Книга: 2.Внутреннее устройство Windows (гл. 5-7)

Инициализация ядра и компонентов исполнительной системы

Вызывая Ntoskrnl.exe, Ntldr передает структуру данных с копией строки из Boot.ini (представляющей выбранный вариант загрузки), с указателем на таблицы памяти (сгенерированные Ntldr для описания физической памяти в данной системе), с указателем на загруженные в память копии кустов реестра HARDWARE и SYSTEM и с указателем на список загруженных драйверов.

Ntoskrnl начинает первую из двух фаз процесса инициализации (они нумеруются от 0). Большинство компонентов исполнительной системы имеет инициализирующую функцию, которая принимает параметр, определяющий текущую фазу.

B фазе 0 прерывания отключены. Предназначение этой фазы в том, чтобы сформировать рудиментарные структуры, необходимые для вызова сервисов в фазе 1. Главная функция Ntoskrnl вызывает KiSystemStartup, которая в свою очередь вызывает HalInitializeProcessor и KiInitializeKernel для каждого процессора. Работая на стартовом процессоре, KiInitializeKernel выполняет общесистемную инициализацию ядра, в том числе всех внутренних структур данных, разделяемых всеми процессорами. Затем каждый экземпляр KiInitializeKernel вызывает функцию ExpInitializeExecutive, отвечающую за управление фазой 0.

ExpInitializeExecutive начинает с вызова HAL-функции HalInitSystem, позволяющей HAL взять управление инициализацией системы на себя. Одной из задач HalInitSystem является подготовка системного контроллера прерываний каждого процессора к обработке прерываний и конфигурирование таймера, используемого для учета распределяемого процессорного времени (подробнее на эту тему см. раздел «Учет квантов времени» главы 6).

Лишь на стартовом процессоре ExpInitializeExecutive не просто вызывает HalInitSystem, но и выполняетдругие операции по инициализации. Когда HalInitSystem возвращает управление, функция ExpInitializeExecutive, выполняемая на стартовом процессоре, обрабатывает параметр /BURNMEMORY файла Boot.ini (если таковой указан и действителен для данного варианта загрузки). B соответствии с этим параметром ExpInitializeExecutive исключает указанный объем памяти.

Далее ExpInitializeExecutive вызывает процедуры инициализации для диспетчера памяти, диспетчера объектов, монитора состояния защиты, диспетчера процессов и диспетчера Plug and Play. Эти компоненты выполняют следующие инициализирующие операции.

1. Диспетчер памяти формирует таблицы страниц и внутренние структуры данных, необходимые для предоставления базовых сервисов, связанных с памятью. Кроме того, он создает и резервирует пространство для кэша файловой системы, а также выделяет области для пулов подкачиваемой и неподкачиваемой памяти. Другие компоненты исполнительной системы, ядро и драйверы устройств пользуются этими пулами, выделяя память под собственные структуры данных.

2. При инициализации диспетчера объектов определяются объекты, необходимые для создания его пространства имен, чтобы другие компоненты могли помещать в него свои объекты. Также создается таблица описателей для поддержки учета ресурсов.

3. Монитор состояния защиты инициализирует объект типа «маркер доступа» и использует его для создания и подготовки первого маркера по учетной записи локальной системы, назначаемого начальному процессу (об учетной записи локальной системы см. главу 8).

4. Диспетчер процессов производит большую часть своей инициализации в фазе 0, определяя типы объектов «процесс» и «поток» и создавая списки для отслеживания активных процессов и потоков. Он также создает объект «процесс» для начального процесса и присваивает ему имя Idle. Наконец, диспетчер процессов создает процесс System и системный поток для выполнения процедуры PhaselInitialization. Этот поток не запускается сразу после создания, поскольку прерывания пока запрещены.

5. Далее наступает фаза 0 в инициализации диспетчера Plug and Play, в ходе которой просто инициализируется ресурс исполнительной системы, используемый для синхронизации ресурсов шин.

Когда на каждом процессоре управление возвращается к функции KiInitializeKernel, она передает его циклу Idle. B результате системный поток, созданный, как было описано в п. 4 предыдущего списка, начинает фазу 1. Дополнительные процессоры ждут начала своей инициализации до п. 5 фазы 1 (см. список ниже). B фазе 1 выполняются следующие операции. (Ha экране заставке, выводимом при загрузке Windows 2000, отображается индикатор прогресса, поэтому в списке упоминаются операции, связанные с обновлением этого индикатора.)

1. Для подготовки системы к приему прерываний от устройств и для разрешения прерываний вызывается HalInitSystem.

2. Вызывается загрузочный видеодрайвер (E: WindowsSystem32Bootvid.dll) который выводит экран-заставку, показываемую в процессе запуска Windows. (B Windows XP и Windows Server 2003 этот драйвер отображает ту картинку, которую Ntldr ранее вывел на экран.)

3. Инициализируется диспетчер электропитания.

4. Инициализируются системные часы (вызовом HalQueryRealTimeClock), текущее значение которых сохраняется как время загрузки системы.

5. B многопроцессорной системе инициализируются остальные процессоры и начинается выполнение команд.

6. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 5 %.

7. Диспетчер объектов создает корневой каталог пространства имен (), каталог ObjectTypes и каталог сопоставлений DOS-имен устройств (?? в Windows 2000 или Global?? в Windows XP и Windows Server 2003), а также символьную ссылку в каталоге сопоставлений DOS-имен устройств.

8. Вызывается исполнительная система для создания своих типов объектов, включая семафор, мьютекс, событие и таймер.

9. Ядро инициализирует структуры данных планировщика (диспетчера) и таблицу диспетчеризации системных сервисов.

10. Монитор состояния защиты создает в пространстве имен диспетчера объектов каталог Security и инициализирует структуры данных аудита (если аудит системы разрешен).

11. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 10 %.

12. Для создания объекта «раздел» и системных рабочих потоков вызывается диспетчер памяти (см. главу 7).

13. Ha системное адресное пространство проецируются таблицы NLS (National Language Support).

14. Ha системное адресное пространство проецируется Ntdll.dll.

15. Диспетчер кэша инициализирует структуры данных кэша файловой системы и создает свои рабочие потоки.

16. Диспетчер конфигурации создает в пространстве имен объект «раздел реестра» Registry и копирует переданные Ntldr начальные данные в кусты реестра HARDWARE и SYSTEM.

17. Инициализируются структуры данных драйвера файловой системы.

18. Диспетчер Plug and Play вызывает PnP BIOS.

19. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 20 %.

20. Подсистема LPC инициализирует объект типа «порт LPC».

21. Если система запущена с протоколированием загрузки (/BOOTLOG), инициализируется файл протокола загрузки.

22. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 25 %.

23. Наступает момент инициализации диспетчера ввода-вывода. Согласно показаниям индикатора, эта стадия запуска системы занимает 50 % времени. После успешной загрузки каждого драйвера диспетчер ввода-вывода продвигает полоску на индикаторе на 2 % (если загружается более 25 драйверов, индикатор останавливается на отметке 75 %).

Диспетчер ввода-вывода прежде всего инициализирует различные внутренние структуры и создает типы объектов «устройство» и «драйвер». Затем он вызывает диспетчер Plug and Play, диспетчер электропитания и HAL, чтобы начать динамическое перечисление и инициализацию устройств. (Подробнее этот сложный процесс, специфичный для конкретной подсистемы ввода-вывода, рассматривается в главе 9.) Далее инициализируется подсистема WMI Windows Management Instrumentation), которая пpeдocтaвляeт WMI-пoддepжкy дpaйвepaм устройств. (Подробнее о WMI см. раздел «Windows Management Instrumentation" главы 4.) После этого вызываются все загрузочные драйверы, которые осуществляют свою инициализацию. Также загружаются и инициализируются драйверы, необходимые для запуска системы (см. главу 9). Наконец, в пространстве имен диспетчера объектов создаются имена устройств MS-DOS в виде символьных ссылок.

24. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 75 %.

25. Если система загружается в безопасном режиме, этот факт отмечается в реестре.

26. Включается подкачка страниц для кода режима ядра (в Ntkrnl и драйверах), если она явно не запрещена в реестре.

27. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 80 %.

28. Вызывается диспетчер электропитания для инициализации своих структур данных.

29. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 85 %.

30. Вызывается монитор состояния защиты для создания потока Command Server, взаимодействующего с LSASS (см. раздел «Компоненты системы защиты» главы 8).

31. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 90 %.

32. Ha завершающем этапе создается процесс Smss диспетчера сеансов (базовые сведения об Smss см. в главе 2). Smss отвечает за создание среды пользовательского режима, которая предоставляет визуальный интерфейс Windows. Об инициализации Smss см. следующий раздел.

33. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 100 %.

Перед завершением инициализации компонентов исполнительной системы и ядра поток инициализации фазы 1 в течение пяти секунд ждет освобождения описателя процесса Smss. Если этот процесс завершается до истечения пяти секунд, происходит крах системы с кодом SESSION5_INITIALIZATION_FAILED.

По истечении пяти секунд запуск диспетчера сеансов считается успешным, и вызывается функция потока обнуления страниц диспетчера памяти (см. главу 7).

Оглавление книги