转【Windows源码分析】（一）初始化内核与执行体子系统

对于那么没有相关经验的朋友，在阅读本文时最好对照windows源码来看，否则光看着这么多数据结构就足以头大。对于这篇文章，严格来说，应该是属于学习笔记型，如有分析不当的地方，请各位多指教！
    本文的主要目标是根据windows源码分析内核与执行体初始化流程，过程中会涉及大量的内核数据结构与函数，文中并不会介绍每个结构的含义及作用。内核中有很多晦涩难懂且枯燥的代码，我在分析过程尽可能的去分析每一行代码，否则如果只分析思路而不注重细节那么就跟没分析一样。      
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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] 系统加点自检，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;   // ……    ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////   //    进入phase1初始化阶段      //   //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////   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;
}