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我有几个与内核态和用户态的 Windows 进程相关的问题。
如果我有一个 hello world 应用程序和一个暴露新系统调用 foo() 的 hello world 驱动程序,我很好奇在内核模式下我能做什么和不能做什么。
对于初学者来说,当我编写新的 hello world 应用程序时,我得到了一个新进程,这意味着我有自己的用户模式 VM 空间(让我们保持简单,32 位窗口)。所以我有 2GB 的空间,我“拥有”,我可以戳和偷看,直到我心满意足。但是,我受制于我的过程。我不能(还不能将共享内存引入其中)触及任何其他人的内存。
如果我编写这个 hello world 驱动程序,并从我的用户应用程序调用它,我(驱动程序代码)现在处于内核模式。
首先澄清/问题:我仍然在与用户模式应用程序相同的进程中,对吗?仍然有相同的 PID?
内存问题:内存作为 VM 提供给我的进程,即使我有 1GB 的 RAM,我仍然可以访问 4GB 的内存(2GB 用户/2GB 内核 - 不关心服务器上开关的细节或细节,这里只是一个一般假设).作为用户进程,我无法查看任何内核模式内存地址,但我可以对用户空间做任何我想做的事情,对吗?
如果我从驱动程序代码调用我的 hello world 驱动程序,我是否仍然拥有相同的用户模式内存 View ?但是现在我也可以在内核模式下访问任何内存?
这个内核模式内存是共享的吗(不像用户模式,它是我自己的进程副本)?也就是说,编写驱动程序更像是为作为操作系统的单个进程编写线程应用程序(抛开调度?)
下一个问题。作为司机,我可以改变我正在运行的流程吗?比方说,我知道另一个应用程序(比如说,一个用户模式网络服务器),并为该进程加载 VM,更改它的指令指针、堆栈,或者甚至将不同的代码加载到该进程中,然后切换回我自己的应用程序? (我不想在这里做任何邪恶的事情,我只是好奇它真正在内核模式下意味着什么)?
此外,一旦进入内核模式,我可以防止操作系统抢占我吗?我认为(在 Windows 中)您可以设置 IRQL 级别来执行此操作,但我并不完全理解这一点,即使在阅读了 Solomons 的书(Inside Windows...)之后也是如此。我会问另一个与 IRQL/DPC 直接相关的问题,但现在,我很想知道内核驱动程序是否有能力将 IRQL 设置为高并接管系统。
还有更多内容,但这些问题的答案会有所帮助。
最佳答案
每个进程都有一个“上下文”,其中包含特定于该进程的 VM 映射(在 32 位模式下通常小于 2 GB)。当在用户模式下执行的线程进入内核模式时(例如,从系统调用或 IO 请求),同一个线程仍在进程中执行,具有相同的上下文。 PsGetCurrentProcessId此时将返回与 GetCurrentProcessID 相同的内容就在用户模式之前(与线程 ID 相同)。
上下文附带的用户内存映射在进入内核模式时仍然存在:您可以直接从内核模式访问用户内存。为了安全起见,需要做一些特殊的事情:Using Neither Buffered Nor Direct I/O .特别是,用户空间范围内的无效地址访问尝试将引发需要捕获的 SEH 异常,并且由于该进程中另一个线程的操作,用户内存的内容可能随时更改。访问内核地址范围内的无效地址会导致错误检查。在用户模式下执行的线程不能访问任何内核内存。
内核地址空间不是进程上下文的一部分,因此在所有进程之间映射相同。然而,任意数量的线程在任何时候都可能在内核模式下处于事件状态,因此它不像单线程应用程序。通常,线程在进入内核模式时为它们自己的系统调用服务(而不是让专门的内核工作线程来处理所有请求)。
保存线程和进程状态的底层结构在内核模式下都是可用的。映射另一个进程的 VM 最好从另一个进程提前完成,方法是从该进程创建 MDL 并将其映射到系统地址空间。如果你只是想改变另一个线程的上下文,这完全可以从 user mode 完成。 .请注意,必须挂起线程才能在没有竞争条件的情况下更改其上下文。从内核模式将模块加载到进程中是不明智的;所有加载程序 API 都设计为仅在用户模式下使用。
每个 CPU 当前都有一个 IRQL它正在运行。它决定了哪些事情可以中断 CPU 当前正在做的事情。只有来自更高 IRQL 的事件才能抢占 CPU 的当前事件。
PASSIVE_LEVEL
是所有用户代码和大多数内核代码执行的地方。许多内核 API 要求 IRQL 为 PASSIVE_LEVEL
APC_LEVEL
用于内核 APCDISPATCH_LEVEL
用于调度程序事件(在 NT 术语中称为调度程序)。在此级别运行将防止您被调度程序抢占。请注意,在此级别出现任何类型的页面错误都是不安全的;内存管理器试图检索页面时可能会出现死锁。如果内核在 DISPATCH_LEVEL
或更高级别出现页面错误,它将立即进行错误检查。这意味着您无法安全地访问分页池、分页代码段或任何未锁定(即通过 MDL)的用户内存。DIRQL
。HIGH_LEVEL
。没有什么可以抢占这个级别。内核在错误检查期间使用它来停止系统。关于内核与系统中的 Windows 进程,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/1375048/
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