Windows Research Kernel
Содержание
Что такое Windows Research Kernel?
Windows Research Kernel (WRK) — исходный код ядра ОС Windows (Windows XP x64 и Windows Server 2003 SP1), распространяемый для некоммерческих, исследовательских целей в рамках «Windows Academic Program» под НЕ СВОБОДНОЙ лицензией (где пруфлинк?). Как следствие, этот код не может быть использован в процессе разработки ReactOS (т.е. разработчики никогда не смотрели этот код и не планируют этого делать, пока не изменятся условия лицензирования WRK)
WRK предназначен для факультетов и преподавателей, работающих в области операционных систем, для разработчиков курсов, авторов учебников и т.д., желающих включить информацию о ядре Windows, основанную на действующем исходном коде. WRK содержит среду для сборки/тестирования и бинарные файлы для исключённых компонентов исходного кода, которые могут быть использованы, чтобы собрать полнофункциональные NTOS ядра для последующей установки на Windows Server 2003 для x86/x64 и Windows XP x64.
Ниже информация из лекции «Исследовательское ядро Windows» курса «Введение во внутреннее устройство Windows» от Intuit.ru.
Windows Academic Program
В 2006 году корпорация Microsoft в рамках академической программы Windows (Windows Academic Program) сделала доступной для академических организаций исходный код исследовательского ядра Windows (Windows Research Kernel, WRK). WRK основано на коде операционных систем Windows Server 2003 SP1 и Windows XP x64.
Кроме WRK в академическую программу Microsoft входят следующие компоненты:
- учебные материалы по курсу операционных систем на основе Windows XP – Windows Internals Curriculum Resource Kit (CRK). Составлены в соответствии с рекомендациями ACM/IEEE по преподаванию курса «Операционные системы» (Operating systems, OS). Материалы включают презентации лекций, указания к лабораторным работам (в том числе лабораторные работы для Windows 7), задания, тесты, а также материалы для преподавателей (Instructor Supplement);
- среда ProjectOZ для экспериментального исследования ядра Windows;
- описание опыта университетов (Faculty Experiences) по преподаванию в рамках академической программы Microsoft.
Все компоненты Windows Academic Program, кроме WRK и материалов для преподавателей (Instructor Supplement), доступны любому желающему. WRK и Instructor Supplement можно получить, подтвердив свой статус преподавателя или по подписке Microsoft Developer Network Academic Alliance (MSDN AA).
Microsoft, предоставляя академическому сообществу исходные коды ядра Windows, преследовало следующие цели:
- облегчить студентам и преподавателям сравнение Windows с другими операционными системами;
- предоставить студентам возможность для изучения исходных кодов ядра и создания собственных проектов на их основе;
- поддержать исследования и публикации по внутреннему устройству Windows;
- содействовать разработке учебников по операционным системам на основе ядра Windows;
- упростить лицензирование.
Исследовательское ядро Windows включает более 800 000 строк исходного кода, в основном на языке программирования C, но есть файлы и на ассемблере. В процессе подготовки к опубликованию исходный код в некоторых местах был упрощен, а комментарии улучшены.
На следующем рисунке представлена схема, отражающая покрытие исходным кодом WRK компонентов ядра.
Рис.1. Покрытие исходным кодом WRK компонентов ядра (выделено серым цветом)
Как видно из рисунка, исходные коды практически всех компонентов исполнительной системы (кроме диспетчера Plug-and-Play и диспетчера электропитания) и ядра представлены в WRK.
Структура Windows Research Kernel
В состав WRK, кроме собственно исходных кодов ядра Windows, входят руководство по ядру Windows NT (NT OS/2 Design Workbook) и решение (solution) Visual Studio 2008 (WRK.sln) (которое можно преобразовать для более новых версий Visual Studio).
Руководство по ядру Windows NT было составлено в конце 1980 х – начале 1990 х гг., когда в Microsoft велась разработка новой операционной системы Windows NT с рабочим названием «NT OS/2» сначала совместно с IBM, затем самостоятельно. Руководство содержит ценную информацию по структуре и функциям ядра Windows, а также раскрывает соображения, которые привели разработчиков к тем или иным архитектурным решениям.
Главные компоненты WRK находятся в папке WRK-v1.2\base\ntos и включают, в основном описания и определения функций и структур данных. В ядре Windows при именовании функций используются определенные соглашения [5; 2]. Название функции обычно строится по следующей схеме:
где обозначает модуль, которому принадлежит функция, – действие, совершаемое над .
Например, рассмотрим функцию KeStartThread:
- Ke (префикс) – функция входит в состав ядра;
- Start (операция) – функция начинает выполнение объекта;
- Thread (объект) – объектом является поток.
| Компонент WRK | Префикс функций | Название компонента на англ. языке | Название компонента на русском языке |
|---|---|---|---|
| cache | Cc | Cache manager | диспетчер кэша |
| config | Cm | Configuration manager | диспетчер конфигурации |
| dbgk | Dbgk | Debugging Framework | подсистема отладки |
| ex | Ex | Executive support routines | функции поддержки исполнительной системы – синхронизация, таймеры, структуры данных исполнительной системы, системная информация |
| fsrtl | FsRtl | File system driver run-time library | библиотека функций поддержки файловой системы времени выполнения |
| io | Io | Input/Output manager | диспетчер ввода-вывода |
| ke | Ke | Kernel | ядро |
| lpc | Lpc | Local Procedure Call | механизм вызова локальных процедур |
| mm | Mm | Memory manager | диспетчер памяти |
| ob | Ob | Object manager | диспетчер объектов |
| perf | Perf | Performance | функции для сбора информации о производительности системы |
| ps | Ps | Process manager | диспетчер процессов |
| raw | Raw | Raw File System | функции для Raw File System |
| rtl | Rtl | Run-Time Library | библиотека функций времени выполнения |
| se | Se | Security manager | диспетчер безопасности |
| wmi | Wmi | Windows Management Instrumentation | поддержка WMI – инструментальные средства управления Windows |
Компоненты WRK и префиксы функций
Кроме перечисленных в таблице, в WRK есть ещё два важных компонента:
- inc – общедоступные заголовочные файлы;
- init – функции инициализации системы.
Приведем ещё один префикс часто встречающихся в WRK функций – Nt. Функции ядра с этим префиксом входят в Native API, они экспортируются Ntdll.dll, их можно вызывать из пользовательского режима. Часто функции с префиксом Nt соответствует WinAPI функция, и, например, при вызове WinAPI функции CreateProcess происходит вызов функции NtCreateProcess.
HTML документация по WRK
В Институте программной инженерии Хассо Платтнера Университета г. Потсдама (Hasso-Plattner-Institute for Software Engineering at University Potsdam) Александром Шмидтом (Alexander Schmidt) и Михаэлем Шёбелем (Michael Schobel) была создана HTML документация по WRK с использованием генератора документации Phoenix Cross Reference (PXR)2 . Данная документация доступна для преподавателей по следующей ссылке:
HTML документация по WRK включает 4 раздела: функции (functions), типы данных (types), синонимы (typedefs) и макросы (macros).
По информации, предоставляемой HTML документацией, WRK содержит 4167 функций и 1957 типов данных.
Исследовательское ядро Windows
Windows Academic Program
В 2006 году корпорация Microsoft в рамках академической программы Windows ( Windows Academic Program) сделала доступной для академических организаций исходный код исследовательского ядра Windows ( Windows Research Kernel , WRK) [15]. WRK основано на коде операционных систем Windows Server 2003 SP1 и Windows XP x64 [13; 11].
Кроме WRK в академическую программу Microsoft входят следующие компоненты [15]:
- учебные материалы по курсу операционных систем на основе Windows XP – Windows Internals Curriculum Resource Kit (CRK). Составлены в соответствии с рекомендациями ACM/IEEE по преподаванию курса «Операционные системы» (Operating systems, OS) [4]. Материалы включают презентации лекций, указания к лабораторным работам (в том числе лабораторные работы для Windows 7), задания, тесты, а также материалы для преподавателей (Instructor Supplement);
- среда ProjectOZ для экспериментального исследования ядра Windows;
- описание опыта университетов (Faculty Experiences) по преподаванию в рамках академической программы Microsoft.
Все компоненты Windows Academic Program, кроме WRK и материалов для преподавателей ( Instructor Supplement), доступны любому желающему. WRK и Instructor Supplement можно получить, подтвердив свой статус преподавателя или по подписке Microsoft Developer Network Academic Alliance ( MSDN AA).
Microsoft, предоставляя академическому сообществу исходные коды ядра Windows , преследовало следующие цели [11]:
- облегчить студентам и преподавателям сравнение Windows с другими операционными системами;
- предоставить студентам возможность для изучения исходных кодов ядра и создания собственных проектов на их основе;
- поддержать исследования и публикации по внутреннему устройству Windows;
- содействовать разработке учебников по операционным системам на основе ядра Windows;
- упростить лицензирование.
Исследовательское ядро Windows включает более 800 000 строк исходного кода, в основном на языке программирования C, но есть файлы и на ассемблере. В процессе подготовки к опубликованию исходный код в некоторых местах был упрощен, а комментарии улучшены [11].
На рис.5.1 представлена схема, отражающая покрытие исходным кодом WRK компонентов ядра [13].
Как видно из рисунка, исходные коды практически всех компонентов исполнительной системы (кроме диспетчера Plug-and-Play и диспетчера электропитания) и ядра представлены в WRK.
Структура Windows Research Kernel
В состав WRK, кроме собственно исходных кодов ядра Windows , входят руководство по ядру Windows NT (NT OS/2 Design Workbook ) и решение (solution) Visual Studio 2008 (WRK.sln) (которое можно преобразовать для более новых версий Visual Studio).
Руководство по ядру Windows NT было составлено в конце 1980 х – начале 1990 х гг., когда в Microsoft велась разработка новой операционной системы Windows NT с рабочим названием «NT OS/2 » сначала совместно с IBM , затем самостоятельно. Руководство содержит ценную информацию по структуре и функциям ядра Windows , а также раскрывает соображения, которые привели разработчиков к тем или иным архитектурным решениям.
Главные компоненты WRK находятся в папке WRK-v1.2\base\ntos и включают, в основном описания и определения функций и структур данных. В ядре Windows при именовании функций используются определенные соглашения [5; 2]. Название функции обычно строится по следующей схеме:
где Префикс > обозначает модуль , которому принадлежит функция , – действие, совершаемое над .
Например, рассмотрим функцию KeStartThread:
- Ke (префикс) – функция входит в состав ядра;
- Start (операция) – функция начинает выполнение объекта;
- Thread (объект) – объектом является поток.
В таблице 5.1 приведены основные компоненты WRK (см. соответствие с компонентами на рис.5.1) с указанием префиксов входящих в их состав функций.
| Компонент WRK | Префикс функций | Название компонента на англ. языке | Название компонента на русском языке |
|---|---|---|---|
| cache | Cc | Cache manager | диспетчер кэша |
| config | Cm | Configuration manager | диспетчер конфигурации |
| dbgk | Dbgk | Debugging Framework | подсистема отладки |
| ex | Ex | Executive support routines | функции поддержки исполнительной системы – синхронизация, таймеры, структуры данных исполнительной системы, системная информация |
| fsrtl | FsRtl | File system driver run-time library | библиотека функций поддержки файловой системы времени выполнения |
| io | Io | Input/Output manager | диспетчер ввода-вывода |
| ke | Ke | Kernel | ядро |
| lpc | Lpc | Local Procedure Call | механизм вызова локальных процедур |
| mm | Mm | Memory manager | диспетчер памяти |
| ob | Ob | Object manager | диспетчер объектов |
| perf | Perf | Performance | функции для сбора информации о производительности системы |
| ps | Ps | Process manager | диспетчер процессов |
| raw | Raw | Raw File System | функции для Raw File System 1 Raw File System («сырая» файловая система) – если Windows не может распознать файловую систему диска, для него назначается Raw File System (драйвер которой реализован в ядре) и все запросы чтения/записи файлов к такому диску отклоняются. |
| rtl | Rtl | Run-Time Library | библиотека функций времени выполнения |
| se | Se | Security manager | диспетчер безопасности |
| wmi | Wmi | Windows Management Instrumentation | поддержка WMI – инструментальные средства управления Windows |
Кроме перечисленных в таблице, в WRK есть ещё два важных компонента:
- inc – общедоступные заголовочные файлы;
- init – функции инициализации системы.
Приведем ещё один префикс часто встречающихся в WRK функций – Nt. Функции ядра с этим префиксом входят в Native API , они экспортируются Ntdll.dll, их можно вызывать из пользовательского режима. Часто функции с префиксом Nt соответствует WinAPI функция , и, например, при вызове WinAPI функции CreateProcess происходит вызов функции NtCreateProcess.
HTML документация по WRK
В Институте программной инженерии Хассо Платтнера Университета г. Потсдама (Hasso-Plattner-Institute for Software Engineering at University Potsdam) Александром Шмидтом (Alexander Schmidt) и Михаэлем Шёбелем (Michael Schobel) была создана HTML документация по WRK с использованием генератора документации Phoenix Cross Reference (PXR) 2 http://www.dcl.hpi.uni-potsdam.de/research/WRK/2010/09/introducing-pxr-a-cross-referencing-documentation-compiler/index.html . Данная документация доступна для преподавателей по следующей ссылке:
HTML документация по WRK включает 4 раздела: функции (functions), типы данных (types), синонимы (typedefs) и макросы (macros) (рис.5.2).
По информации, предоставляемой HTML документацией, WRK содержит 4167 функций и 1957 типов данных.
Резюме
В данной лекции представлен обзор исследовательского ядра Windows ( Windows Research Kernel , WRK). Перечислены компоненты WRK. Предложено использование HTML документации по WRK.
В следующей лекции будут рассмотрены основные объекты, отвечающие за работу приложений – процессы и потоки.
