Windows Internals

Band 1: Systemarchitektur, Prozesse, Threads, Speicherverwaltung, Sicherheit und mehr

Pavel Yosifovich, Alex Ionescu, Mark E. Russinovich, David A. Solomon, Volkmar Gronau

• Verlag: dpunkt.verlag
• Jahr: 2018
• ISBN:
  9783960883395
• Thema: Informatik
• Thema: Betriebssysteme

Der Standard-Leitfaden – komplett aktualisiert auf Windows 10 und Windows Server 2016Tauchen Sie in die Architektur und die inneren Mechanismen von Windows ein und lernen Sie die Kernkomponenten kennen, die hinter den Kulissen arbeiten. Dieser klassische Leitfaden wurde von einem Expertenteam für die inneren Mechanismen von Windows verfasst und vollständig auf Windows 10 und Windows Server 2016 aktualisiert.Dieses Buch gibt Entwicklern und IT-Profis entscheidende Insiderinformationen über die Funktionsweise von Windows. Durch praktische Experimente können Sie das interne Verhalten selbst erfahren und nützliche Kenntnisse zur Verbesserung des Designs Ihrer Anwendungen, zur Steigerung der Leistung, für Debugging und Support gewinnen.In diesem Buch lernen Sie: - Wie die Systemarchitektur von Windows aufgebaut ist und wie ihre wichtigsten Elemente aussehen, insbesondere Prozesse und Threads- Wie Prozesse Ressourcen und Threads verwalten- Wie Windows virtuellen und physischen Arbeitsspeicher verwaltet- Wie es in den Tiefen des E/A-Systems von Windows aussieht, wie Gerätetreiber funktionieren und wie sie mit dem Rest des Systems zusammenwirken- Wie das Sicherheitsmodell von Windows Zugriff, Überwachung und Autorisierung handhabt und welche neuen Mechanismen es in Windows 10 und Windows Server 2016 gibt

KAPITEL 1

Begriffe und Werkzeuge

In diesem Kapitel führen wir Kernbegriffe des Betriebssystems Microsoft Windows ein, die wir in dem gesamten Buch verwenden werden, z. B. Windows-API, Prozesse, Threads, virtueller Speicher, Kernel- und Benutzermodus, Objekte, Handles, Sicherheit und Registrierung. Außerdem stellen wir die Werkzeuge vor, mit denen Sie die inneren Mechanismen von Windows erkunden können, darunter den Kernel-Debugger, die Leistungsüberwachung und die wichtigsten Werkzeuge aus Windows Sysinternals (http://www.microsoft.com/technet/sysinternals). Des Weiteren erklären wir, wie Sie das Windows Driver Kit (WDK) und das Windows Software Developer Kit (SDK) verwenden können, um mehr über Windows-Interna zu erfahren.

In dem Rest dieses Buches wird vorausgesetzt, dass Sie die in diesem Kapitel eingeführten Begriffe kennen.

Versionen des Betriebssystems Windows

In diesem Buch geht es um die neueste Version der Client- und Serverbetriebssysteme von Microsoft, nämlich Windows 10 (eine 32-Bit-Version für x86 und ARM sowie eine 64-Bit-Version für x64) und Windows Server 2016 (wovon es nur eine 64-Bit-Version gibt). Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, bezieht sich der Text auf alle diese Versionen. Als Hintergrundinformation finden Sie in Tabelle 1–1 die Produktnamen, internen Versionsnummern und Veröffentlichungsdaten der bisherigen Windows-Versionen.

Produktname	Interne Versionsnummer	Veröffentlichungsdatum
Windows NT 3.1	3.1	Juli 1993
Windows NT 3.5	3.5	September 1994
Windows NT 3.51	3.51	Mai 1995
Windows NT 4.0	4.0	Juli 1996
Windows 2000	5.0	Dezember 1999
Windows XP	5.1	August 2001
Windows Server 2003	5.2	März 2003
Windows Server 2003 R2	5.2	Dezember 2005
Windows Vista	6.0	Januar 2007
Windows Server 2008	6.0 (Service Pack 1)	März 2008
Windows 7	6.1	Oktober 2009
Windows Server 2008 R2	6.1	Oktober 2009
Windows 8	6.2	Oktober 2012
Windows Server 2012	6.2	Oktober 2012
Windows 8.1	6.3	Oktober 2013
Windows Server 2012 R2	6.3	Oktober 2013
Windows 10	10.0 (Build 10240)	Juli 2015
Windows 10 Version 1511	10.0 (Build 10586)	November 2015
Windows 10 Version 1607 (Anniversary Update)	10.0 (Build 14393)	Juli 2016
Windows Server 2016	10.0 (Build 14393)	Oktober 2016

Tabelle 1–1Windows-Betriebssysteme

Beginnend mit Windows 7 scheint bei der Vergabe der Versionsnummern von einem wohldefinierten Muster abgewichen worden zu sein. Die Versionsnummer dieses Betriebssystems lautete nicht 7, sondern 6.1. Als mit Windows Vista die Versionsnummer auf 6.0 erhöht wurde, konnten manche Anwendungen das richtige Betriebssystem nicht erkennen. Das lag daran, dass die Entwickler aufgrund der Beliebtheit von Windows XP nur auf eine Überprüfung auf Hauptversionsnummern größer oder gleich 5 und Nebenversionsnummern größer oder gleich 1 durchführten. Diese Bedingung aber war bei Windows Vista nicht gegeben. Microsoft hatte die Lektion daraus gelernt und im Folgenden die Hauptversion bei 6 belassen und die Nebenversionsnummer auf mindestens 2 (größer 1) festgelegt, um solche Inkompatibilitäten zu minimieren. Mit Windows 10 wurde die Versionsnummer jedoch auf 10.0 heraufgesetzt.

Beginnend mit Windows 8 gibt die Funktion GetVersionEx der Windows-API als Betriebssystemnummer unabhängig vom tatsächlich vorhandenen Betriebssystem standardmäßig 6.2 (Windows 8) zurück. (Diese Funktion ist außerdem als unerwünscht eingestuft.) Das dient zur Minimierung von Kompatibilitätsproblemen, zeigt aber auch, dass die Überprüfung der Betriebssystemversion in den meisten Fällen nicht die beste Vorgehensweise ist, weil manche Komponenten unabhängig von einem bestimmten offiziellen Windows-Release installiert werden können. Wenn Sie dennoch die tatsächliche Betriebssystemversion benötigen, können Sie sie indirekt bestimmen, indem Sie die Funktion VerifyVersionInfo oder die neuen Hilfs-APIs für die Versionsbestimmung wie IsWindows80rGreater, IsWindows8Point 10rGreater, IsWindows100rGreater, IsWindowsServer u. Ä. verwenden. Außerdem lässt sich die Betriebssystemkompatibilität im Manifest der ausführbaren Datei angeben, was die Ergebnisse dieser Funktion ändert. (Einzelheiten entnehmen Sie bitte Kapitel 8, »Systemmechanismen«, in Band 2.)

Informationen über die Windows-Version können Sie mit dem Befehlszeilenwerkzeug ver oder grafisch durch Ausführen von winver einsehen. Der folgende Screenshot zeigt das Ergebnis von winver in Windows 10 Enterprise Version 1511:

Das Dialogfeld zeigt auch die Buildnummer (hier 10586.218), die für Windows-Insider hilfreich sein mag (also für diejenigen, die sich registriert haben, um Vorabversionen von Windows zu erhalten). Sie ist auch praktisch für die Verwaltung von Sicherheitsaktualisierungen, da sie zeigt, welche Patches installiert sind.

Windows 10 und zukünftige Windows-Versionen

Mit dem Erscheinen von Windows 10 hat Microsoft angekündigt, Windows jetzt in schnellerer Folge zu aktualisieren als zuvor. Es wird kein offizielles Windows 11 geben. Stattdessen wird Windows Update (oder ein anderes Bereitstellungsmodell) das vorhandene Windows 10 auf eine neue Version aktualisieren. Zurzeit hat es schon zwei solcher Aktualisierungen gegeben, nämlich im November 2015 (Version 1511, wobei sich die Nummer auf Jahr und Monat der Bereitstellung bezieht) und im Juli 2016 (Version 1607, die auch unter der Bezeichnung Anniversary Update vermarktet wurde).

Intern wird Windows nach wie vor phasenweise weiterentwickelt. Beispielsweise trug das ursprüngliche Release von Windows 10 den Codenamen Threshold 1 und die Aktualisierung von November 2015 die Bezeichnung Threshold 2. Die nächsten drei Phasen sind Redstone 1 (Version 1607), auf die Redstone 2 und Redstone 3 folgen werden.

Windows 10 und OneCore

Mit den Jahren wurden verschiedene Geschmacksrichtungen von Windows entwickelt. Neben dem Standard-Windows für PCs gibt es auch das Betriebssystem für die Spielkonsole Xbox 360, bei dem es sich um eine Fork von Windows 2000 handelt. Die Variante Windows Phone 7 basierte auf Windows CE (dem Echtzeit-Betriebssystem von Microsoft). Die Pflege und Erweiterung all dieses Codes ist naturgemäß nicht einfach. Daher hat man bei Microsoft entschieden, die Kernels und die Binärdateien für die grundlegende Plattform in einer einzigen zusammenfassen. Das begann bei Windows 8 und Windows Phone 8, die bereits über einen gemeinsamen Kernel verfügten (wobei Window 8.1. und Windows Phone 8.1 auch eine gemeinsame Windows-Laufzeit-API hatten). Mit Windows 10 ist diese Zusammenlegung abgeschlossen. Die gemeinsame Plattform heißt OneCore und läuft auf PCs, Smartphones, der Spielkonsole Xbox One, der HoloLens und auf IoT-Geräten (für das »Internet der Dinge«) wie dem Raspberry Pi 2.

Diese Geräte unterscheiden sich in ihrer physischen Gestalt sehr stark voneinander, weshalb einige Merkmale nicht überall zur Verfügung stehen. So ist es beispielsweise nicht sinnvoll, für HoloLens-Geräte eine Unterstützung für Maus und Tastatur anzu...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Widmung
• Titel
• Impressum
• Inhaltsverzeichnis
• Einleitung
• Kapitel 1 Begriffe und Werkzeuge
• Kapitel 2 Systemarchitektur
• Kapitel 3 Prozesse und Jobs
• Kapitel 4 Threads
• Kapitel 5 Speicherverwaltung
• Kapitel 6 Das E/A-System
• Kapitel 7 Sicherheit
• Fußnoten
• Index