Windows并非一个开放源码的操作系统,但正如上一章所提,Microsoft开放了一份以Windows XP x64和Windows Server 2003 SP1为基础的内核源代码,它可以编译和运行,作为教育科研机构的教学实践和研究的平台使用,称为WRK(Windows Research Kernel,Windows研究内核)。
WRK重要目标是辅助教学,让计算机专业的学生能够通过Windows内核源代码来理解和掌握现代操作系统中的基本概念和各种机制。
1,WRK包含以下
WRK内核源代码,涉及进程、线程、内存管理、执行体、对象管理器、缓存管理器、本地过程调用(LPC)、注册表、I/O管理器、安全引用监视器,以及线程调度、APC(异步过程调用)/DPC(延迟的过程调用)、中断以及异常处理等。随源码一起提供的还有响应的编译工具,因此,无须额外的编译器即可将WRK编译成Windows Server 2003 SP1的可执行内核。
NT设计文档。这是一组早期的文档,但是,通过阅读这些文档一方面可以清楚地理解Windows NT背后的原始设计思想,另一方面也可以看出Windows在这十多年中是如何发展和进化的。这些文档涵盖了Windows操作系统的方方面面,甚至包括文件系统设计大纲和内核的调式结构等。
软件Virtual PC 2007,以及Windows Server 2003 SP1的虚拟机映像,此虚拟机系统已配置好WRK内核。利用此Virtual PC 2007和WRK系统映像,您可以方便地调试和跟踪WRK中的代码。
课程资源CRK(Curriculum Resource Kit),包括一整套Windows操作系统讲义,共15个单元。每个单元又包含一些专题讲义、习题和上机练习题。对于以Windows为教学和实验平台的课程,这是一份非常有帮助的课件。
ProjectOZ源代码。ProjectOZ是一个利用Windows内核的NTAPI建立起来的CPU、MMU和陷进机制的操作系统实验环境,其核心是CPU、MMU和陷进机制的SPACE抽象。由于此实验平台的下面是一个真实的Windows操作系统在处理和操纵硬件,所以,学生们更有机会学习和感受操作系统算法和数据结构的复杂性。
然而,Microsoft目前并非对所有人开放以上材料,而是以教学和科研为开放目标,仅限于大学的教职工使用。参见:
2,WRK源代码说明
Windows的内核模块文件是ntoskrnl.exe,位于Windows\System32目录下,它包含了Windows体系结构中的执行体和内核(微内核)部分。WRK提供的源代码可以编译得到这一内核模块文件,在WRK编译环境下针对Intel x86处理器的默认生成文件名为wrkx86.exe。Windows的引导选项/kernel可以指定不同于ntoskrnl.exe的内核模块文件。表2.2列出了WRK源代码的目录结构及其对应的内核组件。
WRK包含了编译ntoskrnl.exe内核模块所需要的绝大部分代码,未公开部分的代码主要包括即插即用设备管理、电源管理、设备驱动程序校验器和虚拟DOS机的实现。为了编译WRK源代码以及得到实际可运行的内核模块,缺失的这部分被以二进制目标代码的形式包含在WRK中,位于base\ntos\BUILD\PREBUILT\i386(或base\ntos\BUILD\PREBUILT\amd64)目录。该目录还包含了其他一些需要静态链接的目标文件。尽快如此,WRK对于学习和理解Windows的工作机理仍然是一份极佳的资源。
WRK的代码是当时最新的Windows产品代码中摘出来的,可以编译并运行于Windows Server 2003 SP1(x86处理器版本)和Windos XP SP2(AMD64版本)系统中,其内核版本为5.2。WRK代码与产品代码几乎一致,主要的变化在于去掉了对服务器的支持,比如与Intel IA 64有关的代码。
Windows源代码一致性较好,非常易读。代码本身的逻辑以及各种标识符基本上是自解释性的,重要的函数头部都有详细的注释说明,重要的代码片段也有专门的注释。总体上,代码组织较为清晰,如表2.2所示。内核模块内部的每个组件都提供了一些接口函数供其他组件调用,也有一些函数供该组件内部使用。表2.3列出了一些常用的标识性前缀。有一些组件内部函数也有规律可循:前缀第一个字母后面跟一个i,或者在前缀后面跟一个p,这里i代表internal,即内部的;p代码private,即私有的。
即使没有代码,也能够通过本书对Windows内核原理有很深的了解,远比代码更加的直观和有效