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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,Windows,程序設計基礎,32,位處理器有,3,種工作模式,:,實模式：重啟以后到載入,WINDOWS,以前都是實模式，純,32,位,windows,是不能進入實模式的。,保護模式：保護模式提供的保護機制管理和維護自己，保護主要指對存儲器的保護。進入保護模式是每個,32,位系統(tǒng)必須的。,虛擬,86,模式：為了讓以前的,16,位程序能在,32,位下運行，,32,位處理器就提供了虛擬,86,模式。,第二章,win32,程序運行原理,2.1 CPU,的保護模式和,Windows,系統(tǒng),擴展模式：,1,）兼容
2、模式：該模式下，,64,位操作系統(tǒng)運行在,32,位兼容環(huán)境，能正常運行,16,，,32,位應用程序就像基本的保護模式一樣，訪問,32,位地址空間，但不能運行純,16,位實模式程序（就是不能運行虛擬,86,模式程序了）。,2,）,64,位模式：在該模式下，處理器完全執(zhí)行,64,位指令，使用,64,位地址空間和,64,操作數(shù)，運行,16,，,32,位程序必須切換到兼容模式。,64,位處理器,系統(tǒng)管理模式：當,SMI,引腳為有效進入系統(tǒng)管理模式，首先保存當前的,CPU,上下文。它有獨立的地址空間，用來執(zhí)行電源管理或系統(tǒng)安全方面的指令。（基本模式）,32,位處理器對多任務操作系統(tǒng)的支持性主要體現(xiàn)在,1
3、,）在硬件上為任務之間的切換提供了良好的條件,2,）實現(xiàn)了多任務隔離，“進程”地址空間獨立,在,windows,下，任務被進程取代，進程就是正在運行的應用程序的實例。但是占用,cpu,時間片的不是進程，而是線程。,Windows,的多任務實現(xiàn),虛擬內存,保護模式下，,32,位處理器有,32,根地址線，處理器尋址范圍（,0 x000000000 xFFFFFFFF,）（,2,32,，,4GB,）。,32,位機器上的,RAM,的大小很難達到,4GB,，,windows,為每個進程分配,4GB,的地址空間主要依靠,cpu,的支持。,cpu,在保護模式下支持虛擬內存。它可以幫助操作系統(tǒng)將磁盤空間當作內
4、存空間來使用。,各進程內的地址空間安排,2GB,的系統(tǒng)空間,2GB,的用戶空間,0 xFFFFFFFF,0 x80000000,0 x7FFFFFFF,0 x00000000,整個系統(tǒng)共用,每個進程私有,用戶空間部分是進程私有地址空間，進程不能以任何方式讀、寫其他進程此部分空間中的數(shù)據(jù)。對所有應用程序，大量進程數(shù)據(jù)被保存在塊空間中而相互獨立，所以應用程序很少被其他程序打斷，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。,系統(tǒng)空間部分放置操作系統(tǒng)的代碼，包括內核代碼、設備驅動代碼、設備,I/O,緩沖區(qū)等。系統(tǒng)空間部分在所有的進程中是共享的。在,32,位系統(tǒng)中，這些數(shù)據(jù)結構被完全的保護起來，如果試圖訪問這部分內存，訪問線程會遇
5、到一個訪問異常。,兩種地址空間區(qū)別,32,位處理器共定義了,4,種（,0-3,）特權級別，或稱環(huán)。,0,是最高級（特權級），,3,級是最低級（用戶級）。,為了阻止應用程序訪問或者修改關鍵的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，,windows,提供了兩種訪問模式：,內核模式（使用,0,級）：系統(tǒng)程序的代碼在此模式下運行,用戶模式（使用,3,級）：用戶程序的代碼在此模式下運行,內核模式和用戶模式,CPU,支持的特權級類別,應用程序,常規(guī)擴展,系統(tǒng)服務,內核,級別,0,級別,1,級別,2,級別,3,在實模式下,沒有級別之分,.,在保護模式下,CPU,有,4,個特權級別,.,雖然每個進程都有自己的,4G,地址空間。但內核模式下
6、的系統(tǒng)和設備驅動程序共用一塊虛擬地址空間。即整個系統(tǒng)共用的,2G,部分。虛擬內存中的每一頁的頁屬性中都有訪問模式標記，它標識了哪一個模式下的代碼才有權限訪問該頁。系統(tǒng)地址空間的頁僅僅能夠從內核模式訪問，所有用戶地址空間的頁都從用戶模式訪問。,當應用程序調用一個系統(tǒng)函數(shù)的時候，用戶的應用程序會從用戶模式切換到內核模式去執(zhí)行。例如：,Win32,函數(shù),ReadFile,最終會調用,Windows,內部的從文件中讀取數(shù)據(jù)的程序代碼，因為這些代碼訪問了系統(tǒng)內部的數(shù)據(jù)，所以他們必須運行在內核模式下。,內核模式：,研究,WDM,（,Windows Driver Model,）,設備驅動類,用戶模式：,SD
7、K,程序設計,兩種模式下的程序設計,內核對象是系統(tǒng)提供的用戶模式下代碼與內核模式下代碼進行交互的基本接口。軟件開發(fā)人員會經(jīng)常的創(chuàng)建、打開和操作內核對象。,2.2,內核對象,為了管理應用程序，系統(tǒng)有必要維護一些不允許用戶應用程序直接訪問的數(shù)據(jù)。一個內核對象就是一塊內核分配的內存，它只能被運行在內核模式下的代碼訪問。內核對象記錄的數(shù)據(jù)在整個系統(tǒng)中只有一份，故也稱系統(tǒng)資源。,內核對象和普通的數(shù)據(jù)結構間的最大區(qū)別是其內部數(shù)據(jù)結構是隱藏的，必須調用一個對象服務才能從此對象中得到數(shù)據(jù)，或者是向其輸入數(shù)據(jù)，而不能直接讀或者改變對象的內部數(shù)據(jù)。增加這些限制來保證內核對象包含一致的狀態(tài)。,引入內核對象，系統(tǒng)可方
8、便的完成以下任務：,1,）為系統(tǒng)資源提供可識別的名字。,2,）在進程之間共享資源和數(shù)據(jù)。,3,）保護資源不被未經(jīng)認可的代碼訪問。,4,）跟蹤對象的引用情況。在不被使用時，釋放占有空間。,內核對象的數(shù)據(jù)結構僅能從內核模式訪問，所以直接在內存中定位這些數(shù)據(jù)結構對應用程序來說是不可能的。應用程序必須使用,API,函數(shù)訪問內核對象。調用函數(shù)創(chuàng)建內核對象時，函數(shù)會返回標識此內核對象的句柄。,為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，這些句柄和進程有關，就是僅對創(chuàng)建該內核對象的進程有效。,若要多個進程共享一個內核對象，要調用,DuplicateHandle,函數(shù)復制一個進程句柄傳給其他進程即可。,對象句柄,內核對象是進程內的資源，
9、使用計數(shù)屬性指明進程對特定內核對象的引用次數(shù)，第一次創(chuàng)建內核對象時，系統(tǒng)為進程分配內核對象資源，并將該內核對象的使用計數(shù)屬性初始化為,1,。打開一次使用計數(shù)加,1,，關閉，系統(tǒng)將使用計數(shù)減,1,，當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)引用次數(shù)是,0,時，它就會自動關閉資源。,使用計數(shù),2.3,進程的創(chuàng)建,進程和線程,進程是一個正在運行的程序，它擁有自己的虛擬地址空間，擁有自己的代碼、數(shù)據(jù)和其他系統(tǒng)資源，如進程創(chuàng)建的文件、管道、同步對象等。一個進程也包含了一個或者多個運行在此進程內的線程。,線程是進程內執(zhí)行代碼的獨立實體。沒有它，進程中的程序代碼是不可能執(zhí)行的。操作系統(tǒng)創(chuàng)建進行后會創(chuàng)建一個線程執(zhí)行進程中的代碼，稱主線程，它
10、在運行過程中創(chuàng)建其他線程，一般將主線程創(chuàng)建的線程稱為該進程的輔助線程。,進程是不活潑的，一個進程要完成任何事情，必須有一個運行在它的地址空間中的線程。此線程負責執(zhí)行該進程地址空間的代碼。每個進程至少擁有一個在它的地址空間中運行的線程。對一個不包含任何線程的進程來說，它是沒有理由繼續(xù)存在下去的，系統(tǒng)會自動銷毀該進程和它的地址空間。,進程和程序,程序：一連串靜態(tài)的指令,進程：一個容器，它包含一系列運行在這個程序實例上下文中的線程使用的資源。,Win32,進程的兩個組成部分,進程內核對象：操作系統(tǒng)使用此內核對象來管理該進程。這個內核對象也是操作系統(tǒng)存放進程統(tǒng)計信息的地方。,私有的虛擬地址空間：此地址
11、空間包含了所有可執(zhí)行的或者是,DLL,模塊的代碼和數(shù)據(jù)，它也是程序動態(tài)申請內存的地方，比如說線程堆棧和進程堆。,應用程序必須有一個入口函數(shù)，它在程序開始運行時被調用?？刂婆_應用程序入口函數(shù)是,main,。,int,main(int,argc,char,*,argv,),應用程序的啟動過程,開始,主線程調用,C/C+,運行期啟動函數(shù),N,操作系統(tǒng)調用,CreateProcess,函數(shù)創(chuàng)建新的進程,系統(tǒng)創(chuàng)建一個進程內核對象，使用計數(shù)初始化為,1,系統(tǒng)為進程創(chuàng)建主線程,成功,調用程序入口函數(shù),main,Y,結束,系統(tǒng)為新進程創(chuàng)建虛擬地址空間，加載應用程序運行時需要代碼和數(shù)據(jù),CreateProces
12、s,函數(shù),WIN32API,函數(shù),CreateProcess,用來創(chuàng)建一個新的進程和它的主線程，,這個新進程運行指定的可執(zhí)行文件。,函數(shù)原型：,BOOL,CreateProcess,(,LPCTSTR,lpApplicationName,/,可執(zhí)行文件名稱,LPTSTR,lpCommandLine,/,指定要傳遞給執(zhí)行模塊的參數(shù),LPSECURITY_ATTRIBUTES,lpProcessAttributes,，,/,進程安全性,LPSECURITY_ATTRIBUTES,lpThreadAttributes,/,進程安全性,BOOL,bInheritHandles,/,指定當前進程中的可繼
13、承句柄是否可被新進程繼承,DWORD,dwCreationFlags,/,指定新進程的優(yōu)先級及其他創(chuàng)建標志,LPVOID,lpEnvironment,/,指定新進程使用的環(huán)境變量,LPCTSTR,lpCurrentDirectory,/,指定新進程使用的當前目錄,LPSTARTUPINFO,lpStartupInfo,/,指定新進程中主窗口的位置、大小和句柄等,LPPROCESS_INFORMATION,lpProcessInformation,/,返回新進程的標志信息,);,lpApplicationName,：指向一個,NULL,結尾的、用來指定可執(zhí)行模塊的字符串。這個字符串可以是可執(zhí)行模
14、塊的絕對路徑，也可以是相對路徑，在后一種情況下，函數(shù)使用當前驅動器和目錄建立可執(zhí)行模塊的路徑。這個參數(shù)可以被設為,NULL,，在這種情況下，可執(zhí)行模塊的名字必須處于,lpCommandLine,參數(shù)的最前面并由空格符與后面的字符分開。這個被指定的模塊可以是一個,Win32,應用程序。如果適當?shù)淖酉到y(tǒng)在當前計算機上可用的話，它也可以是其他類型的模塊（如,MS-DOS,或,OS/2,）。,lpCommandLine,：指向一個,NULL,結尾的、用來指定要運行的命令行。,這個參數(shù)可以為空，那么函數(shù)將使用參數(shù)指定的字符串當作要運行的程序的命令行。如果,lpApplicationName,和,lpCo
15、mmandLine,參數(shù)都不為空，那么,lpApplicationName,參數(shù)指定將要被運行的模塊，,lpCommandLine,參數(shù)指定將被運行的模塊的命令行。新運行的進程可以使用,GetCommandLine,函數(shù)獲得整個命令行。,C,語言程序可以使用,argc,和,argv,參數(shù)。,如果,lpApplicationName,參數(shù)為空，那么這個字符串中的第一個被空格分隔的要素指定可執(zhí)行模塊名。如果文件名不包含擴展名，那么,.exe,將被假定為默認的擴展名。如果文件名以一個點（,.,）結尾且沒有擴展名，或文件名中包含路徑，,.exe,將不會被加到后面。如果文件名中不包含路徑，,Window
16、s,將按照如下順序尋找這個可執(zhí)行文件：,1.,當前應用程序的目錄。,2.,父進程的目錄。,3.Windows 95,：,Windows,系統(tǒng)目錄，可以使用,GetSystemDirectory,函數(shù)獲得。,Windows NT,：,32,位,Windows,系統(tǒng)目錄?？梢允褂?GetSystemDirectory,函數(shù)獲得，目錄名是,SYSTEM32,。,4.,在,Windows NT,中：,16,位,Windows,系統(tǒng)目錄。不可以使用,Win32,函數(shù)獲得這個目錄，但是它會被搜索，目錄名是,SYSTEM,。,5.Windows,目錄?？梢允褂?GetWindowsDirectory,函數(shù)獲得這個目錄。,6.,列在,PATH,環(huán)境變量中的目錄。如果被創(chuàng)建的進程是一個以,MS-DOS,或,16,位,Windows,為基礎的應用程序，,lpCommandLine,參數(shù)應該是一個以可執(zhí)行文件的文件名作為第一個要素的絕對路徑，因為這樣做可以使,32,位,Windows,程序工作的很好，這樣設置,lpCommandLine,參數(shù)是最強壯的。,dwCreationFlags,：指定附加的、用來控
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