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深入解析Windows操作系統.下冊（第6版）

為了解決ntfs檔案大小限制的問題，作者（美）馬克·拉希諾維奇（美）大衛·A.所羅門（美）艾力克斯·伊納蘇 這樣論述：

本書是Windows技術權威參考書的最新版本，本書主要介紹了基於Windows 7 and Windows Server 2008 R2的核心技術與底層技術，全面闡釋Windows技術機理，是廣大Windows開發人員必備的參考書。 Mark Russinovich（馬克·拉希諾維奇）是微軟windows Azure組技術人員，是Sysinternals工具的作者之一，合著了《深入解析Windows作業系統》系列圖書；David A.Solomon（大衛·A.所羅門）是《深入解析Windows作業系統》系列圖書的合著者，並為全球成千上萬的開發人員和IT專業人士，包括微軟員

工，講授Windows內幕課程。他時常在微軟舉辦的會議中發言，包括TechNet和PDC。 范德成，2004年畢業于上海交通大學，在微軟和 SAP公司有多年專案經驗，構建了微型開源專案Robbie’s Shell。   潘愛民，任職于阿裡巴巴，長期從事軟體和系統技術的研究與開發工作，撰寫了大量軟體技術文章，著譯了多部經典計機圖書，在國內外學術刊物上發 表了30多篇文章。曾經任教於北京大學和清華大學（兼職），後進入工業界，先後任職于微軟亞洲研究院、盛大網路發展有限公司和阿裡雲計算有限公司，目前也 是工信部移動作業系統專家組成員。潘愛民先生獲得了數學學士學位和電腦科學博士學位，主要研究領域包括軟

體設計、資訊安全、作業系統和互聯網技術。 第8章 I／O系統1 8.1I／O系統元件1 I／O管理器3 典型的I／O處理過程4 8.2設備驅動程式5 設備驅動程式的類型5 WDM驅動程式6 分層的驅動程式7 實驗：查看已載入的驅動程式清單9 驅動程式的結構11 驅動程式物件和設備物件13 實驗：看一看設備物件15 實驗：顯示驅動程式和設備物件17 打開設備18 實驗：查看設備控制碼21 實驗：查看Windows設備名稱之間的映射23 8.3I／O處理24 I／O類型24 同步I／O和非同步I／O24 快速I／O25 實驗：查看一個驅動程式登記的快速I／O常式25 映射文件I

／O和文件緩存26 分散／聚集I／O27 I／O請求包27 IRP棧單元28 實驗：查看驅動程式的分發常式29 實驗：查看一個執行緒的未完成IRP29 IRP緩衝區管理30 針對單層驅動程式的I／O請求32 為一個中斷提供服務33 完成一個I／O請求34 同步36 針對分層的驅動程式的I／O請求38 實驗：查看一個設備棧39 實驗：查看IRP40 執行緒無關I／O45 I／O取消45 用戶發起的I／O取消46 執行緒終止時的I／O取消47 實驗：調試一個無法被殺死的進程48 I／O完成埠49 IoCompletion對象50 使用完成埠50 I／O完成埠操作52 I／O優先順序支持54 I／O

優先順序54 優先化策略55 I／O優先順序反轉的避免（I／O優先順序繼承）57 I／O優先順序提升和撞升57 實驗：“非常低”和“正常”I／O輸送量的對比58 實驗：I／O優先順序提升／撞升的性能分析59 頻寬預留（計畫的檔I／O）60 容器通知60 驅動程式檢驗器（DriverVerifier）61 8.4核心模式驅動程式框架（KMDF）63 KMDF驅動程式的結構和操作64 實驗：顯示KMDF驅動程式65 KMDF資料模型66 KMDF的I／O模型69 8.5使用者模式驅動程式框架（UMDF）72 8.6隨插即用（PnP）管理器76 隨插即用支持的級別77 驅動程式對於隨插即用的支援77

驅動程式載入、初始化和安裝79 Start值80 設備列舉81 實驗：將設備樹轉儲出來84 設備棧85 設備棧的驅動程式載入86 實驗：在裝置管理員中查看詳細的devnode資訊88 驅動程式安裝90 實驗：檢查一個驅動程式的INF檔92 實驗：查看目錄（catalog）檔93 8.7電源管理器94 電源管理器的操作96 驅動程式的電源操作97 實驗：查看一個驅動程式的電源映射關係97 實驗：查看系統的電源能力和策略98 驅動程式和應用程式對於設備電源的控制100 電源可用性請求100 實驗：在調試器中查看一個電源可用性請求101 實驗：利用Powercfg查看電源可用性請求103 處理器電

源管理（PPM）103 核心停運的策略104 利用率函數105 實驗：查看利用率和頻率的資訊106 實驗：查看利用率和頻率的歷史107 演算法覆蓋108 增加／減少動作108 各種閾值和策略的設置109 實驗：查看當前的核心停運策略111 “性能檢查”演算法112 實驗：查看當前的PPM檢查資訊116 8.8本章總結118 第9章 存儲管理119 9.1有關存儲的術語119 9.2磁片設備120 旋轉磁片120 磁片的磁區格式120 固態硬碟122 NAND型快閃記憶體122 檔的刪除和irim命令124 9.3磁片驅動程式125 Winload125 磁片類、埠和小埠驅動程式126 iSC

SI驅動程式127 多路徑I／O（MPIO）驅動程式128 實驗：觀察物理磁片I／O130 磁片設備物件130 分區管理器131 9.4卷的管理132 基本磁片133 MBR風格的分區133 GPT（GUID分區表）分區方案133 基本磁片卷管理器134 動態磁片135 LDM資料庫135 實驗：使用LDMDump來查看LDM資料庫137 LDM和GPT或MBR風格的分區方案139 動態磁片的卷管理器140 多分區卷的管理140 跨距卷141 條帶卷142 實驗：觀察鏡像磁碟區的I／O操作143 RAID—5卷145 卷名字空間145 掛載管理器146 掛載點147 卷的掛載148 實驗：查看

VPB149 卷的I／O操作152 虛擬磁片服務153 9.5虛擬硬碟（VHD檔）支援155 附載VHD的操作156 嵌套的檔案系統156 9.6BitLocker驅動器加密157 加密金鑰159 可信平臺模組（TPM）161 BitLocker引導過程163 BitLocker金鑰的恢復165 全卷加密驅動程式166 BitLocker的管理167 BitLockerToGo168 9.7卷影像（shadow）拷貝服務170 影像拷貝170 “克隆”影像拷貝170 “寫時複製”影像拷貝170 VSS的架構170 VSS的操作171 影像拷貝提供者172 實驗：查看Microsoft影像拷貝提

供者的過濾型設備物件173 Windows中的用途174 備份174 實驗：查看影像卷的設備物件174 “之前的版本”和系統還原175 實驗：導航到“之前的版本”176 實驗：映射卷影像設備物件177 9.8本章總結178 第10章 記憶體管理179 10.1記憶體管理器簡介179 記憶體管理器元件180 內部同步181 檢查記憶體的使用情況182 實驗：查看系統記憶體信息182 10.2記憶體管理器提供的服務184 大頁面和小頁面185 保留頁面和提交頁面187 實驗：保留的頁面對比提交的頁面188 提交限額190 鎖住記憶體190 分配細微性191 共用記憶體和映射檔192 實驗：查看記

憶體映射檔193 保護記憶體194 “不可執行”頁面保護196 實驗：查看進程上的DEP保護199 軟體的資料執行保護200 寫時複製201 位址窗口擴展203 10.3核心模式堆（系統記憶體池）204 記憶體池的大小205 實驗：確定最大的池大小值206 監視記憶體池的使用208 實驗：診斷記憶體池洩漏210 快查表（Look—AsideList）211 實驗：查看系統的快查表212 10.4堆管理器212 堆的類型213 堆管理器結構214 堆同步215 低碎片堆215 堆的安全特性216 堆的調試特性217 pageheap218 容錯堆218 10.5虛擬位址空間的佈局結構219 x8

6位址空間的佈局結構221 實驗：檢查一個應用程式能否感知大位址空間222 x86系統位址空間的佈局結構223 x86會話空間224 實驗：查看會話224 實驗：查看會話空間的使用情況225 系統分頁表項目（PTE，PageTableEntry）226 實驗：查看會話空間的使用情況226 64位元位址空間佈局結構227 x64虛擬定址的限制230 Windowsx64的16TB限制231 動態的系統虛擬位址空間管理233 實驗：查詢系統虛擬位址的用量234 實驗：設置系統虛擬位址的限制值235 系統的虛擬位址空間配額236 使用者位址空間的佈局結構237 實驗：對使用者虛擬位址空間進行分析23

8 映射隨機化239 棧的隨機化240 堆的隨機化240 內核位址空間中的ASLR240 對安全性緩和措施的控制240 實驗：查看進程上的ASLR保護241 10.6地址轉譯241 x86虛擬位址轉譯242 頁目錄245 實驗：檢查頁目錄和PDE245 頁表和分頁表項目246 分頁表項目中硬體和軟體的“寫”位元247 頁面內的位元組248 地址轉譯快查緩衝區248 實體位址擴充（PAE）249 實驗：轉譯地址251 x64虛擬位址轉譯253 IA64虛擬位址轉譯254 10.7分頁錯誤處理255 無效PTE256 原型PTE258 頁面換入I／O259 衝突的分頁錯誤260 聚簇的分頁錯誤26

0 分頁檔261 實驗：查看系統分頁檔262 提交用量和系統提交限額263 提交用量和分頁檔的大小266 實驗：利用工作管理員來查看分頁檔使用量266 10.8棧268 用戶棧268 實驗：創建最大數量的執行緒268 內核棧269 實驗：觀察內核棧的使用量269 DPC棧270 10.9虛擬位址描述符270 進程的VAD271 實驗：查看虛擬位址描述符272 旋轉VAD272 10.10NUMA273 10.11記憶體區物件274 實驗：查看記憶體區物件275 實驗：查看控制區域277 10.12驅動程式檢驗器280 10.13頁面幀編號資料庫284 實驗：查看PFN資料庫287 頁面清單的動

態變化288 實驗：空閒清單和零頁面清單289 實驗：已修改列表和備用列表291 頁面優先順序296 實驗：觀察區分優先順序的備用列表298 已修改頁面寫出器299 PFN資料結構301 實驗：查看PFN項304 10.14實體記憶體的限制305 Windows客戶版本的限制306 32位元客戶的有效記憶體限制307 10.15工作集309 按需換頁309 邏輯預取器310 實驗：窺探預取文件內部312 實驗：觀察預取檔的讀和寫312 放置策略313 工作集管理314 實驗：查看進程工作集大小316 實驗：工作集與虛擬大小316 實驗：在調試器中查看工作集列表317 平衡集管理器和交換器318

系統工作集319 記憶體通知事件320 實驗：查看記憶體資源通知事件321 10.16主動式記憶體管理（Superfetch）322 各個元件322 跟蹤過程和日誌記錄324 場景325 頁面優先順序和重平衡326 魯棒性能328 RAM優化軟體329 ReadyBoost330 ReadyDrive331 統一緩存332 進程反射334 實驗：利用Preflect來觀察進程反射的行為336 10.17本章總結337 第11章 緩存管理器338 11.1緩存管理器的關鍵特性338 單個中心化的系統緩存339 記憶體管理器339 快取一致性339 虛擬塊緩存341 流式緩存機制341 對可恢

復檔案系統的支持341 11.2緩存的虛擬記憶體管理342 11.3緩存的大小344 緩存的虛擬大小344 緩存的工作集大小344 實驗：查看系統緩存的工作集345 緩存的物理大小345 11.4緩存的資料結構347 系統範圍的緩存資料結構347 實驗：查看系統緩存的工作集349 針對每個檔的緩存資料結構350 實驗：查看共用的和私有的緩存表353 11.5檔案系統介面355 從緩存中來回拷貝資料356 通過映射和鎖定介面進行緩存356 通過直接記憶體存取介面進行緩存357 11.6快速I／O357 11.7預讀（ReadAhead）和滯後寫（WriteBehind）359 智能預讀359 回

寫緩存（Write—BackCaching）和延遲寫（LazyWriting）361 實驗：觀察緩存管理器的活動情況362 禁止一個檔的延遲寫出行為367 強迫緩存被直寫（write—through）到磁片上367 刷新映射文件367 實驗：觀察緩存的刷新368 寫節流（WriteThrottling）369 實驗：查看寫節流參數370 系統執行緒370 11.8本章總結371 第12章 檔案系統372 12.1Windows檔案系統格式373 CDFS373 UDF374 FAT12、FAT16和FAT32374 exFAT377 NTFS377 12.2檔案系統驅動程式總體結構378 本

地FSD379 遠程FSD380 鎖定381 實驗：查看已註冊檔案系統的列表383 檔案系統操作387 顯式文件I／O388 記憶體管理器的修改頁面寫出器和映射頁面寫出器392 緩存管理器的延遲寫出器（LazyWriter）392 緩存管理器的預讀執行緒392 記憶體管理器的分頁錯誤處理器393 檔案系統過濾型驅動程式393 進程監視器393 實驗：查看進程監視器的過濾型驅動程式394 12.3診斷檔案系統的問題395 進程監視器的基本和高級模式395 實驗：在一個空閒系統上查看檔案系統的活動395 進程監視器診斷技巧396 12.4公用日誌檔案系統397 列集操作397 日誌的類型398 日

誌的佈局結構400 日誌序號401 日誌塊401 所有者頁面402 虛擬LSN到物理LSN的轉譯403 管理策略404 12.5NTFS設計目標和特性404 高端（High—End）檔案系統的需求404 可恢復性405 安全性405 資料冗余和容錯能力405 NTFS的高級特性406 多資料流程406 實驗：查看資料流程408 基於Unicode的名稱408 通用的索引設施409 動態的壞簇重新映射409 硬連結（link）和交接（junction）409 實驗：創建一個硬連結410 符號（軟）連結和交接（junction）410 實驗：創建一個符號連結412 壓縮檔和稀疏文件412 變化日誌

413 針對每個用戶的卷配額413 連結跟蹤414 加密415 POSIX支持416 磁碟重組416 動態分區417 12.6NTFS檔案系統驅動程式419 12.7NTFS在磁片上的結構421 卷（volume）421 簇（cluster）422 主檔案表格（MFT）423 實驗：查看NTFS信息425 檔記錄號426 檔記錄426 檔案名429 隧道傳輸431 駐留的和非駐留的屬性432 資料壓縮和稀疏文件435 壓縮稀疏資料435 壓縮非稀疏資料437 稀疏文件439 變化日誌檔439 實驗：讀取變化日誌441 索引442 對象ID444 配額跟蹤444 統一的安全性445 重解析點44

7 事務支援447 隔離性448 實驗：理解和管理事務449 事務型API450 資源管理器451 實驗：查詢資源管理器的資訊452 磁片上的實現453 日誌的實現454 恢復的實現455 12.8NTFS的恢復支持455 設計456 中繼資料日誌記錄457 日誌檔服務（LFS）457 日誌記錄類型459 恢復461 分析掃描（AnalysisPass）462 重做掃描（RedoPass）463 撤銷掃描（UndoPass）463 NTFS的壞簇恢復465 自我修復468 12.9加密檔案系統（EFS）安全性469 第一次加密一個檔472 加密檔資料473 解密過程474 加密檔的備份474

實驗：查看EFS信息475 加密檔的複製475 12.10本章總結476 第13章 啟動和停機477 13.1引導過程477 BIOS引導準備477 BIOS引導磁區和Bootmgr481 UEFI引導過程495 從iSCSI引導496 初始化內核和執行體子系統497 實驗：載入器參數塊497 Smss、Csrss和Wininit504 未完成的檔重命名操作507 ReadyBoot509 自動啟動的映射檔510 實驗：Autoruns511 13.2引導和啟動問題的故障檢查511 最後已知的好配置512 安全模式512 安全模式下的驅動程式載入513 能感知安全模式的使用者程式514 安全

模式下的引導日誌515 Windows恢復環境（WinRE）516 引導狀態檔519 解決常見的引導問題520 MBR損壞520 引導磁區損壞520 BCD的錯誤配置520 系統檔損壞521 Windows資源保護522 System儲巢損壞523 啟動畫面之後的崩潰或者掛起523 13.3停機525 實驗：驗證HungAppTimeout值526 13.4本章總結528 第14章 崩潰轉儲分析529 14.1Windows為什麼會崩潰529 14.2藍屏530 Windows崩潰的原因531 14.3診斷崩潰問題533 14.4崩潰轉儲文件535 實驗：查看轉儲檔的資訊539 崩潰轉儲的生

成540 14.5Windows錯誤報告542 14.6線上崩潰分析543 14.7基本的崩潰轉儲分析545 Notmyfault545 基本的崩潰轉儲分析546 詳細的分析547 14.8使用崩潰診斷工具549 緩衝區溢位、記憶體破壞和特殊記憶體池550 實驗：通過驅動程式檢驗器啟用特殊記憶體池552 代碼改寫和系統代碼防寫553 14.9高級的崩潰轉儲分析554 棧破壞555 掛起的或無回應的系統557 實驗：利用LiveKd來生成Hyper—V客戶的轉儲559 當沒有崩潰轉儲時561 實驗：附載一個內核調試器562 14.10對常見停止代碼的分析564 0xD1—DRIVER_IRQL_

NOT_LESS_OR_EQUAL564 0x8E—KERNEL_MODE_EXCEPTION_NOT_HANDLED566 0x7F—UNEXPECTED_KERNEL_MODE_TRAP567 0xC5—DRIVER_CORRUPTED_EXPOOL569 硬體故障571 實驗：藍屏螢幕保護裝置程式572 14.11本章小結572 譯者序一 在所有介紹Windows作業系統的圖書中，我相信都離不開Windows Internals系列提供的資訊。除了公開可見到的Windows原始程式碼以外，本書是披露Windows系統機理最為詳盡的一份資料，尤其對於 Windows的每

一個最新版本。本書第6版專門針對Windows 7和Windows Server 2008 R2進行了大幅度更新。由於篇幅的增加，這一版本改成了上下兩冊來發行，由此也可見本書的“分量”。本書上冊中文版已於2014年4月出版，這幾年間，我 經常收到讀者的詢問，本書下冊是否出版。現在，下冊中文版終於要出版了，讀者們可以如願看到本書了。 在Windows作業系統的發展歷程 中，Windows 7是一個具有特殊意義的版本。它可以算得上是最為複雜的單機作業系統，無論是從代碼規模、代碼複雜度，還是從系統適應場景的複雜程度，都超過了以前所有的 版本。從某種意義上，Windows 7代表了軟體工程的一個頂峰

——人類可以構造出如此複雜且能穩定工作的軟體系統！與此相對應，要用一本書來涵蓋其中的各種機理也同樣是一項艱巨的任務，本書作者基於他們過去所做的大量工作，以及對Windows的深入理解，出色地完成了這一詮釋工作。 本書的權威性毋庸置疑。Mark Russinovich因在Windows內核探索方面所作出的貢獻而成為Microsoft Fellow（現為Azure CTO），本書中用到的大量Sysinternals工具均出自他的手筆。David Solomon長期從事Windows NT內部機理的培訓，他不僅在全球各地培訓Windows系統程式師，甚至也為Microsoft的內部員工提供Wind

ows內核培訓服務，他從本書第 2版開始奠定了卓有成效的敘述風格。Alex Ionescu是一名年輕的駭客型Windows專家，曾經為ReactOS（一個開源的作業系統專案，旨在相容Windows 2000/XP/Server 2003的應用程式）編寫了絕大多數內核代碼。他曾經發現和報告了一些與Windows內核相關的軟體漏洞，也跟David Solomon一起講授Windows內部機理的課程。有如此強大的作者組合，再加上Microsoft的內部支援（包括提供原始程式碼，以及Windows 開發組的細緻解釋），本書無疑是Windows最新版本的第一手技術資料。 每一個對Windows作業系統

有濃厚興趣的讀者都不應該錯過這本書。 本書上冊介紹了Windows的系統架構、系統機制、管理機制、進程與執行緒、安全性和網路。下冊是上冊的直接延續，共有7章，分別介紹了Windows I/O、存儲管理、記憶體管理、緩存管理器、檔案系統、啟動與停機，以及崩潰轉儲分析。每一章都是一個重要話題，讀者既可以在上冊的基礎上繼續深入鑽研 Windows各個子系統，也可以有選擇地閱讀某些章節。在閱讀過程中，最好能動手做一做書中描述的實驗。做這些實驗的門檻並不高，但效果非常好，既可以 讓你直觀地領會Windows內部的一些設計與實現，也可以積累一些洞察Windows內部活動的方法，這些方法對於排查Windo

ws平臺上出現的問題 往往很有幫助。 我與本書的淵源是從第4版（針對Windows XP/Server 2003）開始的，後來第5版（針對Windows Vista/Server 2008）錯過了出版週期，直至這次第6版又有機會翻譯。這三個版本，連同後來的第7版（針對Windows 10/Server 2016）都採用同樣的敘述框架，只是針對最新的Windows版本做了更新。本書講述的內容，雖然是針對Windows 7/Server 2008 R2，但更新幅度較大，尤其是有關64位元系統的介紹，有較多新內容。即使讀者已經在Windows 8或者Windows 10上工作，本書中的內容仍然對你

有價值。另外，如果讀者不滿足于本書Windows系統機理的系列介紹，而希望進一步理解Windows作業系統的源代 碼實現以及內核中的各種基礎演算法，則推薦閱讀另一本書《Windows內核原理與實現》，這是我在Windows XP/Server 2003 SP1內核代碼基礎上寫作的一本講解Windows內核的書，它幾乎將Windows內核大白於天下。 最後，我要特別感謝范德成先生，他在我第4版譯稿的基礎上，更新到了第6版。也要感謝電子工業出版社的編輯劉皎，依然把第6版的翻譯工作交給了我，使我有機會彌補第5版中文版未能出版之缺憾。 潘愛民 2018年1月於杭州 譯者序二 微軟的Windows

作業系統歷經三十年左右的發展，早已成為一個博大精深的桌面及伺服器作業系統，並在市場上獲得了很大的成功。但近十年來，以亞馬遜、穀 歌、Facebook等為代表的互聯網企業在市場和技術兩方面開疆拓土，極大地推動了移動設備、雲計算、大資料和人工智慧等行業的發展，顯著影響了包括微 軟在內的各大傳統軟體巨頭的發展態勢。繼2006年亞馬遜提出雲計算之後，微軟於2008年首度公開Azure虛擬機器雲平臺，SAP也在2012年公開其 應用程式雲平臺。儘管各種新的技術不斷湧現，但本書的定位焦點仍然在Windows作業系統本身，在我看來，這本書的價值依然很高，因為技術的本源有共通 性，Windows作業系統又可謂

是微軟技術的中流砥柱——微軟的Azure雲平臺的作業系統就是基於Windows開發的，其上運行的虛擬機器管理器正是 最早在Windows Server 2008中發佈的Hyper-V。 如果你對Windows作業系統有著濃厚的興趣，自然不應該錯過本書。如 果你是分散式系統架構師，也同樣能從本書中受益。這是因為，分散式系統和作業系統在許多方面都有著或多或少的相似性，對作業系統設計原理的掌握自然會對分 布式系統的設計有重大啟發和幫助。比如，作業系統的執行緒調度和分散式系統的負載均衡、作業系統的磁片緩存和分散式系統的緩存設計、作業系統的檔案系統和分 布式系統的檔案系統、虛擬機器管理器的VLAN和分

散式系統的軟體定義網路（SDN）、作業系統的效能監視器與分散式系統伺服器的性能監視平臺等之間都有不少相似性。 以交易處理為例，Windows Vista中引入了KTM（內核事務管理器，參見本書第12章），它所實現的事務的隔離級別類似於資料庫的READ COMMITTED級別，是一種幾乎所有SQL資料庫都會實現的隔離級別；而分散式系統中的Paxos共識演算法所能實現的分散式事務，其隔離級別也類似於 READ COMMITTED。又以磁片緩存為例（參見本書第11章），作業系統的磁片緩存是強一致性的，而分散式系統緩存可以做成應用伺服器內的，或者是專門的緩 存層，前一種實現對負載均衡調度有特殊要求，

而普通的負載均衡會大大降低緩存命中率從而導致系統性能低下，後一種實現則在網路延遲上稍差些。兩種實現都要 考慮是做成強一致性的還是最終一致性的，前者需要在寫的同時更新緩存，後者則需要自動淘汰舊的緩存資料。緩存的細微性也很重要，細微性過小可能導致索引資料量 過大，這和作業系統磁片緩存的原理是類似的。所以，理解作業系統的知識能拓展眼界，進而對基於這些系統的設計產生正面影響。 此外，理解作業系統的 行為有助於設計性能更高的分散式程式。比如，瞭解作業系統磁片緩存的原理，有助於設計出高性能的物件存儲服務——可以想辦法提高物件存儲在作業系統上的緩 存命中率，或者在必要時禁用作業系統緩存而改為自己實現緩存機制

。又如，瞭解作業系統網路棧的工作模式，有助於編寫做高速網路傳輸的程式，甚至可以深入驅 動程式層面做進一步的性能優化。 我是Windows作業系統的深度使用者，學習和研究了包括Windows、Linux、FreeBSD、 OpenBSD在內的多種作業系統。從1995年首次接觸Windows 3.1開始，就與Windows結下了不解之緣。陸續使用過Windows 3.1、Windows 95、Windows 98、Windows ME、Windows NT 4.0、Windows 2000、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Windows 8

.1和Windows 10等各個版本，還接觸過Windows Server 2000、Windows Server 2003、Windows Server 2008、Windows Server 2008 R2等伺服器版本，以及其上的Microsoft Virtual PC、Virtual Server和Hyper-V虛擬化技術。我會好奇它們有著怎樣的功能和性能，底層是怎樣工作的，為什麼這樣設計而不是那樣設計的；正是因為這種好奇，所 以Windows Internals一直是我十分感興趣的一本書。在完成本書上冊的翻譯工作後，我寫了一篇後記。2012年，當好友高博打電話告訴我有機會參與《深入解析

Windows作業系統》第6版的翻譯時，我非常欣喜。在高博的引薦下，我首次見到了仰慕已久的潘愛民老師。因此我非常感謝高博的引薦和潘愛民老師的認 可，感謝電子工業出版社的劉皎和白濤兩位編輯，本書的出版離不開他們的策劃和編輯。 范德成 2018年1月於上海浦東張江 引言 《深入解析Windows作業系統（第6版）》的讀者物件是那些想要理解Microsoft Windows 7和Windows Server 2008 R2作業系統的核心元件內部工作機理的高級電腦專業人員（包括開發人員和系統管理員）。開發人員利用這些知識，可以在構建Windows平臺上的應用程 序時更好地理解各種設計決策背後的基

本原理，調試複雜的問題。系統管理員也可以從這些資訊中獲益，因為理解了

微軟S2D軟體定義儲存技術實戰

為了解決ntfs檔案大小限制的問題，作者王偉任 這樣論述：

還在為了規劃儲存設備規模大小而苦惱嗎？ 實作微軟S2D軟體定義儲存技術，一次整合運算及儲存資源 　　 　　Microsoft S2D軟體定義儲存技術，最小運作規模只要2台S2D叢集節點主機，即可建構出不輸中階儲存設備的IOPS儲存效能，並且S2D單一叢集最大規模16台及高達600萬IOPS儲存效能。同時，整合S2D HCI超融合部署架構，能夠一次解決VM虛擬主機和Container容器及其他工作負載，在運算及儲存資源方面整合的煩惱。 　　 　　★SDDC軟體定義資料中心願景：了解SDDC願景中重要的組成元件，包括SDC軟體定義運算、SDS軟體定義儲存、SDN軟體定義網路。 　　★S2D部

署模式及環境需求：深入剖析S2D部署模式HCI超融合式與融合式運作架構的差別，以及建構S2D環境時應該採用RAID還是HBA、採用SSD或HDD、採用一般TCP/IP或RDMA、採用NTFS或ReFS檔案系統等議題。 　　★S2D運作架構：深入剖析S2D底層運作架構元件，例如：SSB軟體式儲存匯流排、SSB頻寬管理機制、SBC儲存匯流排快取機制、Storage Pool、ReFS Real-Time Tiering、SMB Direct、RoCE、iWARP、Infiniband、SMB MultiChannel等技術內容。 　　★規劃設計最佳化S2D運作架構：一步一步帶領你挑選CPU處理

器、記憶體、NVMe快閃儲存、SSD固態硬碟、HBA硬碟控制器、RDMA網路卡、10GbE網路交換器、了解SSD與HDD比例原則、S2D叢集大/中/小型運作規模等最佳配置建議。 　　★實戰S2D環境建置：手把手帶領你建構S2D運作環境，包括安裝Windows Server 2016、設定10GbE網路交換器、啟用DCB/PFC特色功能、啟用SMB Direct（RDMA）、啟用SMB QoS原則、建立SET （ Switch Embedded Teaming ）、檢查RDMA運作狀態、檢查SMB MultiChannel運作狀態、建立S2D叢集、啟用Storage Spaces Direct

機制、建立三向鏡像磁碟區、建立雙同位磁碟區、建立雙向鏡像磁碟區、建立單同位磁碟區、建立混合式復原磁碟區、部署VM虛擬主機、Storage Pool最佳化等最佳化組態配置。 　　★IOPS效能測試：從了解IOPS儲存效能的估算開始，慢慢深入如何進行IOPS儲存效能測試，並透過開源工具VMFleet進行S2D環境IOPS儲存效能測試。 　　★S2D維運管理免煩惱：深入了解S2D如何因應各式各樣硬體故障事件、如何查詢S2D運作健康狀態、S2D叢集節點主機如何進入維護模式、如何整合CAU叢集感知更新機制安裝微軟最新安全性更新、實戰水平擴充S2D叢集運作規模（2台→3台→4台）、實戰擴充CSVFS磁

碟區空間等維運管理議題。 　　 　　【定義簡介】 　　軟體定義資料中心（Software Defined Data Center，SDDC） 　　根據Gartner的研究結果顯示，過往IT人員所熟知及打造Mode 1的現代化資料中心（Data Center Modernization）所遭遇的挑戰，主要在於管理及打造企業或組織中有關運算資源、儲存資源、網路資源、硬體設備、虛擬化技術⋯⋯等虛實整合。 　　 　　隨著企業及組織朝向商業數位化模式不斷發展，知名的市調機構Gartner所屬分析師在2015下半年期間，針對100位企業及組織中負責領導IT基礎架構的主管調查結果顯示，有2/3以上的企業及組

織開始建構及整合Mode 2的敏捷式IT基礎架構（Infrastructure Agility）。 　　 　　所謂「基礎架構敏捷化」（Infrastructure Agility），便是著重於IT基礎架構中「Mode 2」的部分也就是因應商業數位化的需求，這些範圍包括： 　　◎將敏捷（Agility）最佳實務概念，充分導入至現代化資料中心的IT基礎架構當中，讓工 作流程及技術人員能夠快速因應現在新興的商業數位化需求。 　　◎深入了解各項使用案例、決策考量、微服務（Micro-Service）、容器引擎⋯⋯等最佳實務 概念。 　　◎將單純的虛擬化運作環境，發展成軟體定義（Software-Def

ined）的基礎架構以達成敏捷 的目的，也就是打造「軟體定義資料中心」（Software-Defined Data Center，SDDC）。 　　◎充份利用彈性的雲端基礎架構部署新世代應用程式（Next-Generation Applications）。 　　◎建構邊緣資料中心（Edge Data Center）平台，以便因應商業數位化及IoT物聯網。 　　◎加強巨量資料分析、Web應用程式、IoT物聯網⋯⋯等部署作業，以便因應現代化行動至 上的商務模式。 　　 　　簡單來說，不管是Mode 1的現代化資料中心或是新興Mode 2的基礎架構敏捷化，在企業或組織的資料中心內硬體資源的組成，不外

乎就是「CPU、記憶體、儲存、網路」等4大硬體資源，而這4大硬體資源又可以簡單劃分為3大類也就是運算、儲存、網路。 　　 　　那麼，接下來我們來看看Mode 2基礎架構敏捷化定義中，透過軟體定義（Software- Defined）的運作概念，如何將「運算、儲存、網路」等硬體資源，轉換成SDC軟體定義運算、SDS軟體定義儲存、SDN軟體定義網路，幫助企業及組織打造成快速因應商業數位化需求的強大IT 基礎架構，最終達成SDDC軟體定義資料中心的目標。 　　 　　軟體定義運算（Software Defined Compute，SDC） 　　軟體定義運算（Software Defined Compu

te，SDC），與SDS軟體定義儲存及SDN軟體定義網路技術相較之下，為基礎架構硬體資源當中最為成熟的技術。事實上，許多企業及組織在建構軟體定義式的IT基礎架構時，最先投入的便是SDC軟體定義運算的部分。 　　 　　然而，談到SDC軟體定義運算便無法不談到x86 伺服器虛擬化（x86 Server Virtualization） 技術，在x86伺服器虛擬化技術尚未風行前，企業及組織的應用程式及營運服務便直接運作在x86硬體伺服器上，這樣的運作架構雖然讓應用程式及營運服務，可以直接獨佔整台x86硬體伺服器所有硬體資源，所以能夠提供良好的工作負載能力。但是，卻容易產生「供應商鎖定」（Vendor

Lock-in）的情況，舉例來說，倘若原本的應用程式及營運服務運作於Dell硬體伺服器上，但是該台x86硬體伺服器發生故障損壞事件時，需要將其上的應用系統或營運服務遷移至它牌硬體伺服器時（例如：HPE或Lenovo）是非常困難的。 　　 　　事實上，談到虛擬化技術一般IT管理人員通常都會聯想到VM虛擬主機，然而這個情況從2013年Docker的出現而發生重大的改變。其實，Docker並非是「容器」（Container）技術，而是一項用來管理及調度容器環境的技術，讓IT管理人員能夠不用費心處理容器的管理作業，便能達到輕量級作業系統虛擬化解決方案的目的。 　　 　　微軟官方也在Windows Se

rver 2016雲端作業系統中，與Docker合作推出Windows Server Container及Hyper-V Container技術，讓Hyper-V虛擬化平台成為同時運作VM虛擬主機及Container容器的最佳運作環境，輕鬆幫助管理人員達成Bimodal IT的雙重IT基礎架構，幫助企業及組織在傳統及新興架構之間找到最佳平衡點。 　　 　　軟體定義儲存（Software Defined Storage，SDS） 　　軟體定義儲存（Software Defined Storage，SDS），為企業及組織帶來儲存資源的潛在好處，便是能夠提升靈活性並降低整體維運成本。因此，企業及組織

的CXO們應尋找及確認能夠更好提供「總體擁有成本」（Total Cost of Ownership，TCO）的SDS軟體定義儲存解決方案，同時選擇的SDS解決方案必須具備效率及可擴充性等特性，以便因應不斷增加的資料量並且能夠擺脫儲存設備的硬體限制。 　　 　　目前，在SDS軟體定義儲存解決方案市場中尚未有明確的市場領導者出現。雖然，SDS軟體定義儲存解決方案具備可程式性及自動化等好處，但是仍須考量對於「運算」及「網路」所造成的影響。同時，所建立的SDS儲存資源必須要能夠融入IT基礎架構中而非再以孤島的方式運作。 　　 　　在微軟新世代Windows Server 2016雲端作業系統當中，SD

S軟體定義儲存技術是由Windows Server 2012 R2當中的Storage Spaces技術演化而來，在Windows Server vNext開發時期稱為Storage Spaces Shared Nothing，在Windows Server 2016的正式名稱則為S2D（Storage Spaces Direct）。 　　 　　軟體定義網路（Software Defined Network，SDN） 　　根據CIO的調查結果顯示，有86%的企業及組織CIO正計畫將內部資料中心及基礎架構進入Bimodal IT環境（相較於往年增加20%），透過將過去3層式網路架構遷移至Spin

e- Leaf網路架構讓整體網路環境簡單化，並結合軟體定義網路（Software Defined Network，SDN）技術， 以SDN Network Control Plane來管理Mode 2的資料中心， 以便因應東-西（East-West）向的網路流量，並採用模組化架構以便輕鬆進行自動化部署，同時結合Ansible、Puppet、Chef 等自動化組態設定工具，讓企業及組織的網路架構更適合DevOps環境，並往基礎架構即程式碼（Infrastructure as Code）的方向進前。 　　 　　微軟新世代Windows Server 2016雲端作業系統當中，「軟體定義網路」（So

ftware Defined Network，SDN）技術內的重要角色「網路控制器」（Network Controller），以及透過SDN技術管理「網路功能虛擬化」（Network Functions Virtualization，NFV）運作環境， 進而幫助企業或組織在資料中心內建構網路虛擬化環境。 專業強力推薦 　　◎微軟雲端開發體驗暨平台推廣事業部技術社群行銷經理～張嘉容 　　◎DELL大中華地區企業解決方案資深副總～梁匯華 　　◎Lenovo區域解決方案首席顧問～黃國柱 　　◎Intel Global account in Sales & Marketing Group

– Sales Director in Cloud Data Center～Benny Wang  

太陽能車電控系統

為了解決ntfs檔案大小限制的問題，作者陳詠仁 這樣論述：

本論文是以太陽能車的電控系統來進行研究；主要是將太陽能車上的太陽能MPPT模組、馬達以及電池的各項參數值來使太陽能車達到儀表顯示的效果。在系統核心的使用上，本研究將以Microchip 生產的單晶片PIC18F4620來進行參數的擷取。其中，所要擷取的參數分別為：馬達電流、馬達速度、MPPT模組電流、電池電壓、電池電流、電池溫度。當擷取完上述的六項參數值之後，再利用繪圖型LCD顯示器呈現出當時的數據。同時為了讓太陽能車的駕駛員，能夠充分的瞭解太陽能車於使用時的現況。因此，本研究中，在駕駛員所使用的儀表，乃是利用擷取MPPT模組、馬達以及電池所獲得的各項參數值來加以設計。如此一來，可以讓駕駛員

清楚車子目前的性能，進而達到有效的操控。此外，為了進一步充分發揮車子的各種性能，在太陽能車上裝置的SD Card，就可以幫我們將太陽能車全部行經的路程，把所得到各項參數值，做為儲存之用。藉由此設計，不但可以為日後太陽能車的參數設定做為調整的依據，使其性能更加完善。更可經由這些累計的數據，從中得知故障的所在，進而縮減人力、時間的消耗以達快速維修之目的。本論文所設計的方式是SD Card來作為儲存當時的系統所提供的記憶空間，之後可以將SD Card所儲存的訊號資料利用電腦來進行資料分析，而PIC18F4620與SD Card之間的通訊是利用串列傳輸中的SPI模式。這樣以後當太陽能車在行駛時，太陽能

車電控系統可以一邊進行太陽能車的系統監控，一邊又將所儲存到的訊號資訊給記錄在SD Card，以後可以經由SD Card來進行分析，之後可以將太陽能車的性能作更加好的提升。關鍵字：最大功率追蹤、太陽能、單晶片、繪圖型LCD、SD Card