Lsass.exe)
   [20] 屏幕显示出登陆对话框。
  [21] 系统执行Service Controller(Screg.exe)再次扫描注册表HKEY_LOCAL_MACHINE\
SYSTEM\CurrentControlSet\Control项并自动加载其中系统的或用户的服务。
  [22] 此时,用户已成功的登陆到了Windows 2000系统,系统随后把Clone控制集拷贝到
LastKnownGood控制集。

1.2  内核初始化
     本文所要介绍的重点是ntoskrnl的初始化流程。这个初始化过程大致分为两个阶段:phase0和phase1。对于具体所处的阶段是由一个全局变量InitializationPhase来标识,当InitializationPhase为0时表示处于phase0,当InitializationPhase为1时表示处于phase1。
    Ntoskrnl在入口函数中调用KiSystemStartup,而KiSystemStartup又依次为每个CPU调用HalInitializeProcessor和KiInitializeKernel。如果KiInitializeKernel运行在引导CPU上,则会调用KiInitSystem执行系统范围全局的内核初始化。然后KiInitializeKernel调用ExpInitializeExecutive函数,负责实现phase0阶段的初始化工作。
    (注:引导CPU,即0号CPU,每个CPU都以整数标识,0号CPU是第一个被初始化的CPU。当初始化第1个CPU时需要进行额外的操作,因而称之为引导CPU)
    在phase0阶段的初始化过程中首先调用HalInitSystem初始化HAL,然后依次初始化内存管理器、对象管理器、安全引用监视器、进程管理器和即插即用管理器。其中在调用PsInitSystem执行进程管理器在phase0阶段初始化时,创建了一个新的系统线程即为Phase1Initialization,用于执行phase1阶段的初始化。由于此时并不允许中断,Phase1Initialization线程并不立即执行。当完成phase0阶段初始化并返回到KiInitializeKernel时,设置IRQL到DISPATCH_LEVEL并使CPU调度Phase1Initialization线程,从而进行phase1阶段的初始化。

关于内核初始化流程可以用下图表示,从上到下表示时间顺序:
init.JPG下载此附件需要消耗2Kx,下载中会自动扣除。
图示说明:
[1] 关于KiInitializeKernel的具体实现参见2.1小节。
[2] 关于KiInitSystem的具体实现参见2.2小节
[3] 关于phase0阶段ExpInitializeExecutive的具体实现参见2.3小节。
[4] 关于phase0阶段进程管理器初始化(PsInitSystem)的具体实现参见2.4小节。
[5] 关于Phase1Initialization线程实现phase1阶段初始化的具体过程参见2.5小节。

二、源码分析
2.1  内核初始化KiInitializeKernel

      这个函数在系统由bootstrapped启动后且系统未被初始化之前取得控制权。当新的处理器加入时,调用这个例程可以初始化处理器相关的数据结构。主要功能是:
(1)初始化内核数据结构
(2)初始化处理控制块(Processor Control Block)
(3)调用内核执行体初始化例程
(4)最后返回系统启动例程(KiSystemStartup)   
      下面就是KiInitializeKernel的执行流程:
代码:
VOID KiInitializeKernel (IN PKPROCESS Process,IN PKTHREAD Thread,IN PVOID IdleStack,      // IDLE线程的内核堆栈基地址IN PKPRCB Prcb,      // 指向处理器控制块结构IN CCHAR Number,      // 指定当前正在初始化的处理器索引号PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock)
{// 初始化Prcb的部分成员// ……// 在系统初始化过程(KiSystemStartup)会枚举所有CPU,// 然后循环调用KiInitializeKernel依次初始化每个CPU// 在初始化号CPU时,会初始化一部分内核数据结构if (Number == 0) {// 初始化处理器相关的全局信息// 例如KeI386NpxPresent,KeI386CpuType,KeI386CpuStep,KeI386FxsrPresent等// ……// 初始化体系无关的内核数据结构KiInitSystem();// 初始化idle线程的进程对象KeInitializeProcess(Process,…… );} else{// ……}// ……// 初始化线程对象KeInitializeThread(Thread, (PVOID)((ULONG)IdleStack),(PKSYSTEM_ROUTINE)NULL, (PKSTART_ROUTINE)NULL,(PVOID)NULL, (PCONTEXT)NULL, (PVOID)NULL, Process);// ……// 调用内核执行体的初始化例程try {ExpInitializeExecutive(Number, LoaderBlock);} except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER) {KeBugCheck (PHASE0_EXCEPTION);}// ……// 如果是启动CPU(0号),动态分配内核堆栈空间和K的IOPM存储区域if (Number == 0) {PVOID DpcStack = MmCreateKernelStack(FALSE);if (DpcStack == NULL) {KeBugCheckEx(NO_PAGES_AVAILABLE, 1, 0, 0, 0);}Prcb->DpcStack = DpcStack;// 分配K的IOPM存储区域,用于BiosCall交换Ki386IopmSaveArea = ExAllocatePoolWithTag(PagedPool,PAGE_SIZE * 2,'  eK');if (Ki386IopmSaveArea == NULL) {KeBugCheckEx(NO_PAGES_AVAILABLE, 2, PAGE_SIZE * 2, 0, 0);}}// 设置IRQL为DISPATCH_LEVEL级别,允许线程派发KeRaiseIrql(DISPATCH_LEVEL, &OldIrql);// 设置当前线程优先级为0,这样才能调度Phase1Initialization线程KeSetPriorityThread(Thread, (KPRIORITY)0);// 检测是否存在就绪线程,如果不存在则把当前CPU添加到KiIdleSummaryKiAcquireQueuedSpinLock(KiQueuedSpinLockContext(LockQueueDispatcherLock));if (Prcb->NextThread == (PKTHREAD)NULL) {SetMember(Number, KiIdleSummary);}KiReleaseQueuedSpinLock(KiQueuedSpinLockContext(LockQueueDispatcherLock));// 提升IRQL到HIGH_LEVEL,屏蔽中断
KeRaiseIrql(HIGH_LEVEL, &OldIrql);return;
}
这里有3个关键处:
(1)当初始化0号CPU时调用KiInitSystem用于初始化内核数据结构。
(2)调用执行体初始化例程ExpInitializeExecutive。
(3)在调用ExpInitializeExecutive返回后,首先设置IRQL为DISPATCH_LEVEL
级别,允许线程派发,然后设置当前线程优先级为0,表明当前线程放弃下一个时间片,使得CPU可以执行Phase1Initialization线程,最后提升IRQL为HIGH_LEVEL,屏蔽系统中断,保证phase1阶段的初始化不可中断。

2.2  初始化内核数据结构KiInitSystem
KiInitSystem
初始化了一些比较重要也比较常见的内核数据结构,这些数据结构中大量地使用了
LIST_ENTRY结构。如下所示:
代码:
VOID KiInitSystem (VOID)
{ULONG Index;// 初始化调度队列链表头,每一个优先级都有一个独立的进程链表for (Index = 0; Index < MAXIMUM_PRIORITY; Index += 1) {InitializeListHead(&KiDispatcherReadyListHead[Index]);}// 初始化BugCheck回调函数链表,及其旋转锁InitializeListHead(&KeBugCheckCallbackListHead);KeInitializeSpinLock(&KeBugCheckCallbackLock);// 初始化定时器过期的DPC对象KeInitializeDpc(&KiTimerExpireDpc,(PKDEFERRED_ROUTINE)KiTimerExpiration, NIL);// 初始化profile链表,及其旋转锁KeInitializeSpinLock(&KiProfileLock);InitializeListHead(&KiProfileListHead);// 初始化当前活动的profile链表InitializeListHead(&KiProfileSourceListHead);// 初始化定时器链表for (Index = 0; Index < TIMER_TABLE_SIZE; Index += 1) {InitializeListHead(&KiTimerTableListHead[Index]);}// 初始化swap通知事件KeInitializeEvent(&KiSwapEvent,SynchronizationEvent,FALSE);InitializeListHead(&KiProcessInSwapListHead);InitializeListHead(&KiProcessOutSwapListHead);InitializeListHead(&KiStackInSwapListHead);InitializeListHead(&KiWaitInListHead);InitializeListHead(&KiWaitOutListHead);// 初始化SSDTKeServiceDescriptorTable[0].Base = &KiServiceTable[0];KeServiceDescriptorTable[0].Count = NULL;KeServiceDescriptorTable[0].Limit = KiServiceLimit;
#if defined(_IA64_)KeServiceDescriptorTable[0].TableBaseGpOffset =(LONG)(*(KiServiceTable-1) - (ULONG_PTR)KiServiceTable);
#endifKeServiceDescriptorTable[0].Number = &KiArgumentTable[0];for (Index = 1; Index < NUMBER_SERVICE_TABLES; Index += 1) {KeServiceDescriptorTable[Index].Limit = 0;}// 拷贝SSDT到Shadow服务表RtlCopyMemory(KeServiceDescriptorTableShadow,KeServiceDescriptorTable,sizeof(KeServiceDescriptorTable));// ……return;
}
2.3  [phase0]Ntoskrnl初始化ExpInitializeExecutive
ExpInitializeExecutive函数负责阶段0(phase 0)的所有其他初始化工作。
ExpInitializeExecutive首先调用HalInitSystem初始化HAL,其中一个功能是为每个CPU
准备系统中断控制器。接下来,依次执行执行体的5个组件在phase 0
的初始化工作,如下:
(1)调用MmInitSystem,初始化内存管理器。
(2)调用ObInitSystem,初始化对象管理器。
(3)调用SeInitSystem,初始化安全引用监视器。
(4)调用PsInitSystem,初始化进程管理器。
(5)调用PpInitSystem,初始化即插即用管理器。
这5个调用中MmInitSystem和ObInitSystem
复杂,剩余的三个步骤都具有相似的结构,如下:
代码:
BOOLEAN SeInitSystem( VOID )
{switch ( InitializationPhase ) {case 0 :        return SepInitializationPhase0();case 1 :        return SepInitializationPhase1();default:        KeBugCheck(UNEXPECTED_INITIALIZATION_CALL);}return 0;
}
BOOLEAN PsInitSystem ( IN ULONG Phase, IN PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock )
{switch ( InitializationPhase ) {case 0 :        return PspInitPhase0(LoaderBlock);case 1 :        return PspInitPhase1(LoaderBlock);default:        KeBugCheck(UNEXPECTED_INITIALIZATION_CALL);}return 0;
}
BOOLEAN PpInitSystem ( VOID )
{switch ( InitializationPhase ) {case 0 :        return PiInitPhase0();case 1 :        return PiInitPhase1();default:        KeBugCheck(UNEXPECTED_INITIALIZATION_CALL);}
}
共同点是根据InitializationPhase所指定的phase完成特定的初始化工作,其中
InitializationPhase是个全局变量,可以设置为0、1、2,设置为0表示进行phase0
初始化,设置为1表示进行phase1初始化,成功初始化内核后则设置为2。
ExpInitializeExecutive的具体实现如下:
代码:
VOID ExpInitializeExecutive(IN ULONG Number,            // CPU索引号IN PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock  // loader parameter block
)
{NTSTATUS Status;PLDR_DATA_TABLE_ENTRY DataTableEntry;PMESSAGE_RESOURCE_ENTRY MessageEntry;PLIST_ENTRY NextEntry;ANSI_STRING AnsiString;STRING NameString;CHAR Buffer[ 256 ];CHAR VersionBuffer[ 64 ];PCHAR s, sMajor, sMinor;ULONG ImageCount, i;BOOLEAN IncludeType[LoaderMaximum];  // 标识特定类型的内存是否存在ULONG MemoryAlloc[(sizeof(PHYSICAL_MEMORY_DESCRIPTOR) +sizeof(PHYSICAL_MEMORY_RUN)*MAX_PHYSICAL_MEMORY_FRAGMENTS) /sizeof(ULONG)];PPHYSICAL_MEMORY_DESCRIPTOR Memory;// 物理内存描述符ULONG   ResourceIdPath[3];  PIMAGE_RESOURCE_DATA_ENTRY ResourceDataEntry;PIMAGE_NT_HEADERS NtHeaders;PMESSAGE_RESOURCE_DATA  MessageData;if (Number == 0) {InitializationPhase = 0L;    // 设置为phase 0// 计算物理内存块Memory = (PPHYSICAL_MEMORY_DESCRIPTOR)&MemoryAlloc;Memory->NumberOfRuns = MAX_PHYSICAL_MEMORY_FRAGMENTS;// 包含除LoaderBad等3种外的所有内存类型for (i=0; i < LoaderMaximum; i++) {IncludeType[i] = TRUE;}IncludeType[LoaderBad] = FALSE;IncludeType[LoaderFirmwarePermanent] = FALSE;IncludeType[LoaderSpecialMemory] = FALSE;MmInitializeMemoryLimits(LoaderBlock, IncludeType, Memory);InitNlsTableBase = LoaderBlock->NlsData->AnsiCodePageData;InitAnsiCodePageDataOffset = 0;InitOemCodePageDataOffset = ((PUCHAR)LoaderBlock->NlsData->OemCodePageData 
- (PUCHAR)LoaderBlock->NlsData->AnsiCodePageData);InitUnicodeCaseTableDataOffset = ((PUCHAR)LoaderBlock->NlsData->
UnicodeCaseTableData - (PUCHAR)LoaderBlock->NlsData->AnsiCodePageData);RtlInitNlsTables((PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitAnsiCodePageDataOffset),(PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitOemCodePageDataOffset),(PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitUnicodeCaseTableDataOffset),&InitTableInfo);RtlResetRtlTranslations(&InitTableInfo);// 初始化HAL(Hardware Architecture Layer)if (HalInitSystem(InitializationPhase, LoaderBlock) == FALSE) {KeBugCheck(HAL_INITIALIZATION_FAILED);}#if i386// 允许中断KiRestoreInterrupts (TRUE);
#endif// ……// LoadOrderListHead的第一结点必定是内核模块(例如ntoskrnl.exe)DataTableEntry = CONTAINING_RECORD(LoaderBlock->LoadOrderListHead.Flink,LDR_DATA_TABLE_ENTRY,InLoadOrderLinks);ResourceIdPath[0] = 11;ResourceIdPath[1] = 1;ResourceIdPath[2] = 0;// 寻找BugCheck消息资源,并设置到KiBugCodeMessages// LdrFindResource_U在指定DLL中定位指定ID的资源Status = LdrFindResource_U(DataTableEntry->DllBase,    // DLL模块基地址ResourceIdPath,        // 资源ID数组3,              // 资源ID数组长度(VOID *) &ResourceDataEntry);  // 指向IMAGE_RESOURCE_DATA_ENTRY结构if (NT_SUCCESS(Status)) {Status = LdrAccessResource(DataTableEntry->DllBase,ResourceDataEntry,&MessageData,NULL);if (NT_SUCCESS(Status)) {KiBugCodeMessages = MessageData;}}// 遍历已加载的模块列表,并加载符号文件ImageCount = 0;NextEntry = LoaderBlock->LoadOrderListHead.Flink;while (NextEntry != &LoaderBlock->LoadOrderListHead) {// 获取LDR_DATA_TABLE_ENTRY结构指针DataTableEntry = CONTAINING_RECORD(NextEntry,LDR_DATA_TABLE_ENTRY,InLoadOrderLinks);// 通过内核调试器加载模块符号sprintf( Buffer, "%ws\\System32\\%s%wZ",&SharedUserData->NtSystemRoot[2],ImageCount++ < 2 ? "" : "Drivers\\",&DataTableEntry->BaseDllName);RtlInitString( &NameString, Buffer );DbgLoadImageSymbols(&NameString, DataTableEntry->DllBase, (ULONG)-1);NextEntry = NextEntry->Flink;    // 下一个结点}} else {// 初始化HALif (HalInitSystem(InitializationPhase, LoaderBlock) == FALSE) {KeBugCheck(HAL_INITIALIZATION_FAILED);}}if (Number == 0) {// ……// 初始化执行体(phase 0)if (!ExInitSystem()) {KeBugCheck(PHASE0_INITIALIZATION_FAILED);}ExBurnMemory(LoaderBlock);// 初始化内存管理器(phase 0)MmInitSystem(0, LoaderBlock, Memory);{PLIST_ENTRY NextMd;PMEMORY_ALLOCATION_DESCRIPTOR MemoryDescriptor;// 遍历内存描述符,统计LoaderNlsData类型内存区域总大小NextMd = LoaderBlock->MemoryDescriptorListHead.Flink;while (NextMd != &LoaderBlock->MemoryDescriptorListHead) {MemoryDescriptor = CONTAINING_RECORD(NextMd,MEMORY_ALLOCATION_DESCRIPTOR,ListEntry);switch (MemoryDescriptor->MemoryType) {case LoaderNlsData:InitNlsTableSize += MemoryDescriptor->PageCount*PAGE_SIZE;break;default:break;}NextMd = MemoryDescriptor->ListEntry.Flink;}// 分配非分页的NLS区域InitNlsTableBase = ExAllocatePoolWithTag(NonPagedPool,InitNlsTableSize,' 
slN');if ( !InitNlsTableBase ) {KeBugCheck(PHASE0_INITIALIZATION_FAILED);}// 拷贝NLS数据到刚才分配的区域RtlMoveMemory(InitNlsTableBase,LoaderBlock->NlsData->AnsiCodePageData,InitNlsTableSize);// 初始化NLS表信息结构RtlInitNlsTables((PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitAnsiCodePageDataOffset),(PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitOemCodePageDataOffset),(PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitUnicodeCaseTableDataOffset),&InitTableInfo);RtlResetRtlTranslations(&InitTableInfo);}// ……// 初始化静态句柄表ExInitializeHandleTablePackage();// 初始化对象管理器(phase 0)if (!ObInitSystem()) {KeBugCheck(OBJECT_INITIALIZATION_FAILED);}// 初始化安全引用监视器(phase 0)if (!SeInitSystem()) {KeBugCheck(SECURITY_INITIALIZATION_FAILED);}// 初始化进程管理器(phase 0)if (PsInitSystem(0, LoaderBlock) == FALSE) {KeBugCheck(PROCESS_INITIALIZATION_FAILED);}// 初始化即插即用管理器(phase 0)if (!PpInitSystem()) {KeBugCheck(PP0_INITIALIZATION_FAILED);}// 设置SharedUserData成员// ……}
}
2.4  [phase0]初始化进程管理器PsInitPhase0
      这里介绍的是进程管理器在phase 0的初始化过程,之所以介绍这个过程是因为phase 1 
初始化过程正是从这里展开。在上一节上已经提到PsInitSystem,在phase0,实际上调用
PsInitPhase0实现进程管理器的初始化。PsInitPhase0主要实现以下几个功能:
(1)设置系统启动进程(即当前进程)为Idle进程,并改名为"Idle"。
(2)初始化进程、Job等相关的全局变量。
(3)创建系统进程并命名为"System"。
(4)创建系统线程用于实现phase1过程的初始化。
PsInitPhase0的具体实现如下:
代码:
BOOLEAN PspInitPhase0 ( IN PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock   )
{UNICODE_STRING NameString;OBJECT_ATTRIBUTES ObjectAttributes;OBJECT_TYPE_INITIALIZER ObjectTypeInitializer;HANDLE ThreadHandle;PETHREAD Thread;MM_SYSTEMSIZE SystemSize;SystemSize = MmQuerySystemSize();
PspDefaultPagefileLimit = (ULONG)-1;
// ……// 初始化进程相关的锁ExInitializeFastMutex( &PspProcessLockMutex );ExInitializeFastMutex( &PsProcessSecurityLock );// 当前进程即是Idle进程PsIdleProcess = PsGetCurrentProcess();PsIdleProcess->Pcb.KernelTime = 0;PsIdleProcess->Pcb.KernelTime = 0;// 初始化OBJECT_TYPE_INITIALIZER结构RtlZeroMemory( &ObjectTypeInitializer, sizeof( ObjectTypeInitializer ) );ObjectTypeInitializer.Length = sizeof( ObjectTypeInitializer );ObjectTypeInitializer.InvalidAttributes = OBJ_OPENLINK;ObjectTypeInitializer.SecurityRequired = TRUE;ObjectTypeInitializer.PoolType = NonPagedPool;ObjectTypeInitializer.InvalidAttributes = OBJ_PERMANENT | OBJ_EXCLUSIVE | 
OBJ_OPENIF;// 创建进程对象RtlInitUnicodeString(&NameString, L"Process");ObjectTypeInitializer.DefaultPagedPoolCharge = PSP_PROCESS_PAGED_CHARGE;ObjectTypeInitializer.DefaultNonPagedPoolCharge = 
PSP_PROCESS_NONPAGED_CHARGE;ObjectTypeInitializer.DeleteProcedure = PspProcessDelete; // 
删除进程对象回调函数ObjectTypeInitializer.ValidAccessMask = PROCESS_ALL_ACCESS;ObjectTypeInitializer.GenericMapping = PspProcessMapping;if ( !NT_SUCCESS(ObCreateObjectType(&NameString,&ObjectTypeInitializer,(PSECURITY_DESCRIPTOR) NULL,&PsProcessType)) ){return FALSE;}// 创建线程对象RtlInitUnicodeString(&NameString, L"Thread");ObjectTypeInitializer.DefaultPagedPoolCharge = PSP_THREAD_PAGED_CHARGE;ObjectTypeInitializer.DefaultNonPagedPoolCharge = 
PSP_THREAD_NONPAGED_CHARGE;ObjectTypeInitializer.DeleteProcedure = PspThreadDelete; // 
删除线程对象回调函数ObjectTypeInitializer.ValidAccessMask = THREAD_ALL_ACCESS;ObjectTypeInitializer.GenericMapping = PspThreadMapping;if ( !NT_SUCCESS(ObCreateObjectType(&NameString,&ObjectTypeInitializer,(PSECURITY_DESCRIPTOR) NULL,&PsThreadType)) ){return FALSE;}// 创建Job对象RtlInitUnicodeString(&NameString, L"Job");ObjectTypeInitializer.DefaultPagedPoolCharge = 0;ObjectTypeInitializer.DefaultNonPagedPoolCharge = sizeof(EJOB);ObjectTypeInitializer.DeleteProcedure = PspJobDelete;  // 删除Job
对象回调函数ObjectTypeInitializer.CloseProcedure = PspJobClose;    // 关闭Job对象回调函数ObjectTypeInitializer.ValidAccessMask = JOB_OBJECT_ALL_ACCESS;ObjectTypeInitializer.GenericMapping = PspJobMapping;ObjectTypeInitializer.InvalidAttributes = 0;if ( !NT_SUCCESS(ObCreateObjectType(&NameString,&ObjectTypeInitializer,(PSECURITY_DESCRIPTOR) NULL,&PsJobType)) ){return FALSE;}// 初始化进程链表,及保护该链表的互斥对象InitializeListHead(&PsActiveProcessHead);ExInitializeFastMutex(&PspActiveProcessMutex);// 初始化Job链表,及保护该链表的互斥对象InitializeListHead(&PspJobList);ExInitializeFastMutex(&PspJobListLock);// 初始化工作集链表,及保护该链表的互斥对象InitializeListHead(&PspWorkingSetChangeHead.Links);ExInitializeFastMutex(&PspWorkingSetChangeHead.Lock);// 创建CID句柄表PspCidTable = ExCreateHandleTable(NULL);if ( ! PspCidTable ) {return FALSE;}// ?? 从链表中移除CID表,避免被ExSnapShotHandleTables或调试器扩展命令!
handle枚举到ExRemoveHandleTable(PspCidTable);#if defined(i386)// ?? LDT初始化if ( !NT_SUCCESS(PspLdtInitialize()) ) {return FALSE;}// ?? VDM初始化if ( !NT_SUCCESS(PspVdmInitialize()) ) {return FALSE;}
#endif// 初始化Reaper链表及数据结构InitializeListHead(&PsReaperListHead);ExInitializeWorkItem(&PsReaperWorkItem, PspReaper, NULL);// 保存系统启动进程令牌到全局变量PspBootAccessTokenPspBootAccessToken = PsGetCurrentProcess()->Token;// 初始化对象安全属性结构InitializeObjectAttributes( &ObjectAttributes,NULL,0,NULL,NULL); // 创建系统进程if ( !NT_SUCCESS(PspCreateProcess(&PspInitialSystemProcessHandle,PROCESS_ALL_ACCESS,&ObjectAttributes,0L,FALSE,0L,0L,0L)) ) {return FALSE;}// 增加引用计数,并获取EPROCESS结构,保存到全局变量PsInitialSystemProcessif ( !NT_SUCCESS(ObReferenceObjectByHandle(PspInitialSystemProcessHandle,0L,PsProcessType,KernelMode,(PVOID *)&PsInitialSystemProcess,NULL)) ) {return FALSE;}// 设置当前进程映像名称为"Idle"strcpy(&PsGetCurrentProcess()->ImageFileName[0],"Idle");// 设置新创建的进程映像名称为"System"strcpy(&PsInitialSystemProcess->ImageFileName[0],"System");// 创建系统线程用于实现phase1的初始化过程,线程函数为Phase1Initializationif ( !NT_SUCCESS(PsCreateSystemThread(&ThreadHandle,THREAD_ALL_ACCESS,&ObjectAttributes,0L,NULL,Phase1Initialization,(PVOID)LoaderBlock)) ) {return FALSE;}// 增加引用计数if ( !NT_SUCCESS(ObReferenceObjectByHandle(ThreadHandle,0L,PsThreadType,KernelMode,(PVOID *)&Thread,NULL)) ) {return FALSE;}// 关闭线程句柄ZwClose( ThreadHandle );return TRUE;
}
在这个过程中,对于几个重要的全局变量进行初始化,例如PspCidTable、
PsActiveProcessHead等。
另外在_OBJECT_TYPE_INITIALIZER有几个成员是由于注册对象操作回调函数的,例如
PsInitPhase0中注册删除进程对象回调函数PspProcessDelete
。因而对于内核对象来说,完全可以从_OBJECT_TYPE_INITIALIZER结构入手HOOK
对应的回调函数实现对内核对象的完全监控。

2.5  [phase1]Ntoskrnl初始化Phase1Initialiation
(这里以wrk v1.2作为参考)
在上一小节中已经提到,在进程管理器进行phase0阶段初始化时会创建新线程
phase1Initialation,来实现phase1阶段的初始化。phase1Initialation函数实现如下:
代码:
VOID Phase1Initialization (IN PVOID Context)
{Phase1InitializationDiscard (Context);MmZeroPageThread();return;
}
Phase1Initialization分为两个步骤:
(1)调用Phase1InitializationDiscard真正实现phase1阶段的初始化工作。
(2)当完成phase1阶段的初始化后系统已经启动,线程Phase1Initialization已经完成最重要任务,接下去就以零页面线程的角色继续为系统提供服务。
注:零页面线程,线程优先级为0,循环地从空闲页面链表中获取页面并清0,然后添加到零页面链表中。系统在运行过程会频繁的申请、释放内存,然后释放后的页面一般都不为0。零页面线程就好比是垃圾回收站的加工人员,把回收的垃圾粉刷一遍就变成新的了。这里主要目标是分析Phase1InitializationDiscard的具体实现过程,对于零页面线程不作过多探讨。
这里的分析过程参考了《深入解析Windows操作系统》,关于phase1阶段的初始化流程虽然wrk与书中的描述非常接近,但并不完全一样。另外,我对于这些步骤进行了一定的简化。Phase1阶段的初始化具体如下:
(1)phase 0% -- 10%    
   [1] 调用HalInitSystem,让系统做好准备接受来自设置的中断,并允许中断
  [2] 调用InbvEnableBootDriver引导视频驱动,调用InbvDriverInitialize
初始化视频驱动,并显示启动界面
  [3] 调用PoInitSystem初始化电源管理器(phase0)
   [4] 调用KeSetSystemTime初始化系统时间,设置系统启动时间并保存为全局变量
KeBootTime
   [5] 在多处理器系统上,调用KeStartAllProcessors初始化其他处理器
  [6] 调用ObInitSystem初始化对象管理器(phase1)
   [7] 调用ExInitSystem初始化执行体(phase1)
   [8] 调用KeInitSystem初始化内核(phase1)
   [9] 调用KdInitSystem初始化内核调试器(phase1)
   [10] 调用SeInitSystem初始化安全引用监视器(phase1)
(2)phase 10% -- 15%
   [11] 调用MmInitSystem初始化内存管理器(phase1)
   [12] 把国家语言支持(NLS)表映射到系统空间
  [13] 调用CcInitializeCacheManager初始化缓存管理器
  [14] 调用CmInitSystem1初始化配置管理器
(3)phase 15% -- 20%
   [15] 调用FsRtlInitSystem初始化全局的文件系统驱动程序数据结构
  [16] 调用PpInitSystem初始化即插即用管理器(PNP)(phase1),必须在初始化I/O
管理器之前进行
(4)phase 20% -- 25%
   [17] 调用LpcInitSystem初始化LPC,必须在初始化I/O管理器之前进行
(5)phase 25% -- 75%
   [18] 调用IoInitSystem初始化I/O
管理器,设置进度条为局部更新模式,逐步更新进度条从%到%
(6)phase 75% -- 80%
   [19] 调用MmInitSystem初始化内存管理器(phase2),开启分页机制
(7)phase 80% -- 85%
   [20] 调用PoInitSystem初始化电源管理器(phase1)
   [21] 调用PsInitSystem初始化进程管理器(phase1),可以定位NTDLL.DLL和SMSS.EXE
(8)phase 85% -- 90%
   [22] 调用SeRmInitPhase1初始化性能引用监视器(phase1)
,包括创建命令服务器线程,这个线程将会创建一个名为SeRmCommandPort的LPC
端口,使用这个端口可以接收本地安全认证子系统(LSASS)发送的命令。
(9)phase 90% -- 100%
   [23] 调用RtlCreateUserProcess创建会话管理器进程(SMSS)
(10)phase 100% ------
   [24] 等待会话管理器SMSS 5秒,如果等待超时表明SMSS进程正常启动

根据进度条设置情况大致可以分为10个步骤,可以结合下面Phase1InitializationDiscard的源码来看:
代码:
VOID Phase1InitializationDiscard (IN PVOID Context)
{PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock;PETHREAD Thread;PKPRCB Prcb;KPRIORITY Priority;NTSTATUS Status;UNICODE_STRING SessionManager;PRTL_USER_PROCESS_PARAMETERS ProcessParameters;PVOID Address;SIZE_T Size;LARGE_INTEGER UniversalTime;LARGE_INTEGER CmosTime;LARGE_INTEGER OldTime;TIME_FIELDS TimeFields;UNICODE_STRING EnvString, NullString, UnicodeSystemDriveString;PWSTR Src, Dst;BOOLEAN ResetActiveTimeBias;HANDLE NlsSection;LARGE_INTEGER SectionSize;LARGE_INTEGER SectionOffset;PVOID SectionBase;PVOID ViewBase;ULONG CacheViewSize;SIZE_T CapturedViewSize;ULONG SavedViewSize;LONG BootTimeZoneBias;PKLDR_DATA_TABLE_ENTRY DataTableEntry;
#ifndef NT_UPPMESSAGE_RESOURCE_ENTRY MessageEntry1;
#endifPCHAR MPKernelString;PCHAR Options;PCHAR YearOverrideOption;LONG  CurrentYear = 0;BOOLEAN NOGUIBOOT;BOOLEAN SOS;PVOID Environment;PRTL_USER_PROCESS_INFORMATION ProcessInformation;// ……/////    进入phase1初始化阶段      ////InitializationPhase = 1;// 提升线程优先级Thread = PsGetCurrentThread();Priority = KeSetPriorityThread( &Thread->Tcb,MAXIMUM_PRIORITY - 1 );// [1] 调用HalInitSystem,让系统做好准备接受来自设置的中断,并允许中断LoaderBlock = (PLOADER_PARAMETER_BLOCK)Context;if (HalInitSystem(InitializationPhase, LoaderBlock) == FALSE) {KeBugCheck(HAL1_INITIALIZATION_FAILED);}// 根据处理器控制块的LoadOptions成员判断是否以GUI方式启动Options = LoaderBlock->LoadOptions ? _strupr(LoaderBlock->LoadOptions) : NULL;if (Options) {NOGUIBOOT = (BOOLEAN)(strstr(Options, "NOGUIBOOT") != NULL);} else {NOGUIBOOT = FALSE;}// [2] 调用引导视频驱动程序(Bootvid.dll)InbvEnableBootDriver((BOOLEAN)!NOGUIBOOT);// 初始化视频驱动程序InbvDriverInitialize(LoaderBlock, 18);// 显示启动界面// ……// [3] 初始化电源管理器(phase0)if (!PoInitSystem(0)) {KeBugCheck(INTERNAL_POWER_ERROR);}// ……// [4] 初始化系统时间和系统启动时间if (ExCmosClockIsSane && HalQueryRealTimeClock(&TimeFields)) {// ……// 设置系统时间KeSetSystemTime(&UniversalTime, &OldTime, FALSE, NULL);// 通知其他组建系统时间被设置PoNotifySystemTimeSet();// 设置系统启动的绝对时间KeBootTime = UniversalTime;KeBootTimeBias = 0;}// ……// [5] 在多处理器系统上,初始化其他处理器KeStartAllProcessors();// ……// [6] 初始化对象管理器(phase1)if (!ObInitSystem()) {KeBugCheck(OBJECT1_INITIALIZATION_FAILED);}// [7] 初始化执行体(phase1)if (!ExInitSystem()) {KeBugCheckEx(PHASE1_INITIALIZATION_FAILED,STATUS_UNSUCCESSFUL,0,1,0);}// [8] 初始化内核(phase1)if (!KeInitSystem()) {KeBugCheckEx(PHASE1_INITIALIZATION_FAILED,STATUS_UNSUCCESSFUL,0,2,0);}// [9] 初始化内核调试器(phase1)if (!KdInitSystem(InitializationPhase, NULL)) {KeBugCheckEx(PHASE1_INITIALIZATION_FAILED,STATUS_UNSUCCESSFUL,0,3,0);}// [10] 初始化安全引用监视器(phase1)if (!SeInitSystem()) {KeBugCheck(SECURITY1_INITIALIZATION_FAILED);}// 设置进度条到%InbvUpdateProgressBar(10);Status = CreateSystemRootLink(LoaderBlock);if ( !NT_SUCCESS(Status) ) {KeBugCheckEx(SYMBOLIC_INITIALIZATION_FAILED,Status,0,0,0);}// [11] 初始化内存管理器(phase1)if (MmInitSystem(1, LoaderBlock) == FALSE) {KeBugCheck(MEMORY1_INITIALIZATION_FAILED);}// [12] 把国家语言支持(NLS)表映射到系统空间// ……// [13] 初始化缓存管理器if (!CcInitializeCacheManager()) {KeBugCheck(CACHE_INITIALIZATION_FAILED);}// [14] 初始化配置管理器if (!CmInitSystem1(LoaderBlock)) {KeBugCheck(CONFIG_INITIALIZATION_FAILED);}// ??CcPfInitializePrefetcher();// 设置进度条到%InbvUpdateProgressBar(15);// 计算时区偏差// ……// [15] 初始化全局的文件系统驱动程序数据结构if (!FsRtlInitSystem()) {KeBugCheck(FILE_INITIALIZATION_FAILED);}// 在PNP初始化时需要使用range list,因而在PNP初始化之前需要初始化range listRtlInitializeRangeListPackage();HalReportResourceUsage();KdDebuggerInitialize1(LoaderBlock);// [16] 初始化即插即用管理器(PNP)(phase1),必须在初始化I/O管理器之前进行if (!PpInitSystem()) {KeBugCheck(PP1_INITIALIZATION_FAILED);}// 设置进度条到%InbvUpdateProgressBar(20);// [17] 初始化LPC,必须在初始化I/O管理器之前进行if (!LpcInitSystem()) {KeBugCheck(LPC_INITIALIZATION_FAILED);}// 此时系统已经处于运行阶段ExInitSystemPhase2();// [18] 初始化I/O管理器,设置进度条为局部更新模式,逐步更新进度条从%到%InbvSetProgressBarSubset(25, 75);if (!IoInitSystem(LoaderBlock)) {KeBugCheck(IO1_INITIALIZATION_FAILED);}// 撤消局部更新模式InbvSetProgressBarSubset(0, 100);CmpInitSystemVersion(6, NULL);// [19] 初始化内存管理器(phase2),开启分页机制MmInitSystem(2, LoaderBlock);// 设置进度条到%InbvUpdateProgressBar(80);// [20] 初始化电源管理器(phase1)if (!PoInitSystem(1)) {KeBugCheck(INTERNAL_POWER_ERROR);}// [21] 初始化进程管理器(phase1)// 由于SystemRoot已经被定义,可以定位NTDLL.DLL和SMSS.EXEif (PsInitSystem(1, LoaderBlock) == FALSE) {KeBugCheck(PROCESS1_INITIALIZATION_FAILED);}// 设置进度条到%InbvUpdateProgressBar(85);if (LoaderBlock == KeLoaderBlock) {KeLoaderBlock = NULL;}// 释放加载器Ntldr参数信息块MmFreeLoaderBlock (LoaderBlock);LoaderBlock = NULL;Context = NULL;// [22] 初始化性能引用监视器(phase1),包括创建命令服务器线程,// 这个线程将会创建一个名为SeRmCommandPort的LPC端口。// 使用这个端口可以接收本地安全认证子系统(LSASS)发送的命令。if (!SeRmInitPhase1()) {KeBugCheck(REFMON_INITIALIZATION_FAILED);}// 设置进度条到%InbvUpdateProgressBar(90);// 设置会话管理器子系统(SMSS)进程信息// ……// [23] 创建会话管理器进程(SMSS)Status = RtlCreateUserProcess(&SessionManager,OBJ_CASE_INSENSITIVE,RtlDeNormalizeProcessParams( ProcessParameters ),NULL,NULL,NULL,FALSE,NULL,NULL,ProcessInformation);// ……// 设置进度条到%InbvUpdateProgressBar(100);InbvEnableDisplayString(TRUE);// [24] 等SMSS.EXE 5秒,如果等待超时表明SMSS进程正常启动OldTime.QuadPart = Int32x32To64(5, -(10 * 1000 * 1000));Status = ZwWaitForSingleObject(ProcessInformation->Process,FALSE,&OldTime);if (Status == STATUS_SUCCESS) {KeBugCheck(SESSION5_INITIALIZATION_FAILED);}// 空间释放与关闭句柄// ……// 系统启动成功后设置InitializationPhase为InitializationPhase += 1;
}



http://www.lryc.cn/news/2413893.html

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