Windows操作系统概述

驱动程序就是硬件设备的大脑，它对硬件进行
管理，使得硬件与操作系统协调工作。
驱动的作用
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起薪高
就业容易
前景广

我们学习驱动开发的意义
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C/C++基础知识
VC++编程
WINDOWS操作系统原理

学习驱动前的必备知识
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多看
多写
多做

驱动学习方法
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与C/C++相关的书籍
 谭浩强C/C++
 c++ primer
 侯俊杰《深入浅出MFC》
 孙鑫MFC
与WINDOWS相关的书籍
 Windows核心编程
 Win32多线程程序设计
 深入解析Windows操作系统
 Windows操作系统原理

驱动开发学习资料
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与WINDOWS驱动开发相关的书籍
 Windows驱动开发详解
 Windows设备驱动程序WDF开发
 寒江独钓-Windows内核安全编程
 Windows内核原理与实现
驱动学习交流
 http://wendang.chazidian.com/ 国内唯一个知识点比较全的驱动交流网站
 http://wendang.chazidian.com/ 国外著名的驱动开发社区
 http://wendang.chazidian.com/whdc/default.mspx 微软官方驱动开发技术支持
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课程大纲
熟悉驱动程序的开发环境
熟练掌握驱动程序的基本框架
Windows内存管理
Windows内核函数
Windows派遣函数
驱动程序的同步处理
过滤驱动程序

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课程主要学习内容
 Windows操作驱动的基本概念
 Windows驱动编译环境配置，安装及调试
 驱动对象，设备对象，设备扩展
 NT驱动结构，WDM驱动结构，设备层次结构
 内核模式下内存分配，字符串操作，文件操作，注册表操作
 IRP与派遣函数，缓冲区方式读写，直接方式读写
 中断请求级，自旋锁，用户模式下的同步对象，内核模式下的同步对
象
 文件过滤驱动程序，NT式过滤驱动程序
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Windows操作系统
概述

石俊
QQ:21659779
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目标
 Windows系统概述
Windows家族
Windows特性
用户模式与内核模式
操作系统与应用程序
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Windows家族
Windows操作系统有着庞大的家族体系，但主
要分为两个分支，第一个是基于Windows95系
列的Windows，如Windows 95， Windows 98，
Windows ME等;第二个则是基于NT架构的
Windows，如Windows 2000， Windows XP,
Windows 2003, Windows 7（NT6.1）等。
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Windows特性
可移植性
 可移植性指只需要少量修改，操作系统就可在尽可能多的硬件平
台上运行。如Windows 从32位CPU移到64CPU上只改了少量代
码。
兼容性
 兼容性是指应用程序尽可能在各个版本上运行。
健壮性与可靠性
 Windows键壮性和可靠性主要源于用户模式和内核模式的划分。
 用户模式（应用程序）
 内核模式（驱动程序，操作系统）
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Windows特性
 可扩展性
易于增加新的功能和支持新的硬件
 性能
Windows在总体设计上是基于分层的，各个层次之间的
调用会从某种程序上带来一些性能上的损失。然而这点性
能上损失，可以从其他地方弥补过来。
支持异步
 线程在发起一个I/O操作的时候，可以不等待这个I/O操作完成，就
发起另外的I/O操作请求。这样CPU不会浪费在待I/O操作完成上。
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支持并发
并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
支持多任务
是指用户可以在同一时间内运行多个应用程序，每个应用程序
被称作一个任务。
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内核模式与用户模式
 Windows从总体上分为内核模式（Kernel Mode）和用户模式（User
Mode）。
 CPU一般分有多个特权层，如Intel的80386CPU就分为四个特权层，
分别为第0环(Ring 0),第1环(Ring 1),第2环(Ring 2),第3环(Ring 3)。其
中Ring 0特权最高，可以执行任意代码，Ring 3最低，只能执行有限
的代码。
 内核模式：对应80x86的ring0层，是操作系统的核心部分，设备驱动
程序就是运行在该模式下。
 用户模式：对应80x86的ring3层，操作系统的用户接口部分（就是我
们通常所说的win32 API）以及所有的用户应用程序都运行在该级别
。


图 CPU特权层和操作系统用户模式、内核模式的关系
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Windows的核心代码运行在内核模式下，而非核心代码运
行在用户模式下。运行在内核模式下的Windows的核心组
件是安全的，且不会受到恶意攻击，所以这些核心组件可
以进行所有权限的操作。

运行在用户模式下的应用程序，是不安全且容易受到攻击
的，所以用户模式下的应用程序的权限是受到限制的。如
果应用程序想进行一些敏感操作，如直接访问物理内存、
物理端口，应用程序程序需要向内核模式下的组件提出请
求。
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驱动程序都是运行在内核模式下的。它是
为了操作硬件设备的，包括访问物理映射
内存、设备端口等。

DOS没有用户模式和内核模式之分。
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查看用户模式和内核模式运行情况
Windows操作系统提供了查看内核模式和用户
模式的运行情况。
打开控制面板，选择“管理工具”，然后点击“性
能”图标。
性能工具默认会加入三个查看项目。将三条删除，
并添加查看内核模式和用户模式的项目。

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图 Windows提供的性能工具
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在性能对象中，选择下拉菜单中的“处理器”选项
。再从列表中选择“计数器”，并添加“Privilege
Time”和“User Time”选项。这样就会分别显示
内核模式和用户模式下所占用的CPU时间。
图 添加性能查看选项
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如上图所示，两条曲线分别代表了CPU在用户模式
和内核模式的运行情况。
图 查看Windows在用户模式和内核模式的运行情况
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操作系统与应用程序
操作系统与应用程序是相互隔离的。
操作系统的核心代码运行在特权模式下（内核
模式）。
应用程序运行在非特权模式下（用户模式）
类似于服务器与客户端的关系。
图 操作系统与应用程序的关系
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在操作系统上，会同时运行多个应用程序。每个
应用程序向操作系统提出请求，例如：分配回收
内存、读写文件、操作硬件等。
优秀的操作系统会调度好每一个应用程序，并根
据请求快速地做出反应，即拥有很大的吞吐能力
。并且操作系统会根据请求，做出合法性的判断
，拒绝一些危险的操作，如空指针读写操作等。
对计算机任何硬件设备的访问，例如：访问设备
的映射内存、物理端口、中断等，必须通过操作
系统的调用。
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总结
了解Windows家族分支。
了解WINDOWS操作系统特性。
理解并掌握WINDOWS操作系统中的用户模式
和内核模式。
理解并掌握操作系统与应用程序的关系。
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