2.Внутреннее устройство Windows (гл. 5-7)

3. Монитор состояния защиты инициализирует объект типа «маркер доступа» и использует его для создания и подготовки первого маркера по учетной записи локальной системы, назначаемого начальному процессу (об учетной записи локальной системы см. главу 8).

4. Диспетчер процессов производит большую часть своей инициализации в фазе 0, определяя типы объектов «процесс» и «поток» и создавая списки для отслеживания активных процессов и потоков. Он также создает объект «процесс» для начального процесса и присваивает ему имя Idle. Наконец, диспетчер процессов создает процесс System и системный поток для выполнения процедуры PhaselInitialization. Этот поток не запускается сразу после создания, поскольку прерывания пока запрещены.

5. Далее наступает фаза 0 в инициализации диспетчера Plug and Play, в ходе которой просто инициализируется ресурс исполнительной системы, используемый для синхронизации ресурсов шин.

Когда на каждом процессоре управление возвращается к функции KiInitializeKernel, она передает его циклу Idle. B результате системный поток, созданный, как было описано в п. 4 предыдущего списка, начинает фазу 1. Дополнительные процессоры ждут начала своей инициализации до п. 5 фазы 1 (см. список ниже). B фазе 1 выполняются следующие операции. (Ha экране заставке, выводимом при загрузке Windows 2000, отображается индикатор прогресса, поэтому в списке упоминаются операции, связанные с обновлением этого индикатора.)

1. Для подготовки системы к приему прерываний от устройств и для разрешения прерываний вызывается HalInitSystem.

2. Вызывается загрузочный видеодрайвер (E: \Windows\System32\Bootvid.dll) который выводит экран-заставку, показываемую в процессе запуска Windows. (B Windows XP и Windows Server 2003 этот драйвер отображает ту картинку, которую Ntldr ранее вывел на экран.)

3. Инициализируется диспетчер электропитания.

4. Инициализируются системные часы (вызовом HalQueryRealTimeClock), текущее значение которых сохраняется как время загрузки системы.

5. B многопроцессорной системе инициализируются остальные процессоры и начинается выполнение команд.

6. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 5 %.

7. Диспетчер объектов создает корневой каталог пространства имен (\), каталог \ObjectTypes и каталог сопоставлений DOS-имен устройств (\?? в Windows 2000 или \Global?? в Windows XP и Windows Server 2003), а также символьную ссылку в каталоге сопоставлений DOS-имен устройств.

8. Вызывается исполнительная система для создания своих типов объектов, включая семафор, мьютекс, событие и таймер.

9. Ядро инициализирует структуры данных планировщика (диспетчера) и таблицу диспетчеризации системных сервисов.

10. Монитор состояния защиты создает в пространстве имен диспетчера объектов каталог \Security и инициализирует структуры данных аудита (если аудит системы разрешен).

11. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 10 %.

12. Для создания объекта «раздел» и системных рабочих потоков вызывается диспетчер памяти (см. главу 7).

13. Ha системное адресное пространство проецируются таблицы NLS (National Language Support).

14. Ha системное адресное пространство проецируется Ntdll.dll.

15. Диспетчер кэша инициализирует структуры данных кэша файловой системы и создает свои рабочие потоки.

16. Диспетчер конфигурации создает в пространстве имен объект «раздел реестра» \Registry и копирует переданные Ntldr начальные данные в кусты реестра HARDWARE и SYSTEM.

17. Инициализируются структуры данных драйвера файловой системы.

18. Диспетчер Plug and Play вызывает PnP BIOS.

19. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 20 %.

20. Подсистема LPC инициализирует объект типа «порт LPC».

21. Если система запущена с протоколированием загрузки (/BOOTLOG), инициализируется файл протокола загрузки.

22. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 25 %.

23. Наступает момент инициализации диспетчера ввода-вывода. Согласно показаниям индикатора, эта стадия запуска системы занимает 50 % времени. После успешной загрузки каждого драйвера диспетчер ввода-вывода продвигает полоску на индикаторе на 2 % (если загружается более 25 драйверов, индикатор останавливается на отметке 75 %).

Диспетчер ввода-вывода прежде всего инициализирует различные внутренние структуры и создает типы объектов «устройство» и «драйвер». Затем он вызывает диспетчер Plug and Play, диспетчер электропитания и HAL, чтобы начать динамическое перечисление и инициализацию устройств. (Подробнее этот сложный процесс, специфичный для конкретной подсистемы ввода-вывода, рассматривается в главе 9.) Далее инициализируется подсистема WMI Windows Management Instrumentation), которая пpeдocтaвляeт WMI-пoддepжкy дpaйвepaм устройств. (Подробнее о WMI см. раздел «Windows Management Instrumentation" главы 4.) После этого вызываются все загрузочные драйверы, которые осуществляют свою инициализацию. Также загружаются и инициализируются драйверы, необходимые для запуска системы (см. главу 9). Наконец, в пространстве имен диспетчера объектов создаются имена устройств MS-DOS в виде символьных ссылок.

24. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 75 %.

25. Если система загружается в безопасном режиме, этот факт отмечается в реестре.

26. Включается подкачка страниц для кода режима ядра (в Ntkrnl и драйверах), если она явно не запрещена в реестре.

27. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 80 %.

28. Вызывается диспетчер электропитания для инициализации своих структур данных.

29. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 85 %.

30. Вызывается монитор состояния защиты для создания потока Command Server, взаимодействующего с LSASS (см. раздел «Компоненты системы защиты» главы 8).

31. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 90 %.

32. Ha завершающем этапе создается процесс Smss диспетчера сеансов (базовые сведения об Smss см. в главе 2). Smss отвечает за создание среды пользовательского режима, которая предоставляет визуальный интерфейс Windows. Об инициализации Smss см. следующий раздел.

33. Индикатор прогресса загрузки устанавливается на отметку 100 %.

Перед завершением инициализации компонентов исполнительной системы и ядра поток инициализации фазы 1 в течение пяти секунд ждет освобождения описателя процесса Smss. Если этот процесс завершается до истечения пяти секунд, происходит крах системы с кодом SESSION5_INITIALIZATION_FAILED.

По истечении пяти секунд запуск диспетчера сеансов считается успешным, и вызывается функция потока обнуления страниц диспетчера памяти (см. главу 7).

Smss, Csrss и Winlogon

Smss похож на любой другой процесс пользовательского режима, но имеет два существенных отличия. Во-первых, Windows считает его доверяемой (trusted) частью системы. Во-вторых, Smss является встроенным (native) приложением. Как доверяемый компонент Smss может выполнять операции, доступные лишь немногим процессам, например создавать маркеры защиты. A как встроенное приложение Smss использует не Windows API, а базовые API-функции исполнительной системы, в совокупности называемые Windows Native API. Smss не обращается к Windows API, поскольку при его запуске подсистема Windows еще не функционирует. Запуск подсистемы Windows и является одной из его первых задач.

Затем Smss вызывает диспетчер конфигурации, который завершает инициализацию реестра, заполняя все его разделы. Диспетчер конфигурации запрограммирован так, что ему известно местонахождение всех кустов реестра на диске, кроме содержащих пользовательские параметры. Пути ко всем загружаемым им кустам реестра записываются в раздел HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Hivelist.

Основной поток Smss выполняет следующие инициализирующие операции.

1. Создает объект «порт LPC» (\SmApiPort) и два потока, ожидающие клиентские запросы (например, на загрузку новой подсистемы или на создание сеанса).

2. Определяет символьные ссылки на имена устройств MS-DOS (вроде COM1 и LPT1).

3. Если установлены Terminal Services, создает в пространстве имен диспетчера объектов каталог \Sessions (для нескольких сеансов).

4. Запускает программы, указанные в HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Con-trol\Session Manager\BootExecute. Как правило, в нем содержится одна команда на зaпycк Autochk (версия Chkdsk, работающая на этапе загрузки).

5. Выполняет отложенные действия по переименованию и удалению файлов, указанные в разделах HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\PendingFileRenameOperations и HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\PendingFileRenameOperations2.

6. Открывает известные DLL и создает для них объекты «раздел» в каталоге \Knowndlls пространства имен диспетчера объектов. Список DLL, считаемых известными, находится в разделе HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\ CurrentControlSet\Control\Session Manager\KnownDLLs, а путь к каталогу, где расположены эти DLL, хранится в параметре Dlldirectory этого раздела. Об использовании разделов Known DLLs при загрузке DLL см. главу 6.

7. Создает дополнительные страничные файлы. Их конфигурация хранится в разделе HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\ Session Manager\Memory Management\PagingFiles.

8. Инициализирует реестр. Диспетчер конфигурации заполняет реестр, загружая кусты HKLM\SAM, HKLM\SECURITY и HKLM\SOFTWARE. Хотя информация о местонахождении файлов кустов содержится в разделе HKLM\ SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Hivelist, диспетчер конфигурации ищет эти файлы в каталоге \Windows\System32\Config.

9. Создает системные переменные окружения, определенные в HKLM\System\CurrentControlSet\Session Manager\Environment.

10. Загружает часть подсистемы Windows, работающую в режиме ядра (Win32k.sys). Smss определяет местонахождение Win32k.sys и других загружаемых им компонентов по путям, хранящимся в HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager. Инициализирующий код в Win32k.sys использует видеодрайвер для переключения экрана в разрешение, определенное в профиле по умолчанию. Таким образом, в этот момент видеоадаптер переключается с VGA-режима, используемого загрузочным видеодрайвером, в выбранное для данной системы разрешение.

11. Запускает процессы подсистем, в том числе Csrss. (Как говорилось в главе 2, подсистемы POSIX и OS/2 в Windows 2000 запускаются по требованию.)

12.3апускает процесс Winlogon. Этапы запуска Winlogon кратко описываются ниже.

1З. Создает порты LPC для сообщений об отладочных событиях (DbgSsApiPort и DbgUiApiPort) и потоки, прослушивающие эти порты.

Отложенные действия по переименованию файлов

Тот факт, что исполняемые образы и DLL при использовании проецируются в память, делает невозможным обновление базовых системных файлов по окончании загрузки Windows. API-функция MoveFileEx позволяет указать, что перемещение файла должно быть отложено до следующей загрузки. Пакеты обновлений и критические исправления, которым нужно обновлять уже используемые файлы, проецируемые в память, устанавливают заменяющие файлы во временные каталоги и вызывают функцию MoveFileEx именно так, как говорилось чуть выше. B этом случае MoveFileEx просто записывает команды в параметры PendingFileRenameOperatiom и PendingFileRenameOperatiom2 в разделе реестра HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager. Эти параметры имеют тип MULTI_SZ, и каждая операция указывается парами имен файлов: первое имя — источник, а второе — приемник. B операциях удаления вместо приемника задается пустая строка. Чтобы просмотреть зарегистрированные отложенные команды переименования и удаления, используйте утилиту Pendmoves с сайта sysinternate.com.

После выполнения вышеперечисленных операций основной поток Smss переходит к бесконечному ожиданию описателей процессов Csrss и Winlogon. Поскольку от этих процессов зависит функционирование Windows, в случае их неожиданного завершения Smss вызывает крах системы. (B Windows XP и выше, если Csrss по какой-то причине завершается, крах системы вызывается ядром, а не Smss.)

Далее Winlogon продолжает инициализацию, выполняя такие операции, как создание начального объекта WindowStation и объектов рабочего стола. Если в HKLM\Software\Microsoft\Windows NT\Current Version\WinLogon\ GinaDLL указана какая-нибудь DLL, Winlogon использует ее в качестве GINA; в ином случае применяется GINA по умолчанию от Microsoft, Msgina (\Windows\System32\Msgina.dll"), которая отображает стандартное диалоговое окно входа в Windows. Затем Winlogori создает процесс SCM (диспетчера управления сервисами) (\Windows\System32\Services.exe), который загружает все сервисы и драйверы устройств, помеченные для автоматического запуска, а также запускает процесс LSASS (подсистемы локальной аутентификации) (\Windows\System32\Lsass.exe). Подробнее о запуске Winlogon и LSASS см. раздел «Инициализация Winlogon» главы 8.

После того как SCM инициализирует автоматически запускаемые сервисы и драйверы устройств, а пользователь успешно зарегистрируется в системе, загрузка считается успешно завершенной. Параметры в разделе HKLM\ SYSTEM\Select\LastKnownGood обновляются в соответствии со значениями параметров последней удачной конфигурации (\CurrentControlSet).

ПРИМЕЧАНИЕ Если на неинтерактивном сервере не бывает интерактивного входа, раздел LastKnownGood, отражающий набор управления (control set), который позволил выполнить успешную загрузку, не обновляется.

Вы можете заменить определение успешной загрузки. Для этого установите HKLM\Software\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\Winlogon\ReportBootOk в 0, напишите свою программу, проверяющую успешность загрузки, и укажите путь к ней в HKLM\System\CurrentControlSet\Control\BootVerificationProgram. Такая программа должна вызывать API-функцию NotifyBootConfigStatus, если загрузка прошла успешно.

Запустив SCM, Winlogon ждет уведомления об интерактивном входе от GINA. Получив такое уведомление и проверив вход (об этом процессе см. в главе 8), Winlogon загружает куст реестра из профиля зарегистрировавшегося пользователя и отображает его на HKCU. Затем он настраивает переменные окружения для данного пользователя, хранящиеся в HKCU\Environment, и направляет уведомления о входе компонентам, зарегистрированным в HKLM\Software\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\Winlogon\Notify.

Затем Winlogon сообщает GINA запустить оболочку. B ответ на этот запрос Msgina запускает исполняемый файл (или исполняемые файлы), указанный в параметре HKLM\Software\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\WinLogon\Userinit (несколько исполняемых файлов перечисляются через запятые), который по умолчанию указывает на \Windows\System32\Userinit.exe. Userinit.exe выполняет следующие операции.

1. Обрабатывает пользовательские сценарии, указанные в HKCU\Software\Policies\Microsoft\Windows\System\Scripts, и машинные сценарии входа, заданные в HKLM\Software\Policies\Microsoft\Windows\System\Scripts.

(Так как машинные сценарии выполняются после пользовательских, они могут переопределять пользовательские настройки.)

2. Если политика группы задает какую-либо квоту в профиле пользователя, Userinit.exe запускает \Windows\System32\Proquota.exe для ее применения.

3. Запускает оболочку (или оболочки), указанную в HKCU\Software\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\Winlogon\Shell. Если этого параметра нет, Userinit.exe запускает оболочку (или оболочки), определенные в HKLM\Software\Microsoft\Windows\CurrentVersion\Winlogon\Shell (по умолчанию — Explorer.exe).

Далее Winlogon уведомляет зарегистрированные провайдеры сетей о входе пользователя. Провайдер сети Microsoft, маршрутизатор многосетевого доступа (Multiple Provider Router, MPR) (\Windows\System32\Mpr.dll), восстанавливает постоянные подключения к сетевому диску и принтерам, установленные пользователем; эти сопоставления хранятся в HCU\Network и HKCU\ Printers соответственно. Ha рис. 5–3 показано дерево процессов, которое отображается в Process Explorer при входе до завершения Userinit.

Автоматически запускаемые образы

Помимо параметров Userinit и Shell в разделе Winlogon, существует много других разделов в реестре и каталогов, проверяемых и обрабатываемых системными компонентами для автоматического запуска процессов при загрузке и входе. Утилита Msconfig (в Windows XP и Windows Server 2003 это \Windows\System32\Msconfig.exe) показывает образы, сконфигурированные в нескольких местах. Ho утилита Autoruns от Sysinternals (wwwsysinternals.com), представленная на рис. 5–4, анализирует больше разделов реестра и каталогов, чем Msconfig, и выводит больше информации об образах, настроенных на автоматический запуск. По умолчанию Autoruns показывает только те места, где задается автоматический запуск хотя бы одного образа, но команда Include Empty Locations в меню View заставляет Autoruns отображать все проверяемые ею разделы реестра и каталоги. B меню View можно настроить Autoruns на отображение сведений о других типах автоматически запускаемых образов, например служб Windows и надстроек Explorer.

ЭКСПЕРИМЕНТ: утилита Autoruns

Многие пользователи даже не представляют, сколько программ выполняется в процессе их входа. OEM (original equipment manufacturers) часто конфигурируют свои системы с помощью дополнительных утилит, которые выполняются в фоновом режиме и обычно не видны. Чтобы увидеть, какие программы настроены на автоматический запуск на вашем компьютере, запустите утилиту Autoruns; Сравните полученный в Autoruns список с тем, что показывается Msconfig (доступной в Windows XP и Windows Server 2003), и обратите внимание на различия. Потом попробуйте разобраться в предназначении каждой программы.

Анализ проблем при загрузке и запуске системы

B этом разделе представлены подходы к решению проблем, возможных в процессе запуска Windows из-за повреждения жесткого диска и файлов, отсутствия каких-либо файлов и ошибок в сторонних драйверах. Сначала мы опишем три режима восстановления Windows при возникновении проблем с загрузкой: последняя удачная конфигурация, безопасный режим и консоль восстановления (Recovery Console). Затем мы расскажем о наиболее распространенных проблемах при загрузке, об их причинах и способах устранения.

Последняя удачная конфигурация

Последняя удачная конфигурация (last known good, LKG) — полезный механизм для возврата системы, рухнувшей в процессе загрузки, в загружаемое состояние. Поскольку параметры системной конфигурации хранятся в HKLM\System\CurrentControlSet\Control, конфигурация драйверов и сервисов — в HKLM\System\CurrentControlSet\Services, изменения этих частей реестра могут привести к тому, что система станет незагружаемой. Например, если вы установили драйвер устройства с ошибкой, из-за которой происходит крах системы при загрузке, то можете нажать клавишу F8 в момент загрузки и выбрать из меню последнюю удачную конфигурацию. Система отмечает набор управления, использовавшийся при загрузке как неудачный, устанавливая параметр Failed в HKLM\System\Select и заменяя значение параметра HKLM\System\Select\Current на значение параметра HKLM\System\ Select\LastKnownGood. Она также обновляет символьную ссылку HKLM\Sys-tem\CurrentControlSet так, чтобы она указывала на набор управления Last-KnownGood. Поскольку для нового драйвера нет подраздела в разделе Services набора управления LastKnownGood, система успешно загрузится.

Безопасный режим

Наиболее распространенная причина, по которой системы Windows становятся незагружаемыми, заключается в том, что какой-то драйвер устройства приводит к краху при загрузке. Поскольку со временем программно-аппаратная конфигурация системы может измениться, скрытые до этого ошибки в драйверах могут проявиться в любой момент. Windows предоставляет администратору способ решения подобных проблем: загрузку в безопасном режиме (safe mode). Понятие безопасного режима в Windows заимствовано из потребительских версий Windows и представляет собой конфигурацию с минимальным набором драйверов и сервисов. Используя только самые необходимые драйверы, Windows избегает загрузки сторонних драйверов, способных вызывать крах системы.

Нажав клавишу F8 в начале загрузки Windows 2000, вы открываете дополнительное загрузочное меню, в котором присутствуют три варианта загрузки в безопасном режиме: Safe Mode (Безопасный режим), Safe Mode With Networking (Безопасный режим с загрузкой сетевых драйверов) и Safe Mode With Command Prompt (Безопасный режим с поддержкой командной строки). Стандартный безопасный режим подразумевает использование минимума необходимых для успешной загрузки драйверов. B безопасном режиме с сетевой поддержкой дополнительно загружаются сетевые драйверы и сервисы. Наконец, единственное отличие безопасного режима с поддержкой командной строки от стандартного заключается в том, что Windows вместо обычной оболочки Windows Explorer, позволяющей работать в GUI-режиме, запускает оболочку командной строки (Cmd.exe).