本文结构：
一、内核初始化
1.1 系统启动过程简介
1.2 内核初始化
二、源码分析
2.1 内核初始化KiInitializeKernel
2.2 初始化内核数据结构KiInitSystem
2.3 [phase0]Ntoskrnl初始化ExpInitializeExecutive
2.4 [phase0]初始化进程管理器PsInitPhase0
2.5 [phase1]Ntoskrnl初始化Phase1Initialiation
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一、内核初始化
1.1 系统启动过程简介
对于系统启动过程，已经有太多的资料介绍过了。这里只是稍作温习，为介绍后续内容做准备。这部分的内容参考了http://www.yesky.com/317/1711317.shtml。
系统的启动过程一般分为5个步骤：
（1）预引导过程
[1] 计算机加电自检，同时完成硬件设备的枚举和配置。
[2] BIOS确定引导设备位置，加载引导设备的MBR。
[3] 在MBR中扫描分区表，定位活动分区，并加载活动分区上引导扇区到内存
[4] 加载系统根目录的ntldr。
（2）引导过程
[5] 初始化Ntldr，完成处理器模式切换和文件系统驱动的加载，如果使用SCSI设备，
Ntldr将Ntbootdd.sys加载到内存。
[6] Ntldr读取系统根目录的boot.ini
，在屏幕显示系统启动菜单，等待用户选择所需要加载的操作系统。
[7] Ntldr读取并运行程序Ntdetect.com，完成硬件的检测。
[8] Ntldr根据用户的选择调用系统的硬件配置文件。
（3）内核加载，在[8]后清除屏幕，显示进度条。
[9] 加载执行体ntoskrnl.exe
[10] 加载Hal.dll
[11] 加载%systemroot\System32\Config\System下的注册表项HKEY_LOCAL_MACHINE\
SYSTEM。
[12] 选择加载控制集，初始化计算机。
[13] 根据控制集加载低级硬件设备驱动程序。
（4）内核初始化，显示图形界面。
[14] 内核会使用检测到的硬件数据，在注册表中创建HKEY_LOCAL_MACHINE\HARDWA项。
[15] 其次的工作是内核通过复制HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\Select子键Current
项引用的控制集创建Clone控制集。
[16] 内核开始进一步加载和初始化设备驱动程序。
[17] Session Manager（Smss.exe）按顺序启动Windows 2000
更高一层次的子系统和各项服务。
（5）系统登陆过程
[18] 系统首先启动Winlogon.exe。
[19] 启动Local Security Authority(Lsass.exe)
[20] 屏幕显示出登陆对话框。
[21] 系统执行Service Controller(Screg.exe)再次扫描注册表HKEY_LOCAL_MACHINE\
SYSTEM\CurrentControlSet\Control项并自动加载其中系统的或用户的服务。
[22] 此时，用户已成功的登陆到了Windows 2000系统，系统随后把Clone控制集拷贝到
LastKnownGood控制集。
1.2 内核初始化
本文所要介绍的重点是ntoskrnl的初始化流程。这个初始化过程大致分为两个阶段：phase0和phase1。对于具体所处的阶段是由一 个全局变量InitializationPhase来标识，当InitializationPhase为0时表示处于phase0，当 InitializationPhase为1时表示处于phase1。
Ntoskrnl在入口函数中调用KiSystemStartup，而KiSystemStartup又依次为每个CPU调用 HalInitializeProcessor和KiInitializeKernel。如果KiInitializeKernel运行在引导CPU上， 则会调用KiInitSystem执行系统范围全局的内核初始化。然后KiInitializeKernel调用 ExpInitializeExecutive函数，负责实现phase0阶段的初始化工作。
（注：引导CPU，即0号CPU，每个CPU都以整数标识，0号CPU是第一个被初始化的CPU。当初始化第1个CPU时需要进行额外的操作，因而称之为引导CPU）
在phase0阶段的初始化过程中首先调用HalInitSystem初始化HAL，然后依次初始化内存管理器、对象管理器、安全引用监视器、进 程管理器和即插即用管理器。其中在调用PsInitSystem执行进程管理器在phase0阶段初始化时，创建了一个新的系统线程即为 Phase1Initialization，用于执行phase1阶段的初始化。由于此时并不允许中断，Phase1Initialization线程并 不立即执行。当完成phase0阶段初始化并返回到KiInitializeKernel时，设置IRQL到DISPATCH_LEVEL并使CPU调度 Phase1Initialization线程，从而进行phase1阶段的初始化。
关于内核初始化流程可以用下图表示，从上到下表示时间顺序：
图示说明：
[1] 关于KiInitializeKernel的具体实现参见2.1小节。
[2] 关于KiInitSystem的具体实现参见2.2小节
[3] 关于phase0阶段ExpInitializeExecutive的具体实现参见2.3小节。
[4] 关于phase0阶段进程管理器初始化(PsInitSystem)的具体实现参见2.4小节。
[5] 关于Phase1Initialization线程实现phase1阶段初始化的具体过程参见2.5小节。
二、源码分析
2.1 内核初始化KiInitializeKernel
这个函数在系统由bootstrapped启动后且系统未被初始化之前取得控制权。当新的处理器加入时，调用这个例程可以初始化处理器相关的数据结构。主要功能是:
(1)初始化内核数据结构
(2)初始化处理控制块(Processor Control Block)
(3)调用内核执行体初始化例程
(4)最后返回系统启动例程(KiSystemStartup)
下面就是KiInitializeKernel的执行流程：
代码:
VOID KiInitializeKernel (
IN PKPROCESS Process,
IN PKTHREAD Thread,
IN PVOID IdleStack, // IDLE线程的内核堆栈基地址
IN PKPRCB Prcb, // 指向处理器控制块结构
IN CCHAR Number, // 指定当前正在初始化的处理器索引号
PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock
)
{
// 初始化Prcb的部分成员
// ……
// 在系统初始化过程(KiSystemStartup)会枚举所有CPU，
// 然后循环调用KiInitializeKernel依次初始化每个CPU
// 在初始化号CPU时，会初始化一部分内核数据结构
if (Number == 0) {
// 初始化处理器相关的全局信息
// 例如KeI386NpxPresent，KeI386CpuType，KeI386CpuStep，KeI386FxsrPresent等
// ……
// 初始化体系无关的内核数据结构
KiInitSystem();
// 初始化idle线程的进程对象
KeInitializeProcess(Process,…… );
}
else
{
// ……
}
// ……
// 初始化线程对象
KeInitializeThread(Thread, (PVOID)((ULONG)IdleStack),
(PKSYSTEM_ROUTINE)NULL, (PKSTART_ROUTINE)NULL,
(PVOID)NULL, (PCONTEXT)NULL, (PVOID)NULL, Process);
// ……
// 调用内核执行体的初始化例程
try {
ExpInitializeExecutive(Number, LoaderBlock);
} except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER) {
KeBugCheck (PHASE0_EXCEPTION);
}
// ……
// 如果是启动CPU（0号），动态分配内核堆栈空间和K的IOPM存储区域
if (Number == 0) {
PVOID DpcStack = MmCreateKernelStack(FALSE);
if (DpcStack == NULL) {
KeBugCheckEx(NO_PAGES_AVAILABLE, 1, 0, 0, 0);
}
Prcb->DpcStack = DpcStack;
// 分配K的IOPM存储区域，用于BiosCall交换
Ki386IopmSaveArea = ExAllocatePoolWithTag(PagedPool,PAGE_SIZE * 2,' eK');
if (Ki386IopmSaveArea == NULL) {
KeBugCheckEx(NO_PAGES_AVAILABLE, 2, PAGE_SIZE * 2, 0, 0);
}
}
// 设置IRQL为DISPATCH_LEVEL级别，允许线程派发
KeRaiseIrql(DISPATCH_LEVEL, &OldIrql);
// 设置当前线程优先级为0，这样才能调度Phase1Initialization线程
KeSetPriorityThread(Thread, (KPRIORITY)0);
// 检测是否存在就绪线程，如果不存在则把当前CPU添加到KiIdleSummary
KiAcquireQueuedSpinLock(KiQueuedSpinLockContext(LockQueueDispatcherLock));
if (Prcb->NextThread == (PKTHREAD)NULL) {
SetMember(Number, KiIdleSummary);
}
KiReleaseQueuedSpinLock(KiQueuedSpinLockContext(LockQueueDispatcherLock));
// 提升IRQL到HIGH_LEVEL，屏蔽中断
KeRaiseIrql(HIGH_LEVEL, &OldIrql);
return;
}
这里有3个关键处：
（1）当初始化0号CPU时调用KiInitSystem用于初始化内核数据结构。
（2）调用执行体初始化例程ExpInitializeExecutive。
（3）在调用ExpInitializeExecutive返回后，首先设置IRQL为DISPATCH_LEVEL
级别，允许线程派发，然后设置当前线程优先级为0，表明当前线程放弃下一个时间片，使得CPU可以执行Phase1Initialization线程，最后提升IRQL为HIGH_LEVEL，屏蔽系统中断，保证phase1阶段的初始化不可中断。
2.2 初始化内核数据结构KiInitSystem
KiInitSystem
初始化了一些比较重要也比较常见的内核数据结构，这些数据结构中大量地使用了
LIST_ENTRY结构。如下所示：
代码:
VOID KiInitSystem (VOID)
{
ULONG Index;
// 初始化调度队列链表头，每一个优先级都有一个独立的进程链表
for (Index = 0; Index < MAXIMUM_PRIORITY; Index += 1) {
InitializeListHead(&KiDispatcherReadyListHead[Index]);
}
// 初始化BugCheck回调函数链表，及其旋转锁
InitializeListHead(&KeBugCheckCallbackListHead);
KeInitializeSpinLock(&KeBugCheckCallbackLock);
// 初始化定时器过期的DPC对象
KeInitializeDpc(&KiTimerExpireDpc,
(PKDEFERRED_ROUTINE)KiTimerExpiration, NIL);
// 初始化profile链表，及其旋转锁
KeInitializeSpinLock(&KiProfileLock);
InitializeListHead(&KiProfileListHead);
// 初始化当前活动的profile链表
InitializeListHead(&KiProfileSourceListHead);
// 初始化定时器链表
for (Index = 0; Index < TIMER_TABLE_SIZE; Index += 1) {
InitializeListHead(&KiTimerTableListHead[Index]);
}
// 初始化swap通知事件
KeInitializeEvent(&KiSwapEvent,SynchronizationEvent,FALSE);
InitializeListHead(&KiProcessInSwapListHead);
InitializeListHead(&KiProcessOutSwapListHead);
InitializeListHead(&KiStackInSwapListHead);
InitializeListHead(&KiWaitInListHead);
InitializeListHead(&KiWaitOutListHead);
// 初始化SSDT
KeServiceDescriptorTable[0].Base = &KiServiceTable[0];
KeServiceDescriptorTable[0].Count = NULL;
KeServiceDescriptorTable[0].Limit = KiServiceLimit;
#if defined(_IA64_)
KeServiceDescriptorTable[0].TableBaseGpOffset =
(LONG)(*(KiServiceTable-1) - (ULONG_PTR)KiServiceTable);
#endif
KeServiceDescriptorTable[0].Number = &KiArgumentTable[0];
for (Index = 1; Index < NUMBER_SERVICE_TABLES; Index += 1) {
KeServiceDescriptorTable[Index].Limit = 0;
}
// 拷贝SSDT到Shadow服务表
RtlCopyMemory(KeServiceDescriptorTableShadow,
KeServiceDescriptorTable,
sizeof(KeServiceDescriptorTable));
// ……
return;
}
2.3 [phase0]Ntoskrnl初始化ExpInitializeExecutive
ExpInitializeExecutive函数负责阶段0(phase 0)的所有其他初始化工作。
ExpInitializeExecutive首先调用HalInitSystem初始化HAL，其中一个功能是为每个CPU
准备系统中断控制器。接下来，依次执行执行体的5个组件在phase 0
的初始化工作，如下：
（1）调用MmInitSystem，初始化内存管理器。
（2）调用ObInitSystem，初始化对象管理器。
（3）调用SeInitSystem，初始化安全引用监视器。
（4）调用PsInitSystem，初始化进程管理器。
（5）调用PpInitSystem，初始化即插即用管理器。
这5个调用中MmInitSystem和ObInitSystem
复杂，剩余的三个步骤都具有相似的结构，如下：
代码:
BOOLEAN SeInitSystem( VOID )
{
switch ( InitializationPhase ) {
case 0 : return SepInitializationPhase0();
case 1 : return SepInitializationPhase1();
default: KeBugCheck(UNEXPECTED_INITIALIZATION_CALL);
}
return 0;
}
BOOLEAN PsInitSystem ( IN ULONG Phase, IN PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock )
{
switch ( InitializationPhase ) {
case 0 : return PspInitPhase0(LoaderBlock);
case 1 : return PspInitPhase1(LoaderBlock);
default: KeBugCheck(UNEXPECTED_INITIALIZATION_CALL);
}
return 0;
}
BOOLEAN PpInitSystem ( VOID )
{
switch ( InitializationPhase ) {
case 0 : return PiInitPhase0();
case 1 : return PiInitPhase1();
default: KeBugCheck(UNEXPECTED_INITIALIZATION_CALL);
}
}
共同点是根据InitializationPhase所指定的phase完成特定的初始化工作，其中
InitializationPhase是个全局变量，可以设置为0、1、2，设置为0表示进行phase0
初始化，设置为1表示进行phase1初始化，成功初始化内核后则设置为2。
ExpInitializeExecutive的具体实现如下：
代码:
VOID ExpInitializeExecutive(
IN ULONG Number, // CPU索引号
IN PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock // loader parameter block
)
{
NTSTATUS Status;
PLDR_DATA_TABLE_ENTRY DataTableEntry;
PMESSAGE_RESOURCE_ENTRY MessageEntry;
PLIST_ENTRY NextEntry;
ANSI_STRING AnsiString;
STRING NameString;
CHAR Buffer[ 256 ];
CHAR VersionBuffer[ 64 ];
PCHAR s, sMajor, sMinor;
ULONG ImageCount, i;
BOOLEAN IncludeType[LoaderMaximum]; // 标识特定类型的内存是否存在
ULONG MemoryAlloc[(sizeof(PHYSICAL_MEMORY_DESCRIPTOR) +
sizeof(PHYSICAL_MEMORY_RUN)*MAX_PHYSICAL_MEMORY_FRAGMENTS) /
sizeof(ULONG)];
PPHYSICAL_MEMORY_DESCRIPTOR Memory;// 物理内存描述符
ULONG ResourceIdPath[3];
PIMAGE_RESOURCE_DATA_ENTRY ResourceDataEntry;
PIMAGE_NT_HEADERS NtHeaders;
PMESSAGE_RESOURCE_DATA MessageData;
if (Number == 0) {
InitializationPhase = 0L; // 设置为phase 0
// 计算物理内存块
Memory = (PPHYSICAL_MEMORY_DESCRIPTOR)&MemoryAlloc;
Memory->NumberOfRuns = MAX_PHYSICAL_MEMORY_FRAGMENTS;
// 包含除LoaderBad等3种外的所有内存类型
for (i=0; i < LoaderMaximum; i++) {
IncludeType[i] = TRUE;
}
IncludeType[LoaderBad] = FALSE;
IncludeType[LoaderFirmwarePermanent] = FALSE;
IncludeType[LoaderSpecialMemory] = FALSE;
MmInitializeMemoryLimits(LoaderBlock, IncludeType, Memory);
InitNlsTableBase = LoaderBlock->NlsData->AnsiCodePageData;
InitAnsiCodePageDataOffset = 0;
InitOemCodePageDataOffset = ((PUCHAR)LoaderBlock->NlsData->OemCodePageData
- (PUCHAR)LoaderBlock->NlsData->AnsiCodePageData);
InitUnicodeCaseTableDataOffset = ((PUCHAR)LoaderBlock->NlsData->
UnicodeCaseTableData - (PUCHAR)LoaderBlock->NlsData->AnsiCodePageData);
RtlInitNlsTables(
(PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitAnsiCodePageDataOffset),
(PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitOemCodePageDataOffset),
(PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitUnicodeCaseTableDataOffset),
&InitTableInfo
);
RtlResetRtlTranslations(&InitTableInfo);
// 初始化HAL(Hardware Architecture Layer)
if (HalInitSystem(InitializationPhase, LoaderBlock) == FALSE) {
KeBugCheck(HAL_INITIALIZATION_FAILED);
}
#if i386
// 允许中断
KiRestoreInterrupts (TRUE);
#endif
// ……
// LoadOrderListHead的第一结点必定是内核模块(例如ntoskrnl.exe)
DataTableEntry = CONTAINING_RECORD(
LoaderBlock->LoadOrderListHead.Flink,
LDR_DATA_TABLE_ENTRY,
InLoadOrderLinks);
ResourceIdPath[0] = 11;
ResourceIdPath[1] = 1;
ResourceIdPath[2] = 0;
// 寻找BugCheck消息资源，并设置到KiBugCodeMessages
// LdrFindResource_U在指定DLL中定位指定ID的资源
Status = LdrFindResource_U(
DataTableEntry->DllBase, // DLL模块基地址
ResourceIdPath, // 资源ID数组
3, // 资源ID数组长度
(VOID *) &ResourceDataEntry); // 指向IMAGE_RESOURCE_DATA_ENTRY结构
if (NT_SUCCESS(Status)) {
Status = LdrAccessResource(
DataTableEntry->DllBase,
ResourceDataEntry,
&MessageData,
NULL);
if (NT_SUCCESS(Status)) {
KiBugCodeMessages = MessageData;
}
}
// 遍历已加载的模块列表，并加载符号文件
ImageCount = 0;
NextEntry = LoaderBlock->LoadOrderListHead.Flink;
while (NextEntry != &LoaderBlock->LoadOrderListHead) {
// 获取LDR_DATA_TABLE_ENTRY结构指针
DataTableEntry = CONTAINING_RECORD(NextEntry,
LDR_DATA_TABLE_ENTRY,
InLoadOrderLinks);
// 通过内核调试器加载模块符号
sprintf( Buffer, "%ws\\System32\\%s%wZ",
&SharedUserData->NtSystemRoot[2],
ImageCount++ < 2 ? "" : "Drivers\\",
&DataTableEntry->BaseDllName
);
RtlInitString( &NameString, Buffer );
DbgLoadImageSymbols(&NameString, DataTableEntry->DllBase, (ULONG)-1);
NextEntry = NextEntry->Flink; // 下一个结点
}
}
else
{
// 初始化HAL
if (HalInitSystem(InitializationPhase, LoaderBlock) == FALSE) {
KeBugCheck(HAL_INITIALIZATION_FAILED);
}
}
if (Number == 0) {
// ……
// 初始化执行体(phase 0)
if (!ExInitSystem()) {
KeBugCheck(PHASE0_INITIALIZATION_FAILED);
}
ExBurnMemory(LoaderBlock);
// 初始化内存管理器(phase 0)
MmInitSystem(0, LoaderBlock, Memory);
{
PLIST_ENTRY NextMd;
PMEMORY_ALLOCATION_DESCRIPTOR MemoryDescriptor;
// 遍历内存描述符，统计LoaderNlsData类型内存区域总大小
NextMd = LoaderBlock->MemoryDescriptorListHead.Flink;
while (NextMd != &LoaderBlock->MemoryDescriptorListHead) {
MemoryDescriptor = CONTAINING_RECORD(NextMd,
MEMORY_ALLOCATION_DESCRIPTOR,
ListEntry);
switch (MemoryDescriptor->MemoryType) {
case LoaderNlsData:
InitNlsTableSize += MemoryDescriptor->PageCount*PAGE_SIZE;
break;
default:
break;
}
NextMd = MemoryDescriptor->ListEntry.Flink;
}
// 分配非分页的NLS区域
InitNlsTableBase = ExAllocatePoolWithTag(NonPagedPool,InitNlsTableSize,'
slN');
if ( !InitNlsTableBase ) {
KeBugCheck(PHASE0_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 拷贝NLS数据到刚才分配的区域
RtlMoveMemory(
InitNlsTableBase,
LoaderBlock->NlsData->AnsiCodePageData,
InitNlsTableSize
);
// 初始化NLS表信息结构
RtlInitNlsTables(
(PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitAnsiCodePageDataOffset),
(PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitOemCodePageDataOffset),
(PVOID)((PUCHAR)InitNlsTableBase+InitUnicodeCaseTableDataOffset),
&InitTableInfo
);
RtlResetRtlTranslations(&InitTableInfo);
}
// ……
// 初始化静态句柄表
ExInitializeHandleTablePackage();
// 初始化对象管理器(phase 0)
if (!ObInitSystem()) {
KeBugCheck(OBJECT_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 初始化安全引用监视器(phase 0)
if (!SeInitSystem()) {
KeBugCheck(SECURITY_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 初始化进程管理器(phase 0)
if (PsInitSystem(0, LoaderBlock) == FALSE) {
KeBugCheck(PROCESS_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 初始化即插即用管理器(phase 0)
if (!PpInitSystem()) {
KeBugCheck(PP0_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 设置SharedUserData成员
// ……
}
}
2.4 [phase0]初始化进程管理器PsInitPhase0
这里介绍的是进程管理器在phase 0的初始化过程，之所以介绍这个过程是因为phase 1
初始化过程正是从这里展开。在上一节上已经提到PsInitSystem，在phase0，实际上调用
PsInitPhase0实现进程管理器的初始化。PsInitPhase0主要实现以下几个功能：
（1）设置系统启动进程（即当前进程）为Idle进程，并改名为"Idle"。
（2）初始化进程、Job等相关的全局变量。
（3）创建系统进程并命名为"System"。
（4）创建系统线程用于实现phase1过程的初始化。
PsInitPhase0的具体实现如下：
代码:
BOOLEAN PspInitPhase0 ( IN PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock )
{
UNICODE_STRING NameString;
OBJECT_ATTRIBUTES ObjectAttributes;
OBJECT_TYPE_INITIALIZER ObjectTypeInitializer;
HANDLE ThreadHandle;
PETHREAD Thread;
MM_SYSTEMSIZE SystemSize;
SystemSize = MmQuerySystemSize();
PspDefaultPagefileLimit = (ULONG)-1;
// ……
// 初始化进程相关的锁
ExInitializeFastMutex( &PspProcessLockMutex );
ExInitializeFastMutex( &PsProcessSecurityLock );
// 当前进程即是Idle进程
PsIdleProcess = PsGetCurrentProcess();
PsIdleProcess->Pcb.KernelTime = 0;
PsIdleProcess->Pcb.KernelTime = 0;
// 初始化OBJECT_TYPE_INITIALIZER结构
RtlZeroMemory( &ObjectTypeInitializer, sizeof( ObjectTypeInitializer ) );
ObjectTypeInitializer.Length = sizeof( ObjectTypeInitializer );
ObjectTypeInitializer.InvalidAttributes = OBJ_OPENLINK;
ObjectTypeInitializer.SecurityRequired = TRUE;
ObjectTypeInitializer.PoolType = NonPagedPool;
ObjectTypeInitializer.InvalidAttributes = OBJ_PERMANENT | OBJ_EXCLUSIVE |
OBJ_OPENIF;
// 创建进程对象
RtlInitUnicodeString(&NameString, L"Process");
ObjectTypeInitializer.DefaultPagedPoolCharge = PSP_PROCESS_PAGED_CHARGE;
ObjectTypeInitializer.DefaultNonPagedPoolCharge =
PSP_PROCESS_NONPAGED_CHARGE;
ObjectTypeInitializer.DeleteProcedure = PspProcessDelete; //
删除进程对象回调函数
ObjectTypeInitializer.ValidAccessMask = PROCESS_ALL_ACCESS;
ObjectTypeInitializer.GenericMapping = PspProcessMapping;
if ( !NT_SUCCESS(ObCreateObjectType(&NameString,
&ObjectTypeInitializer,
(PSECURITY_DESCRIPTOR) NULL,
&PsProcessType
)) ){
return FALSE;
}
// 创建线程对象
RtlInitUnicodeString(&NameString, L"Thread");
ObjectTypeInitializer.DefaultPagedPoolCharge = PSP_THREAD_PAGED_CHARGE;
ObjectTypeInitializer.DefaultNonPagedPoolCharge =
PSP_THREAD_NONPAGED_CHARGE;
ObjectTypeInitializer.DeleteProcedure = PspThreadDelete; //
删除线程对象回调函数
ObjectTypeInitializer.ValidAccessMask = THREAD_ALL_ACCESS;
ObjectTypeInitializer.GenericMapping = PspThreadMapping;
if ( !NT_SUCCESS(ObCreateObjectType(&NameString,
&ObjectTypeInitializer,
(PSECURITY_DESCRIPTOR) NULL,
&PsThreadType
)) ){
return FALSE;
}
// 创建Job对象
RtlInitUnicodeString(&NameString, L"Job");
ObjectTypeInitializer.DefaultPagedPoolCharge = 0;
ObjectTypeInitializer.DefaultNonPagedPoolCharge = sizeof(EJOB);
ObjectTypeInitializer.DeleteProcedure = PspJobDelete; // 删除Job
对象回调函数
ObjectTypeInitializer.CloseProcedure = PspJobClose; // 关闭Job对象回调函数
ObjectTypeInitializer.ValidAccessMask = JOB_OBJECT_ALL_ACCESS;
ObjectTypeInitializer.GenericMapping = PspJobMapping;
ObjectTypeInitializer.InvalidAttributes = 0;
if ( !NT_SUCCESS(ObCreateObjectType(&NameString,
&ObjectTypeInitializer,
(PSECURITY_DESCRIPTOR) NULL,
&PsJobType
)) ){
return FALSE;
}
// 初始化进程链表，及保护该链表的互斥对象
InitializeListHead(&PsActiveProcessHead);
ExInitializeFastMutex(&PspActiveProcessMutex);
// 初始化Job链表，及保护该链表的互斥对象
InitializeListHead(&PspJobList);
ExInitializeFastMutex(&PspJobListLock);
// 初始化工作集链表，及保护该链表的互斥对象
InitializeListHead(&PspWorkingSetChangeHead.Links);
ExInitializeFastMutex(&PspWorkingSetChangeHead.Lock);
// 创建CID句柄表
PspCidTable = ExCreateHandleTable(NULL);
if ( ! PspCidTable ) {
return FALSE;
}
// ?? 从链表中移除CID表，避免被ExSnapShotHandleTables或调试器扩展命令!
handle枚举到
ExRemoveHandleTable(PspCidTable);
#if defined(i386)
// ?? LDT初始化
if ( !NT_SUCCESS(PspLdtInitialize()) ) {
return FALSE;
}
// ?? VDM初始化
if ( !NT_SUCCESS(PspVdmInitialize()) ) {
return FALSE;
}
#endif
// 初始化Reaper链表及数据结构
InitializeListHead(&PsReaperListHead);
ExInitializeWorkItem(&PsReaperWorkItem, PspReaper, NULL);
// 保存系统启动进程令牌到全局变量PspBootAccessToken
PspBootAccessToken = PsGetCurrentProcess()->Token;
// 初始化对象安全属性结构
InitializeObjectAttributes( &ObjectAttributes,NULL,0,NULL,NULL);
// 创建系统进程
if ( !NT_SUCCESS(PspCreateProcess(
&PspInitialSystemProcessHandle,
PROCESS_ALL_ACCESS,
&ObjectAttributes,
0L,
FALSE,
0L,
0L,
0L
)) ) {
return FALSE;
}
// 增加引用计数，并获取EPROCESS结构，保存到全局变量PsInitialSystemProcess
if ( !NT_SUCCESS(ObReferenceObjectByHandle(
PspInitialSystemProcessHandle,
0L,
PsProcessType,
KernelMode,
(PVOID *)&PsInitialSystemProcess,
NULL
)) ) {
return FALSE;
}
// 设置当前进程映像名称为"Idle"
strcpy(&PsGetCurrentProcess()->ImageFileName[0],"Idle");
// 设置新创建的进程映像名称为"System"
strcpy(&PsInitialSystemProcess->ImageFileName[0],"System");
// 创建系统线程用于实现phase1的初始化过程，线程函数为Phase1Initialization
if ( !NT_SUCCESS(PsCreateSystemThread(
&ThreadHandle,
THREAD_ALL_ACCESS,
&ObjectAttributes,
0L,
NULL,
Phase1Initialization,
(PVOID)LoaderBlock
)) ) {
return FALSE;
}
// 增加引用计数
if ( !NT_SUCCESS(ObReferenceObjectByHandle(
ThreadHandle,
0L,
PsThreadType,
KernelMode,
(PVOID *)&Thread,
NULL
)) ) {
return FALSE;
}
// 关闭线程句柄
ZwClose( ThreadHandle );
return TRUE;
}
在这个过程中，对于几个重要的全局变量进行初始化，例如PspCidTable、
PsActiveProcessHead等。
另外在_OBJECT_TYPE_INITIALIZER有几个成员是由于注册对象操作回调函数的，例如
PsInitPhase0中注册删除进程对象回调函数PspProcessDelete
。因而对于内核对象来说，完全可以从_OBJECT_TYPE_INITIALIZER结构入手HOOK
对应的回调函数实现对内核对象的完全监控。
2.5 [phase1]Ntoskrnl初始化Phase1Initialiation
（这里以wrk v1.2作为参考）
在上一小节中已经提到，在进程管理器进行phase0阶段初始化时会创建新线程
phase1Initialation，来实现phase1阶段的初始化。phase1Initialation函数实现如下：
代码:
VOID Phase1Initialization (IN PVOID Context)
{
Phase1InitializationDiscard (Context);
MmZeroPageThread();
return;
}
Phase1Initialization分为两个步骤：
（1）调用Phase1InitializationDiscard真正实现phase1阶段的初始化工作。
（2）当完成phase1阶段的初始化后系统已经启动，线程Phase1Initialization已经完成最重要任务，接下去就以零页面线程的角色继续为系统提供服务。
注：零页面线程，线程优先级为0，循环地从空闲页面链表中获取页面并清0，然后添加到零页面链表中。系统在运行过程会频繁的申请、释放内存，然后释放后的 页面一般都不为0。零页面线程就好比是垃圾回收站的加工人员，把回收的垃圾粉刷一遍就变成新的了。这里主要目标是分析 Phase1InitializationDiscard的具体实现过程，对于零页面线程不作过多探讨。
这里的分析过程参考了《深入解析Windows操作系统》，关于phase1阶段的初始化流程虽然wrk与书中的描述非常接近，但并不完全一样。另外，我对于这些步骤进行了一定的简化。Phase1阶段的初始化具体如下：
（1）phase 0% -- 10%
[1] 调用HalInitSystem，让系统做好准备接受来自设置的中断，并允许中断
[2] 调用InbvEnableBootDriver引导视频驱动，调用InbvDriverInitialize
初始化视频驱动，并显示启动界面
[3] 调用PoInitSystem初始化电源管理器(phase0)
[4] 调用KeSetSystemTime初始化系统时间，设置系统启动时间并保存为全局变量
KeBootTime
[5] 在多处理器系统上，调用KeStartAllProcessors初始化其他处理器
[6] 调用ObInitSystem初始化对象管理器(phase1)
[7] 调用ExInitSystem初始化执行体(phase1)
[8] 调用KeInitSystem初始化内核(phase1)
[9] 调用KdInitSystem初始化内核调试器(phase1)
[10] 调用SeInitSystem初始化安全引用监视器(phase1)
（2）phase 10% -- 15%
[11] 调用MmInitSystem初始化内存管理器(phase1)
[12] 把国家语言支持(NLS)表映射到系统空间
[13] 调用CcInitializeCacheManager初始化缓存管理器
[14] 调用CmInitSystem1初始化配置管理器
（3）phase 15% -- 20%
[15] 调用FsRtlInitSystem初始化全局的文件系统驱动程序数据结构
[16] 调用PpInitSystem初始化即插即用管理器(PNP)(phase1)，必须在初始化I/O
管理器之前进行
（4）phase 20% -- 25%
[17] 调用LpcInitSystem初始化LPC，必须在初始化I/O管理器之前进行
（5）phase 25% -- 75%
[18] 调用IoInitSystem初始化I/O
管理器，设置进度条为局部更新模式，逐步更新进度条从%到%
（6）phase 75% -- 80%
[19] 调用MmInitSystem初始化内存管理器(phase2)，开启分页机制
（7）phase 80% -- 85%
[20] 调用PoInitSystem初始化电源管理器(phase1)
[21] 调用PsInitSystem初始化进程管理器(phase1)，可以定位NTDLL.DLL和SMSS.EXE
（8）phase 85% -- 90%
[22] 调用SeRmInitPhase1初始化性能引用监视器(phase1)
，包括创建命令服务器线程，这个线程将会创建一个名为SeRmCommandPort的LPC
端口，使用这个端口可以接收本地安全认证子系统(LSASS)发送的命令。
（9）phase 90% -- 100%
[23] 调用RtlCreateUserProcess创建会话管理器进程(SMSS)
（10）phase 100% ------
[24] 等待会话管理器SMSS 5秒，如果等待超时表明SMSS进程正常启动
根据进度条设置情况大致可以分为10个步骤，可以结合下面Phase1InitializationDiscard的源码来看：
代码:
VOID Phase1InitializationDiscard (IN PVOID Context)
{
PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock;
PETHREAD Thread;
PKPRCB Prcb;
KPRIORITY Priority;
NTSTATUS Status;
UNICODE_STRING SessionManager;
PRTL_USER_PROCESS_PARAMETERS ProcessParameters;
PVOID Address;
SIZE_T Size;
LARGE_INTEGER UniversalTime;
LARGE_INTEGER CmosTime;
LARGE_INTEGER OldTime;
TIME_FIELDS TimeFields;
UNICODE_STRING EnvString, NullString, UnicodeSystemDriveString;
PWSTR Src, Dst;
BOOLEAN ResetActiveTimeBias;
HANDLE NlsSection;
LARGE_INTEGER SectionSize;
LARGE_INTEGER SectionOffset;
PVOID SectionBase;
PVOID ViewBase;
ULONG CacheViewSize;
SIZE_T CapturedViewSize;
ULONG SavedViewSize;
LONG BootTimeZoneBias;
PKLDR_DATA_TABLE_ENTRY DataTableEntry;
#ifndef NT_UP
PMESSAGE_RESOURCE_ENTRY MessageEntry1;
#endif
PCHAR MPKernelString;
PCHAR Options;
PCHAR YearOverrideOption;
LONG CurrentYear = 0;
BOOLEAN NOGUIBOOT;
BOOLEAN SOS;
PVOID Environment;
PRTL_USER_PROCESS_INFORMATION ProcessInformation;
// ……
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// 进入phase1初始化阶段 //
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InitializationPhase = 1;
// 提升线程优先级
Thread = PsGetCurrentThread();
Priority = KeSetPriorityThread( &Thread->Tcb,MAXIMUM_PRIORITY - 1 );
// [1] 调用HalInitSystem，让系统做好准备接受来自设置的中断，并允许中断
LoaderBlock = (PLOADER_PARAMETER_BLOCK)Context;
if (HalInitSystem(InitializationPhase, LoaderBlock) == FALSE) {
KeBugCheck(HAL1_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 根据处理器控制块的LoadOptions成员判断是否以GUI方式启动
Options = LoaderBlock->LoadOptions ? _strupr(LoaderBlock->LoadOptions) : NULL;
if (Options) {
NOGUIBOOT = (BOOLEAN)(strstr(Options, "NOGUIBOOT") != NULL);
} else {
NOGUIBOOT = FALSE;
}
// [2] 调用引导视频驱动程序(Bootvid.dll)
InbvEnableBootDriver((BOOLEAN)!NOGUIBOOT);
// 初始化视频驱动程序
InbvDriverInitialize(LoaderBlock, 18);
// 显示启动界面
// ……
// [3] 初始化电源管理器(phase0)
if (!PoInitSystem(0)) {
KeBugCheck(INTERNAL_POWER_ERROR);
}
// ……
// [4] 初始化系统时间和系统启动时间
if (ExCmosClockIsSane && HalQueryRealTimeClock(&TimeFields)) {
// ……
// 设置系统时间
KeSetSystemTime(&UniversalTime, &OldTime, FALSE, NULL);
// 通知其他组建系统时间被设置
PoNotifySystemTimeSet();
// 设置系统启动的绝对时间
KeBootTime = UniversalTime;
KeBootTimeBias = 0;
}
// ……
// [5] 在多处理器系统上，初始化其他处理器
KeStartAllProcessors();
// ……
// [6] 初始化对象管理器(phase1)
if (!ObInitSystem()) {
KeBugCheck(OBJECT1_INITIALIZATION_FAILED);
}
// [7] 初始化执行体(phase1)
if (!ExInitSystem()) {
KeBugCheckEx(PHASE1_INITIALIZATION_FAILED,STATUS_UNSUCCESSFUL,0,1,0);
}
// [8] 初始化内核(phase1)
if (!KeInitSystem()) {
KeBugCheckEx(PHASE1_INITIALIZATION_FAILED,STATUS_UNSUCCESSFUL,0,2,0);
}
// [9] 初始化内核调试器(phase1)
if (!KdInitSystem(InitializationPhase, NULL)) {
KeBugCheckEx(PHASE1_INITIALIZATION_FAILED,STATUS_UNSUCCESSFUL,0,3,0);
}
// [10] 初始化安全引用监视器(phase1)
if (!SeInitSystem()) {
KeBugCheck(SECURITY1_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 设置进度条到%
InbvUpdateProgressBar(10);
Status = CreateSystemRootLink(LoaderBlock);
if ( !NT_SUCCESS(Status) ) {
KeBugCheckEx(SYMBOLIC_INITIALIZATION_FAILED,Status,0,0,0);
}
// [11] 初始化内存管理器(phase1)
if (MmInitSystem(1, LoaderBlock) == FALSE) {
KeBugCheck(MEMORY1_INITIALIZATION_FAILED);
}
// [12] 把国家语言支持(NLS)表映射到系统空间
// ……
// [13] 初始化缓存管理器
if (!CcInitializeCacheManager()) {
KeBugCheck(CACHE_INITIALIZATION_FAILED);
}
// [14] 初始化配置管理器
if (!CmInitSystem1(LoaderBlock)) {
KeBugCheck(CONFIG_INITIALIZATION_FAILED);
}
// ??
CcPfInitializePrefetcher();
// 设置进度条到%
InbvUpdateProgressBar(15);
// 计算时区偏差
// ……
// [15] 初始化全局的文件系统驱动程序数据结构
if (!FsRtlInitSystem()) {
KeBugCheck(FILE_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 在PNP初始化时需要使用range list，因而在PNP初始化之前需要初始化range list
RtlInitializeRangeListPackage();
HalReportResourceUsage();
KdDebuggerInitialize1(LoaderBlock);
// [16] 初始化即插即用管理器(PNP)(phase1)，必须在初始化I/O管理器之前进行
if (!PpInitSystem()) {
KeBugCheck(PP1_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 设置进度条到%
InbvUpdateProgressBar(20);
// [17] 初始化LPC，必须在初始化I/O管理器之前进行
if (!LpcInitSystem()) {
KeBugCheck(LPC_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 此时系统已经处于运行阶段
ExInitSystemPhase2();
// [18] 初始化I/O管理器，设置进度条为局部更新模式，逐步更新进度条从%到%
InbvSetProgressBarSubset(25, 75);
if (!IoInitSystem(LoaderBlock)) {
KeBugCheck(IO1_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 撤消局部更新模式
InbvSetProgressBarSubset(0, 100);
CmpInitSystemVersion(6, NULL);
// [19] 初始化内存管理器(phase2)，开启分页机制
MmInitSystem(2, LoaderBlock);
// 设置进度条到%
InbvUpdateProgressBar(80);
// [20] 初始化电源管理器(phase1)
if (!PoInitSystem(1)) {
KeBugCheck(INTERNAL_POWER_ERROR);
}
// [21] 初始化进程管理器(phase1)
// 由于SystemRoot已经被定义，可以定位NTDLL.DLL和SMSS.EXE
if (PsInitSystem(1, LoaderBlock) == FALSE) {
KeBugCheck(PROCESS1_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 设置进度条到%
InbvUpdateProgressBar(85);
if (LoaderBlock == KeLoaderBlock) {
KeLoaderBlock = NULL;
}
// 释放加载器Ntldr参数信息块
MmFreeLoaderBlock (LoaderBlock);
LoaderBlock = NULL;
Context = NULL;
// [22] 初始化性能引用监视器(phase1)，包括创建命令服务器线程，
// 这个线程将会创建一个名为SeRmCommandPort的LPC端口。
// 使用这个端口可以接收本地安全认证子系统(LSASS)发送的命令。
if (!SeRmInitPhase1()) {
KeBugCheck(REFMON_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 设置进度条到%
InbvUpdateProgressBar(90);
// 设置会话管理器子系统(SMSS)进程信息
// ……
// [23] 创建会话管理器进程(SMSS)
Status = RtlCreateUserProcess(
&SessionManager,
OBJ_CASE_INSENSITIVE,
RtlDeNormalizeProcessParams( ProcessParameters ),
NULL,
NULL,
NULL,
FALSE,
NULL,
NULL,
ProcessInformation);
// ……
// 设置进度条到%
InbvUpdateProgressBar(100);
InbvEnableDisplayString(TRUE);
// [24] 等SMSS.EXE 5秒，如果等待超时表明SMSS进程正常启动
OldTime.QuadPart = Int32x32To64(5, -(10 * 1000 * 1000));
Status = ZwWaitForSingleObject(
ProcessInformation->Process,
FALSE,
&OldTime
);
if (Status == STATUS_SUCCESS) {
KeBugCheck(SESSION5_INITIALIZATION_FAILED);
}
// 空间释放与关闭句柄
// ……
// 系统启动成功后设置InitializationPhase为
InitializationPhase += 1;
}