Windows NT 内核

【原文：http://blog.csdn.net/lincyang/article/details/5520493】

由于我在看到这篇文章时已经没有了作者与译者的信息，抱歉一下，这的确是一篇好文，值得转：

     00.系统组件

     01.Windows NT操作系统的内存格局

     02.Windows NT与FLAT模型

     03.线程信息块（THREAD INFORMATION BLOCK）

     04.进程控制域（PROCESSOR CONTROL REGION）

 

00.系统组件

=====================

实际上，所有的Windows NT组件其本身都是DLL、PE格式的.EXE文件、导入导出函数。Windo

ws NT的主要组件有：

*Ntoskrnl.exe

系统核心。系统执行函数都集中于此，这些函数又会调用其它组件。核心组件有：对象管理

器、内存管理器、进线程创建、进线程控制、LPC、安全管理、异常处理、文件系统、输入输

出、VDM、和т.д.一般都位于大于80100000h的地址上。

*Hal.dll

硬件抽象层（Hardware  Abstraction  Layer）－ 硬件相关的模块。该隔离层将操作系统中

硬件相关的部分隔离出来以增强系统的可移植性。主要的模块实现了非常底层的函数：程序

控制中断、硬件输入输出等等。一般位于大于80100000h的地址上。

 

*Ntdll.dll

实现某些Win32 API函数。提供了核心模式与用户模式之间的接口。位于用户空间。换句话说

，系统函数调用主要由这里导出。

*Kernel32.dll

实现了一些函数，类似于Win9x的核心。其中有很多的函数封装在ntdll.dll中。

*Csrss.exe

进程服务器子系统。其是一个单独的进程，因此受到保护以免受其它进程（位于其它进程的

地址空间中）影响。对服务的请求要借助于LPC产生。

*Win32k.sys

驱动程序。用以减少调用Csrss服务开销损失。在此程序中实现了GDI和USER函数。不用LPC而

用系统调用－这很明显提高了Windows NT4.0和2K的图形处理性能。

 

01.Windows NT Windows NT操作系统的内存格局

=============================

在Windows NT中高2G的32位线性地址空间保存了供系统使用的程序。这种格局，地址空间80

000000   -   ffffffff为系统组件：驱动程序、系统表、系统数据结构等等。系统内存的精

确格局是不可能得到的，但是通过其功能用途和大致位置可以区分出各个区域。

*80000000-9FFFFFFF

系统代码。在这里驻留的是Hal和ntoskrnl的代码和数据，还有驱动程序（boot驱动和加载n

tosldr的驱动）。GDT、IDT和TSS结构体同样驻留在这些区域中。

*C0000000-C0FFFFFF

系统表的区域。这个线性地址空间区域保存着进程的页表，页目录和其它与进程结构体有关

的东西。这个区域不是全局性的，不像其它的系统空间区域，而且对于于每一个进程来说会

映射到不同的物理空间，其保存着当前进程的数据结构。

*E1000000-E57FFFFF

分页池。这个区域可以换出到磁盘上。操作系统中的大多数对象都在这个区域中产生。实际

上一些内存池位于这个区域中。

*FB000000-FFDFEFFF

不可换出页的区域，即非分页区（Non Paged Poll）。这个区域中的数据永远不能换出到磁

盘上。这个区域中的数据总是系统必需的数据。例如，这里有进程与线程的信息块（Thread

 environment block, Process Environment block）。

*FFDFF000-FFFFFFFF

PCR  - Processor Control Region (进程控制域) 用于每一个进程。这个区域中保存着PCR

结构体。在此结构体中保存着系统状态的信息。例如，关于IRQL、当前线程、IDT等的信息。

低2G线性地址空间（00000000-0FFFFFFFF）为进程用户模式的地址空间（每个进程自己的空

间）。Win32地址空间看上去一般是下面这个样子：

*00000000-0000FFFF

保护区域。访问此区域会引发异常。被用于检测NULL指针。

*00xx0000

通常，应用程序加载在这样的地址上。

*70000000-78000000

Win32子系统的库通常映射到这里。

*7FFB0000-7FFD3FFF

代码页。

*7FFDE000-7FFDEFFF

用户模式的Thread Environment Block。

*7FFDF000-7FFDFFFF

用户模式的Process Environment Block。

*7FFE0000-7FFE0FFF

共享数据区。

*7FFFF000-7FFFFFFF

保护区域。

 

02.Windows NT与FLAT模型

===========================

自i286开始，在Intel的处理器里实现了四级保护机制，相应的就有四个特权级。代码与数据

能够拥有某级别的特权。这样，应用程序、系统程序、内核等等都运行在自己的特权级上，

而且不能随意访问比自己特权级高的代码和数据。实际上没有一个基于Intel处理器的操作系

统能用到所有的四个特权级（不为人知的那些不算在内）。Windows NT操作系统也不例外，

只用到了两个特权级（ring）。0级（最高特权级）下运行内核，3级（最低特权级）为用户

级。Intel处理器提供了强大的内存分段机制，其与特权级一起实现了直到段级的保护（例如

，程序的每一个逻辑段都可以由一个描述符表来描述）。但是Windows NT实现的是FLAT模型

。这就将选择子的使用降到了最低限度。处理器的全局描述符表GDT（Global Descriptor T

able），由Windows NT操作系统管理，其包含以下描述符（由SoftIce'a得到）：

Sel.  Type      Base      Limit     DPL  Attributes

GDTbase=80036000  Limit=03FF

0008  Code32    00000000  FFFFFFFF  0    P   RE

0010  Data32    00000000  FFFFFFFF  0    P   RW

001B  Code32    00000000  FFFFFFFF  3    P   RE

0023  Data32    00000000  FFFFFFFF  3    P   RW

0028  TSS32     8024D000  000020AB  0    P   B

0030  Data32    FFDFF000  00001FFF  0    P   RW

003B  Data32    7FFD9000  00000FFF  3    P   RW

0043  Data16    00000400  0000FFFF  3    P   RW

0048  LDT       E1190000  000001FF  0    P

0050  TSS32     80149F60  00000068  0    P

0058  TSS32     80149FC8  00000068  0    P

0060  Data16    00022940  0000FFFF  0    P   RW

0068  Data16    000B8000  00003FFF  0    P   RW

0070  Data16    FFFF7000  000003FF  0    P   RW

0078  Code16    80400000  0000FFFF  0    P   RE

0080  Data16    80400000  0000FFFF  0    P   RW

0088  Data16    00000000  00000000  0    P   RW

0090  Reserved  00000000  00000000  0    NP

...

00E0  Reserved  00008003  00006100  0    NP

00E8  Data16    00000000  0000FFFF  0    P   RW

00F0  Code16    80117DB0  0000028D  0    P   EO

00F8  Data16    00000000  0000FFFF  0    P   RW

0100  Reserved  00008003  00006108  0    NP

...

03F8  Reserved  00000000  00000000  0    NP

前四个选择子全都位于线性地址空间。而且前两个选择子的描述符特权级DPL（Descriptor 

Privilege Level）等于0，而后面两个的都是3。选择子8和10由用户应用程序使用。在FLAT

模型下，应用程序本身并不关心段寄存器的内容。在ring3工作时，CS、DS、SS寄存器总是分

别为值8、10、10。这样，系统代码就可以监视段寄存器的值。选择子1b和23用于内核（驱动

程序、系统代码）工作时的寻址。选择子30和3b分别指向Kernel Process Region和Thread 

Information Block。当代码运行在ring0时，FS寄存器的值为30，如过运行在ring3，则FS的

值为3b。选择子30总是指向基址为FFDFF000的描述符。选择子3b指示的基址则依赖于用户线

程。选择子48定义了局部描述符表LDT（Local Descriptor Table）。LDT只在Virtual DOS 

 machine（VDM）应用程序下使用。当运行该进程时，在处理器的LDTR寄存器中加载着相应的

指针，否则，LDTR的值为0。LDT主要用在Windows 3.x应用程序下。Windows 3.x应用程序运

行在WOW（Windows On Windows）下，而WOW则实现在VDM进程里。VDM进程的LDT使用上和Win

3.x里的一样。在GDT表里总会有两个TSS类型的选择子。这是因为运行在Intel处理器上的Wi

ndows NT操作系统没有使用基于任务门的任务切换机制。IDT包含以下描述符（由SoftIce'a

得到）：

Int   Type     Sel:Offset     Attributes Symbol/Owner

IDTbase=F8500FC8  Limit=07FF

0000  IntG32   0008:8013EC54  DPL=0  P   _KiTrap00

...

0007  IntG32   0008:8013F968  DPL=0  P   _KiTrap07

0008  TaskG    0050:00001338  DPL=0  P

0009  IntG32   0008:8013FCA8  DPL=0  P   _KiTrap09

...

0012  IntG32   0008:80141148  DPL=0  P   _KiTrap0F

...

001F  IntG32   0008:80141148  DPL=0  P   _KiTrap0F

0020  Reserved 0008:00000000  DPL=0  NP

...

0029  Reserved 0008:00000000  DPL=0  NP

002A  IntG32   0008:8013E1A6  DPL=3  P   _KiGetTickCount

002B  IntG32   0008:8013E290  DPL=3  P   _KiCallbackReturn

002C  IntG32   0008:8013E3A0  DPL=3  P   _KiSetLowWaitHighThread

002D  IntG32   0008:8013EF5C  DPL=3  P   _KiDebugService

002E  IntG32   0008:8013DD20  DPL=3  P   _KiSystemService

002F  IntG32   0008:80141148  DPL=0  P   _KiTrap0F

0030  IntG32   0008:80014FFC  DPL=0  P   _HalpClockInterrupt

0031  IntG32   0008:807E4224  DPL=0  P

0032  IntG32   0008:8013D464  DPL=0  P   _KiUnexpectedInterrupt2

0033  IntG32   0008:80708864  DPL=0  P

0034  IntG32   0008:807CEDC4  DPL=0  P

0035  IntG32   0008:807E3464  DPL=0  P

0036  IntG32   0008:8013D48C  DPL=0  P   _KiUnexpectedInterrupt6

0037  IntG32   0008:8013D496  DPL=0  P   _KiUnexpectedInterrupt7

0038  IntG32   0008:80010A58  DPL=0  P   _HalpProfileInterrupt

0039  IntG32   0008:8013D4AA  DPL=0  P   _KiUnexpectedInterrupt9

...

00FF  IntG32   0008:8013DC66  DPL=0  P   _KiUnexpectedInterrupt207

表中主要的门类型为中断门。中断任务只是用在关键的时刻，保证特殊情况下能正确完成应

急处理，比如说，双重异常（8号中断）。中断2e是系统调用。中断30到3f对应于irq0  -  

irq15。于是，总是有两个TSS选择子。其中一个（50）用于双重异常。TSS中除了其自己必需

部分所占空间外，还在104个字节中保存了一个输入输出位图。在执行Win32应用程序的时候

，TSS中的指针保存着不正确的值，这样任何对端口的操作都会引发异常。在VDM工作的时候

，位图用来选择是否禁止对端口的访问。我们来看一下在FLAT模型下是如何进行保护的。要

研究这个问题需要将注意力转向下面这个条件——保护的原则应该是：保护内核不受用户进

程的干扰、保护一个进程不受另一个进程的干扰、保护子系统的代码和数据不受用户进程的

干扰。Windows NT的线性地址空间可以分成用户空间（通常为0-7fffffff）和系统与内核空

间（通常为80000000-ffffffff）。切换上下文时，内核空间对于所有进程几乎都是一样的。

在Windows NT中使用了分页保护的内存。这样，实现内核同用户进程隔离方法就是将核心空

间地址页的页表项指针的U/S位置零。这样就不能在ring3下随意访问ring0下的代码和数据了

。同样页的寻址也使得进程彼此间的地址空间得到隔离。Windows NT保留了4KB的页作为区域

c0300000中的页目录，该页目录映射了所有的4GB物理地址空间。在页目录中有1024个页目录

项。每个页目录项都应是4B大小（4KB/1024）。1024个页目录项指向1024个页表，每个页表

指向一个4KB的页。页目录的基地址在上下文切换时会相应发生变化并指向将被使用的页目录

，当执行新线程时这个页目录被用于线性地址向物理地址的转换（在Intel处理器中这个物理

基地址位于CR3寄存器中）。

结果，不同的上下文中里的地址空间（00000000-7fffffff）中一样的线性地址能够映射到不

同物理地址上，实现了进程地址空间的彼此隔离。内核空间实际上对所有的上下文都是一样

的，其被保护起来不能由用户代码访问，内核代码的页表项的U/S位为零。下面我们将不讨论

内核模式而是将注意力转到用户模式上来。的确，ring0和ring3寻址使用的描述符有相同的

基址和界限，这可以作为用户在内核或内核驱动中出错的理由。发生错误时可能会破坏当前

进程地址空间中的代码和数据。例如，用户进程指针校验错误时调用内核服务可能破坏内核

的代码和数据。

操作系统的子系统通过导出调用的DLL模块来提供自己的服务。在用户进程向子系统转换时，

比如调用WIn32 API函数，开始总是运行DLL模块的代码。随后，DLL模块的代码可能通过LPC

进行系统调用。所以，DLL模块被映射到用户空间中，共享进程上下文使用库函数必须保护D

LL模块中的代码和数据不会受到可能发生的直接访问。事实上，这种并不能保护数据。所有

的保护都是通过页表项的R/W和U/S位来实现的。DLL模块的代码和数据通常只允许被读取。用

户进程能够不经允许而向数据中写入，当然，如果告知它们大致的线性地址也可以允许写入

。但是，如果需要，每一个进程能产生自己的数据副本（copy-on-write机制）。例如，会有

以下的情况出现：分析PE文件kernel32.dll的文件头可以确定data section的虚拟地址，随

后写程序向这个区域写入错误数据，之后校对脏数据。在新进程启动时，数据将是“恢复了

的”。因此，如果有进程和子系统破坏系统的正常运行，则其只会在自己的上下文中发挥作

用。除此之外，所有关键的数据（直接访问可能会损害子系统的整体性的数据或是重要的数

据）都位于单独的进程地址空间中——子系统服务器。使用这些数据的操作都是通过从子系

统DLL模块转向服务来进行的（通过LPC）。我们注意到，这个操作开销较大，所以在Window

s NT 4.0中开始进行一系列的尝试来使之减少。特别重要的是，现在GDI和USER函数都实现在

内核里（更准确的说是在驱动程序Win32k.sys里）。事实上，产生了一个结论，在安全性上

子系统大量依赖于对其的周密考虑。页保护机制本身提供的保护是不够的。

 

03.线程信息块（THREAD INFORMATION BLOCK）

======================================================

在线程执行的时候，在用户模式下，FS寄存器的值为3b。这个选择子用于寻址一个结构体，

这个结构体位于NTDDK.H文件中，叫做THREAD ENVIRONMENT BLOCK。每一个线程都有其自己的

结构体，并在上下文切换时，选择子中的基址会改变，以指向当前线程线程的这个结构体。

在NTDDK.H中对这个结构体只描述了很少的一部分，如_NT_TIB（Thread Information Block

）。其实_NT_TIB是结构体NT_TEB和NT_TIB的结合。NT_TEB是用户模式线程访问的结构体。N

T_TIB通过选择子30从内核模式下访问。TEB结构体的几个域在NTDDK.H（Windows NT 4.0）中

没有描述：

typedef struct _EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD

{

    struct _EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD * pNext;

    FARPROC                                 pfnHandler;

} EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD, *PEXCEPTION_REGISTRATION_RECORD;

 

typedef struct _NT_TIB {

    struct _EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD *ExceptionList; // 00h Head of excepti

on

      // record list

    PVOID StackBase;                         // 04h

    PVOID StackLimit;                        // 08h

    PVOID SubSystemTib;                 // 0Ch

    union {                             // 10h

        PVOID FiberData;                // for TIB

        ULONG Version;                       // for TEB

    };

    PVOID ArbitraryUserPointer;              // 14h Available

// for application use

    struct _NT_TIB *Self;                    // 18h Linear address

// of TEB structure

} NT_TIB;

typedef NT_TIB *PNT_TIB;

 

typedef struct _TEB {              // Size: 0xF88

/*000*/  NT_TIB NtTib;

/*01C*/  VOID *EnvironmentPointer;

/*020*/  CLIENT_ID ClientId;       // PROCESS id, THREAD id

/*028*/  HANDLE ActiveRpcHandle;

/*02C*/  VOID *ThreadLocalStoragePointer;

/*030*/  PEB *ProcessEnvironmentBlock;  // PEB

/*034*/  ULONG LastErrorValue;

/*038*/  ULONG CountOfOwnedCriticalSections;

/*03C*/  ULONG CsrClientThread;

/*040*/  ULONG Win32ThreadInfo;

/*044*/  UCHAR Win32ClientInfo[0x7C];

/*0C0*/  ULONG WOW32Reserved;

/*0C4*/  ULONG CurrentLocale;

/*0C8*/  ULONG FpSoftwareStatusRegister;

/*0CC*/  UCHAR SystemReserved1[0xD8];   // ExitStack ???

/*1A4*/  ULONG Spare1;

/*1A8*/  ULONG ExceptionCode;

/*1AC*/  UCHAR SpareBytes1[0x28];

/*1D4*/  UCHAR SystemReserved2[0x28];

/*1FC*/  UCHAR GdiTebBatch[0x4E0];

/*6DC*/  ULONG gdiRgn;

/*6E0*/  ULONG gdiPen;

/*6E4*/  ULONG gdiBrush;

/*6E8*/  CLIENT_ID RealClientId;

/*6F0*/  ULONG GdiCachedProcessHandle;

/*6F4*/  ULONG GdiClientPID;

/*6F8*/  ULONG GdiClientTID;

/*6FC*/  ULONG GdiThreadLocalInfo;

/*700*/  UCHAR UserReserved[0x14];

/*714*/  UCHAR glDispatchTable[0x460];

/*B74*/  UCHAR glReserved1[0x68];

/*BDC*/  ULONG glReserved2;

/*BE0*/  ULONG glSectionInfo;

/*BE4*/  ULONG glSection;

/*BE8*/  ULONG glTable;

/*BEC*/  ULONG glCurrentRC;

/*BF0*/  ULONG glContext;

/*BF4*/  ULONG LastStatusValue;

/*BF8*/  LARGE_INTEGER StaticUnicodeString;

/*C00*/  UCHAR StaticUnicodeBuffer[0x20C];

/*E0C*/  ULONG DeallocationStack;

/*E10*/  UCHAR TlsSlots[0x100];

/*F10*/  LARGE_INTEGER TlsLinks;

/*F18*/  ULONG Vdm;

/*F1C*/  ULONG ReservedForNtRpc;

/*F20*/  LARGE_INTEGER DbgSsReserved;

/*F28*/  ULONG HardErrorsAreDisabled;

/*F2C*/  UCHAR Instrumentation[0x40];

/*F6C*/  ULONG WinSockData;

/*F70*/  ULONG GdiBatchCount;

/*F74*/  ULONG Spare2;

/*F78*/  ULONG Spare3;

/*F7C*/  ULONG Spare4;

/*F80*/  ULONG ReservedForOle;

/*F84*/  ULONG WaitingOnLoaderLock;

} TEB, *PTEB;

在Windows 95下，位于TIB中的偏移0x30的是指向拥有该线程的进程的基址数据指针。在Win

dows NT 4.0中，这个偏移保存的是指向结构体的指针，该结构体实现于kernel32.dll。遗憾

的是，到现在为止，除了几个域之外我还不清楚这个结构体的格式。除此之外，类似的，在

Win 2K中

PEB结构体也发生了变化。

typedef struct _PROCESS_PARAMETERS {

/*000*/   ULONG AllocationSize;

/*004*/   ULONG ActualSize;

/*008*/   ULONG Flags;//PPFLAG_xxx

/*00c*/   ULONG Unknown1;

/*010*/   ULONG Unknown2;

/*014*/   ULONG Unknown3;

/*018*/   HANDLE InputHandle;

/*01c*/   HANDLE OutputHandle;

/*020*/   HANDLE ErrorHandle;

/*024*/   UNICODE_STRING CurrentDirectory;

/*028*/   HANDLE CurrentDir;

/*02c*/   UNICODE_STRING SearchPaths;

/*030*/   UNICODE_STRING ApplicationName;

/*034*/   UNICODE_STRING CommandLine;

/*038*/   PVOID EnvironmentBlock;

/*03c*/   ULONG Unknown[9];

     UNICODE_STRING Unknown4;

     UNICODE_STRING Unknown5;

     UNICODE_STRING Unknown6;

     UNICODE_STRING Unknown7;

} PROCESS_PARAMETERS, *PPROCESS_PARAMETERS;

typedef struct _PEB {                   // Size: 0x1D8

/*000*/ UCHAR InheritedAddressSpace;

/*001*/ UCHAR ReadImageFileExecOptions;

/*002*/ UCHAR BeingDebugged;

/*003*/ UCHAR SpareBool;                     // Allocation size

/*004*/ HANDLE Mutant;

/*008*/ HINSTANCE ImageBaseAddress;          // Instance

/*00C*/ VOID *DllList;

/*010*/ PPROCESS_PARAMETERS *ProcessParameters;

/*014*/ ULONG SubSystemData;

/*018*/ HANDLE DefaultHeap;

/*01C*/ KSPIN_LOCK FastPebLock;

/*020*/ ULONG FastPebLockRoutine;

/*024*/ ULONG FastPebUnlockRoutine;

/*028*/ ULONG EnvironmentUpdateCount;

/*02C*/ ULONG KernelCallbackTable;

/*030*/ LARGE_INTEGER SystemReserved;

/*038*/ ULONG FreeList;

/*03C*/ ULONG TlsExpansionCounter;

/*040*/ ULONG TlsBitmap;

/*044*/ LARGE_INTEGER TlsBitmapBits;

/*04C*/ ULONG ReadOnlySharedMemoryBase;

/*050*/ ULONG ReadOnlySharedMemoryHeap;

/*054*/ ULONG ReadOnlyStaticServerData;

/*058*/ ULONG AnsiCodePageData;

/*05C*/ ULONG OemCodePageData;

/*060*/ ULONG UnicodeCaseTableData;

/*064*/ ULONG NumberOfProcessors;

/*068*/ LARGE_INTEGER NtGlobalFlag;          // Address of a local copy

/*070*/ LARGE_INTEGER CriticalSectionTimeout;

/*078*/ ULONG HeapSegmentReserve;

/*07C*/ ULONG HeapSegmentCommit;

/*080*/ ULONG HeapDeCommitTotalFreeThreshold;

/*084*/ ULONG HeapDeCommitFreeBlockThreshold;

/*088*/ ULONG NumberOfHeaps;

/*08C*/ ULONG MaximumNumberOfHeaps;

/*090*/ ULONG ProcessHeaps;

/*094*/ ULONG GdiSharedHandleTable;

/*098*/ ULONG ProcessStarterHelper;

/*09C*/ ULONG GdiDCAttributeList;

/*0A0*/ KSPIN_LOCK LoaderLock;

/*0A4*/ ULONG OSMajorVersion;

/*0A8*/ ULONG OSMinorVersion;

/*0AC*/ USHORT OSBuildNumber;

/*0AE*/ USHORT OSCSDVersion;

/*0B0*/ ULONG OSPlatformId;

/*0B4*/ ULONG ImageSubsystem;

/*0B8*/ ULONG ImageSubsystemMajorVersion;

/*0BC*/ ULONG ImageSubsystemMinorVersion;

/*0C0*/ ULONG ImageProcessAffinityMask;

/*0C4*/ ULONG GdiHandleBuffer[0x22];

/*14C*/ ULONG PostProcessInitRoutine;

/*150*/ ULONG TlsExpansionBitmap;

/*154*/ UCHAR TlsExpansionBitmapBits[0x80];

/*1D4*/ ULONG SessionId;

} PEB, *PPEB;

在TEB的开头是NT_TIB结构体（TEB和TIB的结合）。这个结构体中的大部分名字都很易懂，最

有意思的是指向异常处理链表的指针peExcept（Fs:[0]）。这个域经常被引用。如果在随便

某个Win32应用程序下看一下实际的情况，可以看到类似下面这样的代码：

.01B45480: 64A100000000                 mov       eax,fs:[000000000]

.01B45486: 55                                        push      ebp

.01B45487: 8BEC                                  mov       ebp,esp

.01B45489: 6AFF                                   push      0FF

.01B4548B: 68F868B401                    push      001B468F8

.01B45490: 687256B401                    push      001B45672

.01B45495: 50                                       push      eax

.01B45496: 64892500000000           mov       fs:[000000000],esp

.01B4549D: 83EC78                            sub       esp,078

这段有代表性的代码是由编译器生成的，用于在堆栈中生成_EXCEPTION_REGISTRATION_RECO

RD。这个堆栈中的结构体用于实现称作“structured exception handling”的机制，这就是

结构化异常处理。接着，我们来看Windows NT下的结构化异常处理。这个机制可真是十分著

名，而且实现在编译器的细节之中。在MSDN中可以找到Matt Petriek写得非常详细的文章，

题为“A Crash Course  on  the  Depths  of Win32 Structured Exception Handling”，

此文介绍的就是这项机制。

FS:[0]中的指针是指向_EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD首部的指针。对应地，每个结构体

在pNext域中包含着指向下一个结构体的指针和指向回调函数pfnHandler的指针。不难猜到，

这就是异常处理的处理程序。函数的原型如下：

EXCEPTION_DISPOSITION    __cdecl _except_handler(

struct _EXCEPTION_RECORD *ExceptionRecord,

void * EstablisherFrame,

struct _CONTEXT *ContextRecord,

void * DispatcherContext

);

我们来分析函数的参数。第一个参数是指向下面结构体的指针。

typedef struct _EXCEPTION_RECORD {

DWORD ExceptionCode;

DWORD ExceptionFlags;

struct _EXCEPTION_RECORD *ExceptionRecord;

PVOID ExceptionAddress;

DWORD NumberParameters;

DWORD ExceptionInformation[EXCEPTION_MAXIMUM_PARAMETERS];

} EXCEPTION_RECORD;

 

ExceptionCode是Windows NT的异常代号。异常在NTSTATUS.H文件中被描述为STATUX_xxxxxx

:  ExceptionAddres - 发生异常的地址。

第三个参数是指向CONTEXT结构体的指针。

typedef struct _CONTEXT

{

DWORD ContextFlags;

DWORD Dr0;

DWORD Dr1;

DWORD Dr2;

:.

DWORD Esp;

DWORD SegSs;

} CONTEXT;

这个结构体定义于WINNT.H文件。其意义是不言而喻的，这里就不全写了。函数返回下面枚举

类型值中的一个：

typedef enum _EXCEPTION_DISPOSITION {

    ExceptionContinueExecution,

    ExceptionContinueSearch,

    ExceptionNestedException,

    ExceptionCollidedUnwind

} EXCEPTION_DISPOSITION;

ExceptionFlags定义了下面的位标志：

#define EH_NONCONTINUABLE   1

#define EH_UNWINDING        2

#define EH_EXIT_UNWIND      4

#define EH_STACK_INVALID    8

#define EH_NESTED_CALL   0x10

在发生异常时，控制传递到ntoskrnl.exe中相应的处理程序。例如，如果试图下面这段代码

：

mov eax,80100000h

mov dword ptr [eax],0

这会引发异常0e，控制传递向处理程序KiTrap0E，堆栈中错误号为07（试图在用户模式下向

内核写入。该页位于内存中，因为线性地址80100000h是内核加载的起始地址）。之后，控制

传递到ntdll.dll，在这里解析线程的TEB并顺次执行链表中所有的处理程序，直到某个函数

的返回代号不是ExceptionContinueSearch。在此之后，再次调用链表中的所有处理函数，直

到找到某个函数，但这次用的是另外一个代号ExceptionCode（STATUS_UNWIND）并在Except

ionFlags设置位EH_UNWINDINGS。这个标志用于异常处理，进行堆栈的清除和其它必要的工作

。如果没有一个处理程序能处理，则就来到链表中最后一个处理程序，由Win32子系统建立的

处理程序。这个处理程序是如何被建立的以及建立在哪里在以后研究CreateProcessW函数时

会讲到。关于异常处理的完整介绍可以从MSDN获得，因为在反汇编源代码中所得到的是扩大

化了的异常处理机制（更高层次的机制）。

 

04. 进程控制域（PROCESSOR CONTROL REGION）

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当线程在内核模式下执行时，在FS寄存器中加载的是选择子30，用于寻址PCR结构体（基址0

xFFDFF000，界限0x00001FFF）。在NTDDK.H中远没有描述结构体所有的成员，只是其中不多

的部分。为了说明PCR中的成分信息，这里列出用于i386的结构体（Windows NT 4.0）

typedef struct _KPCR {             // Size: 0xB10

/*000*/ NT_TIB NtTib;

/*01C*/ struct _KPCR* SelfPcr;

/*020*/ struct _KPRCB* Prcb;       // Current PCB

/*024*/ KIRQL Irql;           // Current IRQL

/*028*/ ULONG IRR;

/*02C*/ ULONG IrrActive;

/*030*/ ULONG IDR;

/*034*/ ULONG Reserved2;

/*038*/ struct _KIDTENTRY* ULONG IDT;

/*03C*/ struct _KGDTENTRY* GDT;

/*040*/ struct _KTSS* TSS;

/*044*/ USHORT MajorVersion;       // 1

/*046*/ USHORT MinorVersion;       // 1

/*048*/ KAFFINITY SetMember;

/*04C*/ ULONG StallScaleFactor;

/*050*/ UCHAR DebugActive;

/*051*/ UCHAR Number;

// End of official portion of KPCR

/*052*/ BOOLEAN VdmAlert;

/*053*/ UCHAR Reserved;

/*054*/ UCHAR KernelReserved[0x90-0x54];

/*090*/ ULONG SecondLevelCacheSize;

/*094*/ UCHAR HalReserved[0xD4-0x94];

/*0D4*/ ULONG InterruptMode;

/*0D8*/ ULONG Spare1;

/*0DC*/ UCHAR KernelReserved2[0x120-0xDC];

// Note that current thread is at offset 0x124 (pointer to KTHREAD)

// This essentially means that the 1st PRCB must match the active CPU

/*120*/ UCHAR PrcbData[0xB10-0x120];    // PCBs for all CPUs supported

} KPCR, *PKPCR;

PCR包含着指向PCRB（Processor Control Region）的指针，但实际上，PCRB位于PCR的偏移

0x120处，并且所有的向PCRB域的转换都是相对于PCR的起点的。在WINNT.H中描述了PCRB结构

体。这里给出整个结构体（Windows NT 4.0）：

// 0x120 from KPCR

typedef struct _KPRCB {

/*000*/    USHORT MinorVersion;

/*002*/    USHORT MajorVersion;

/*004*/    struct _KTHREAD *CurrentThread;

/*008*/    struct _KTHREAD *NextThread;

/*00c*/    struct _KTHREAD *IdleThread;

/*010*/    CCHAR Number;

/*011*/    CCHAR Reserved;

/*012*/    USHORT BuildType;

/*014*/    KAFFINITY SetMember;

/*015*/    struct _RESTART_BLOCK *RestartBlock;

/*018*/    CCHAR CpuType;

/*019*/    CCHAR CpuID;

/*01A*/    CCHAR CpuStep;

/*01C*/    KPROCESSOR_STATE ProcessorState;

/*13C*/    CCHAR KernelReserved[0x40];

/*17C*/    CCHAR HalReserved[0x40];

/*1BC*/    ULONG NpxThread;

/*1C0*/    ULONG InterruptCount;

/*1C4*/    ULONG KernelTime;

/*1C8*/    ULONG UserTime;

/*1CC*/    ULONG DpcTime;

/*1D0*/    ULONG InterruptTime;

/*1D4*/    ULONG ApcBypassCount;

/*1D8*/    ULONG DpcBypassCount;

/*1DC*/    ULONG AdjustDpcThreshold;

/*1E0*/    UCHAR Spare2[0x14];

/*1F4*/    ULONG64 ThreadStartCount;

/*1FC*/    SINGLE_LIST_ENTRY FsRtlFreeSharedLockList;

/*200*/    SINGLE_LIST_ENTRY FsRtlFreeExclusiveLockList;

/*204*/    ULONG CcFastReadNoWait;

/*208*/    ULONG CcFastReadWait;

/*20C*/    ULONG CcFastReadNotPossible;

/*210*/    ULONG CcCopyReadNoWait;

/*214*/    ULONG CcCopyReadWait;

/*218*/    ULONG CcCopyReadNoWaitMiss;

/*21C*/    ULONG KeAlignmentFixupCount;

/*220*/    ULONG KeContextSwitches;

/*224*/    ULONG KeDcacheFlushCount;

/*228*/    ULONG KeExceptionDispatchCount;

/*22C*/    ULONG KeFirstLevelTbFills;

/*230*/    ULONG KeFloatingEmulationCount;

/*234*/    ULONG KeIcacheFlushCount;

/*238*/    ULONG KeSecondLevelTbFills;

/*23C*/    ULONG KeSystemCalls;

/*240*/    SINGLE_LIST_ENTRY FsRtlFreeWaitingLockList;

/*244*/    SINGLE_LIST_ENTRY FsRtlFreeLockTreeNodeList

/*248*/    CCHAR ReservedCounter[0x18];

/*260*/    PVOID SmallIrpFreeEntry;

/*264*/    PVOID LargeIrpFreeEntry;

/*268*/    PVOID MdlFreeEntry

/*26C*/    PVOID  CreateInfoFreeEntry;

/*270*/    PVOID NameBufferFreeEntry

/*274*/    PVOID SharedCacheMapEntry

/*278*/    CCHAR CachePad0[8];

/*280*/    CCHAR ReservedPad[0x200];

/*480*/    CCHAR  CurrentPacket[0xc];

/*48C*/    ULONG TargetSet;

/*490*/    PVOID WorkerRoutine;

/*494*/    ULONG IpiFrozen;

/*498*/    CCHAR  CachePad1[0x8];

/*4A0*/    ULONG RequestSummary;

/*4A4*/    ULONG SignalDone;

/*4A8*/    ULONG ReverseStall;

/*4AC*/    ULONG IpiFrame;

/*4B0*/    CCHAR CachePad2[0x10];

/*4C0*/    ULONG DpcInterruptRequested;

/*4C4*/    CCHAR CachePad3 [0xc];

/*4D0*/    ULONG MaximumDpcQueueDepth;

/*4D4*/    ULONG MinimumDpcRate;

/*4D8*/    CCHAR CachePad4[0x8];

/*4E0*/    LIST_ENTRY DpcListHead;

/*4E8*/    ULONG DpcQueueDepth;

/*4EC*/    ULONG DpcRoutineActive;

/*4F0*/    ULONG DpcCount;

/*4F4*/    ULONG DpcLastCount;

/*4F8*/    ULONG DpcRequestRate;

/*4FC*/    CCHAR KernelReserved2[0x2c];

/*528*/    ULONG DpcLock;

/*52C*/    CCHAR SkipTick;

/*52D*/    CCHAR VendorString[0xf];

/*53C*/    ULONG MHz;

/*540*/    ULONG64 FeatureBits;

/*548*/    ULONG64 UpdateSignature;

/*550*/    ULONG QuantumEnd;

} KPRCB, *PKPRCB, *RESTRICTED_POINTER PRKPRCB;

PCRB中最有用的就是指向当前线程的指针（KTHREAD结构体）。通常内核代码以以下代码取得

此指针：