Native windows что это

Для приложений обеспечивается производительность на уровне машинного кода. Как правило, производительность будет значительно выше, чем если бы код сначала компилировался в промежуточный язык, а затем в машинный код JIT-компилятором.

Можно продолжить программировать в C# или Visual Basic.

ускоренное выполнение для большинства приложений и сценариев;

ускоренная загрузка для большинства приложений и сценариев;

низкая стоимость развертывания и обновления;

оптимизированное использование памяти приложением.

.NET Native использует ту же серверную часть, что и компилятор C++, который оптимизирован для статических сценариев предварительной компиляции.

.NET Native может обеспечить производительность на уровне C++ для разработчиков управляемого кода, так как эта технология использует те же или аналогичные средства, что и C++, как показано в этой таблице.

Источник

VHD Native Boot снаружи и внутри

Цель настоящей статьи — рассказать о моем опыте работы с весьма полезной и не слишком хорошо известной функцией Windows, которая называется VHD Native Boot, то есть способности загружаться с виртуального жесткого диска формата VHD/VHDx.

Начиная с 7-й версии, в Windows появилась возможность создавать виртуальные диски VHD/VHDx (далее просто VHD), а также подсоединять и отсоединять их через графический интерфейс «Управление дисками» и утилиту командной строки diskpart. Кроме этого, Windows научилась с таких дисков загружаться, и все бы ничего, но этот самый Native Boot был доступен только обладателям старших версий, то есть от Pro и выше. Очевидно, что это было лишь маркетинговое ограничение, потому что с появлением Windows 10, а я проверял Anniversary Update (1607) и Creators Update (1703), никаких ограничений больше нет. Это работает и в Windows 10 Home, причем она может выступать как в роли хоста, так и в роли гостя. О том, как это выглядит и как это можно использовать, вы узнаете ниже.

С давних пор меня интересовала идея использования виртуализации применительно к рабочему компьютеру, внутренней виртуализации, если так можно выразиться. Как полезны и удобны виртуальные машины для разработчиков-программистов, специалистов по безопасности, тестированию. А вот до уровня домашнего/рабочего компьютера и его операционной системы это дело все никак не доходило. Ну, очевидно же, что если операционная система — такой сложный и чувствительный компонент, нельзя огульно доверять ее пользователю, он ее так и норовит чем-нибудь заразить или повредить. Да, есть резервное копирование и восстановление из точек восстановления (то есть из теневой копии), и это отличные вещи. Но это весьма чувствительные к ошибкам компоненты, и могут не спасти, кроме того, многие зловреды умеют удалять теневые копии, не оставляя пользователю шанса. Хотелось бы что-то простое и банальное на уровне copy-paste, чтобы «упавшую» или «испортившуюся» систему вернуть в рабочее состояние в течение нескольких минут. Конечно, идеально было бы, чтобы решение было в самой системе, просто заложено в ней. Hyper-V все же не совсем то, хотя может быть его и допилят до требуемого уровня. Ведь хочется, чтобы все возможности машины, все ее железо, вся мощь были доступны, с минимальными жертвами.

Использование виртуального жесткого диска вместо реального кажется вполне допустимой жертвой с учетом того, что вся система умещается в один файл, и достаточно этот файл время от времени копировать куда-то «в сторонку», и всё будет хорошо. Ведь копировать один файл, пусть и большой, явно проще, чем десятки тысяч. Кроме того, такой файл можно легко использовать для развертывания Windows в организации.

Когда есть несколько (немного) типов компьютеров, достаточно установить систему и все требуемое ПО на VHD, а потом просто скопировать этот файл на все аналогичные компьютеры, сведя работы на местах к минимуму. Неплохо было бы иметь некую оболочку, без загрузки Windows, что-то типа «консоли гипервизора», позволяющую попадать в нее и работать с VHD на уровне файлов, копировать, заменять, обновлять и т.д. Тем более, что сама Windows такую оболочку в своем составе имеет, и называется она Windows Recovery Environment, далее WinRE. Давайте посмотрим, как все это выглядит на практике.

1. Установка Windows на VHD с нуля

Эта тема широко освещена в Сети, существуют десятки толковых руководств (см. ссылки в конце статьи), поэтому я остановлюсь лишь вскользь, попутно рассматривая возможные варианты.
В целом все сводится к нажатию волшебной комбинации Shift-F10 в момент, когда компьютер загрузился с установочного диска. Параллельно открывается окошко командной строки, где следует, используя diskpart, отформатировать и разметить реальный жесткий диск (если компьютер/диск новый) и создать VHD требуемого объема. Для простоты я буду рассматривать установку 64-разрядной версии и жесткие диски с MBR.

Итак, жесткий диск разбит, папка VHDs на соответствующем томе создана, теперь в diskpart надо создать виртуальный жесткий диск в этой папке, дав ему понятное имя, и выполнить присоединение, тогда тому виртуального диска будет присвоена очередная буква. Теперь можно вернуться в окно установки Windows и выбрать именно эту букву для установки. Всё, дальше программа установки все сделает сама. В том числе и добавит нужную запись в файл BCD.

Сразу скажу, что использовать bcdedit мне показалось уж слишком жестоким самоистязанием, поэтому я позволил себе использование одного стороннего инструмента для манипуляций, это утилита Bootice соответствующей разрядности. Предположим, он у вас есть на том же установочном диске. Если нет, в дальнейшем я покажу, как его можно «закинуть» в нашу оболочку «гипервизора».

Итак, для демонстрации пусть у меня есть один жесткий диск 25 Gb (я воспользуюсь любимым Virtualbox для показа), в нем один раздел, там папка VHDs, где я создал виртуальный диск, а на него установил Windows 10.

Вот так будет выглядеть меню загрузки системы в Bootice (раздел BCD, Easy Mode)

Здесь 25 Gb C: это тот «физический» диск, на котором я создал виртуальный размером 20 Gb и куда установил Windows 10. Все прекрасно, но дальше нам нужно создать оболочку для управления. Как известно, WinRE всегда устанавливается вместе с Windows и приходит на помощь тогда, когда обнаруживаются проблемы с загрузкой. Нам же она нужна для другой цели, я хочу попадать туда для работы с VHD-файлами. Добавим пункт WinRE в меню загрузки. Для этого в Bootice воспользуемся Professional Mode, последний объект в списке слева это как раз Windows Recovery, справа видно его расположение на VHD:

Этот объект, вернее, ссылку на него, надо добавить в список меню загрузки, выберем вверху слева ветвь Windows Boot Manager, в правой панели выберем пункт Display Order и добавим пункт про WinRE из выпадающего списка:

Теперь пункт Windows Recovery Environment будет показываться в загрузочном меню системы, в чем мы можем убедиться, вернувшись в Easy Mode:

Осталось перезагрузиться и выбрать второй пункт, начнется загрузка WinRE, а там нас интересует только пункт Поиск и устранение неисправностей, Дополнительные параметры, Командная строка. Все это напоминает и программу установки Windows, и прародителя WinRE, широко известную Windows Preinstallation Environment. Отсюда, собственно, и начинается работа с оболочкой, и не так важно, какую именно вы выберете, поскольку там все приблизительно одно и то же.

Наш основной жесткий диск оказывается в ней диском C:, в его папке VHDs обнаруживается наш master.vhd, и мы можем спокойно его куда-нибудь скопировать. В WinRE волшебной командой мы подключаем сеть:

автоматически выбирается и запускается драйвер сетевого адаптера, получается ip-адрес от сервера DHCP, и мы можем работать с сетью. В Virtualbox я могу подключить сетевую папку такой командой:

и оттуда уже скопировать необходимые инструменты для работы в оболочке. Так как выбрана версия x64, то и программы, запускаемые в WinRE, должны быть x64, никакие суррогаты не запустятся.

Помимо Bootice легко добавляются Far Manager, 7-zip, а с ними уже как-то повеселее. Мне удалось найти даже работающий веб-браузер Palemoon Portable, а уж с ним загрузить из Сети необходимые компоненты совсем легко. Прекрасно установился cygwin64, что открывает путь для ssh/rsync в смешанных средах. Дальше понятно, у нас есть возможность спокойно архивировать и копировать файлы vhd. Если что-то не так в master.vhd, мы загружаемся в WinRE и забираем его резервную копию из сетевого хранилища, затем выходим из WinRE и получаем нашу систему обратно.

Прямо из оболочки WinRE при помощи diskpart или Bootice можно создать новый VHD диск, запустить программу установки Windows, если хочется добавить какую-то иную версию и установить эту новую Windows на новый VHD, нужный пункт в меню загрузки ОС добавится сам.

Осталось только подстраховаться на тот случай, если с master.vhd все настолько плохо, что и в оболочку WinRE не загрузишься, ведь она часть этого диска. Конечно, это не смертельно, всегда можно загрузиться с установочного диска Windows и нажать Shift-F10, но приложив определенные усилия, можно сделать так, чтобы WinRE находилась на нашем хост-диске, и грузиться в нее оттуда. Загрузочное меню будет выглядеть так:

2. Установка Windows на VHD на работающем компьютере

Не представляет никакой проблемы добавить на имеющемся компьютере дополнительную операционную систему, создав новый VHD и присоединив его, а затем запустив программу установки и выбрав букву, назначенную для присоединенного диска. Намного более сложной задачей будет перенос текущей конфигурации, уже установленной на физическом диске системы на диск виртуальный. Здесь приходит на ум несколько вариантов. Первый, о котором я вспомнил, это использовать Windows Backup, ведь он как раз создает файл VHD (vhdx) в режиме создания образа системы. Казалось бы, всё, что требуется — это добавить ссылку на такой VHD в меню загрузки и посмотреть, что выйдет. Так я и сделал, при первой загрузке Windows выдала ошибку, а при всех последующих старательно что-то загружалось, очень долго, и даже промелькивало окошко с картинкой экрана блокировки первоначальной системы, но так и исчезало опять. Не знаю почему, но с VHD-диска, полученного из backup’а, Windows загрузить не удается. Пришлось идти иным путем, воспользоваться Disk2vhd из комплекта Sysinternals.

Все довольно просто, выбираешь раздел физического диска, или весь диск, и Disk2vhd делает из него VHD-файл:

3. Использование дифференциальных VHD

В особо ненадежных средах, на публичных компьютерах или при проведении каких-то опасных экспериментов, может пригодиться возможность использования дифференциальных VHD-дисков, на которых записывается только разница, изменившаяся информация, а оригинальный VHD остается без изменений. Ясно, что для начала надо уже иметь работающую систему на VHD-диске, а потом добавить вариант с дифференциальным диском. Создать такой диск можно в diskpart или все в том же Bootice. Пусть master.vhd наш основной диск, создадим для него дифференциальный child.vhd, нажав кнопку Create:

Теперь нужно добавить/исправить в BCD пункт, отвечающий за загрузку с VHD, указав вместо master.vhd дифференциальный child.vhd.

Для этого воспользуемся Professional Mode в Bootice, сделаем копию имеющегося пункта Windows 10 (правая кнопка мыши, Duplicate this entry) и переименуем новый в Windows 10 Child VHD. Теперь в этом пункте исправим ApplicationDevice и OsDevice, изменив имя vhd-файла:

Всё, теперь нужный пункт добавлен в загрузочное меню. Если выбрать Windows 10 Child VHD, Windows запустится и с этого момента будет все изменения записывать в child.vhd. Следует учесть, что под child.vhd в момент загрузки будет зарезервировано столько же места, сколько указано в master.vhd, то есть в нашем случае 20 Gb, пусть его реальный размер в сотни раз меньше. Время от времени имеет смысл выполнять процедуру слияния (merge), то есть отправлять накопленную разницу из child в master, чтобы ничего не потерять. Дело в том, что стоит вам загрузиться не в child, а в master или даже WinRE на основе master.vhd, то связь между master и child будет нарушена, придется чинить child, но Bootice и это умеет:

4. Рекомендуемая конфигурация физического диска при работе с загрузочными VHD

Я бы предложил разметить физический диск следующим образом.

Один раздел, достаточно большой, оставить под хранение файлов VHD, тут все зависит от того, сколько разных VHD вам понадобится. Минимально для установки Windows x64 требуется 20 Гб, можно создавать динамические диски, то есть увеличивающие свой реальный размер только по мере их внутреннего наполнения. Но еще раз подчеркну, в момент загрузки динамического VHD Windows резервирует под него место в соответствии с указанным максимальным размером.

Microsoft советует использовать VHD фиксированного размера в производственной среде, а динамические — только для тестов, но я особой потери производительности у динамических VHD не ощутил.

Второй раздел я бы предпочел создать для данных пользователя и набора портативных приложений, если требуется, например, загружаться с разных VHD, а работать с одними и теми же файлами и программами. Такое деление может быть полезным еще и для того, чтобы раздел с VHD вообще скрыть, во избежание неразумных действий конечного пользователя.

А скрыть раздел можно при помощи вот такого нехитрого сценария для diskpart, с учетом выбранного диска и раздела для хранения VHD.

Теперь раздел скрыт, буква ему не присвоена, однако Windows все равно будет грузиться с VHD, хранящегося в этом разделе. Единственный нюанс — выбор места на физическом диске для файла подкачки. Если он выбирается системой, и это как раз тот раздел, который будет скрыт, каждый раз при старте Windows будет спрашивать, где же создавать файл подкачки.

А чтобы вернуть ларчик назад, достаточно в diskpart выполнить команду

Источник

Native приложения. Первые шаги

Native приложения — это программы, предназначенные для выполнения на операционных системах Windows семейства NT (NT/2000/XP/2003/Vista/7), способные запускаться на раннем этапе загрузки Windows, до окна входа в систему и даже до запуска каких-либо подсистем Windows. Синий экран при загрузке Windows XP, в котором, например, происходит проверка диска и есть тот самый режим. Native приложения используют только Native API, они могут использовать только функции, экспортируемые из библиотеки ntdll.dll. Для них недоступны функции WinAPI.

Native приложения запускаются на экране, который возникает до появления окна входа в систему. Примером native приложения является приложение chkdsk, которое запускается перед входом в Windows, если предварительно была запущена проверка системного раздела на ошибки и отложена до перезагрузки. Приложение работает, выводя сообщения экран, а затем происходит обычный запуск Windows.

Преимущества использования этого режима: большая часть компонентов Windows ещё не запущена, отсутствуют многие ограничения. Этот режим, например, используется в приложениях, которые хотят что-то сделать с системным разделом Windows, но не могут, пока запущена операционная система: дефрагментаторы, конверторы файловой системы, и тому подобные утилиты.

Моя программа Native shell запускается до экрана входа в систему и предоставляет интерфейс командной строки с возможностью перемещаться по файловой системе Windows, копировать и удалять файлы, просматривать некоторую информацию об операционной системе и запускать другие процессы, способные выполняться в native-режиме, такие как autochk.exe и autoconv.exe. Доступны исходные коды программы на языке Си.

Загрузочные экраны native режима разных версий Windows:

— Синий экран Windows XP.	Серый экран Windows Server 2003
Чёрный экран Windows Vista	Чёрный экран Windows 7

Что нужно знать:

Native приложения используют Native API. Оно частично документировано в MSDN для использования при написании драйверов. Но документированы не все функции. Информацию по остальным нужно брать из неофициальных источников. Например, на сайте http://undocumented.ntinternals.net/

Для программирования нужны прототипы функций Native API, но в заголовочных файлах WDK присутствуют не все определения. Нужно использовать альтернативные заголовочные файлы, содержащие в том числе и определения недокументированных функций и типов данных. Например, можно воспользоваться заголовочными файлами Native Development Kit (NDK), которые доступны здесь.

При необходимости, native-приложение можно запустить и не перезагружая компьютер. Для этого следует воспользоваться утилитой nrun.exe. Но загрузочный экран от этого не появится, и вам следует придумать, как ещё взаимодействовать с вашим приложением, если нужна интерактивность. В исходном коде nrun можно посмотреть, как реализован запуск native-процессов с использованием недокументированных функций Native API.

У native приложений точка входа не main и не wmain, а NtProcessStartup. В PE-заголовке EXE-файла есть специальное поле, означающее подсистему, в которой выполняется приложение. У native приложений в это поле установлено специальное значение, означающее, что EXE не требует подсистемы. У обычных приложений ставится значение, соответствующее подсистемам «Windows GUI» или «Windows console». Native приложения не запускаются в обычном режиме работы Windows. При попытке запустить программу Windows выдаёт сообщение «Приложение нельзя запустить в режиме Win32».

Вывод кириллицы на экран по-умолчанию в этом режиме не поддерживается. Есть способ обойти это ограничение, впрочем, способ сложный и пока работает только на Windows XP.

Заготовка проекта Native приложения

Возможно также разрабатывать и собирать Native-приложения прямо в Visual Studio, без использования компилятора WDK. О том, как это сделать, написано в статье Сборка Native API-приложения в Visual Studio 2010.

Источник

«Намертво прибитая к ядру» графическая подсистема

То, что принято называть «графикой в ядре» обычно относится к win32k. Win32k.sys представляет собой ядерную часть графической подсистемы. Загружается пользовательским процессом smss.exe в процессе инициализации всех остальных подсистем. Путь к исполняемому образу для «kmode» подсистемы прописан здесь:

Как же это происходит?

Здесь (на стек трейсе в нижней части скриншота) хорошо видно, что инициирует загрузку win32k процесс пользовательского режима smss (который в том числе инициализирует файлы подкачки, реестр, переменные окружения, сохраняет дамп памяти, если до этого был bugcheck, при посредстве wininit запускает service control manager и local security authority subsystem, создает logon сессии и т.п..), а одна из первых вещей, которые делает сам win32k — это «налаживание связей» с ядром. И вот зачем: win32k находится на более высоком уровне по сравнению с ядром, поэтому ядро не может иметь зависимость (под «зависимостью» в данном случае понимается классический «reason to change») от (конкретной реализации) win32k, но и ядро и win32k могут безопасно зависеть от интерфейса. Таким интерфейсом является структура KWIN32_CALLOUTS_FPNS и функция для регистрации конкретной реализации этого интерфейса в ядре — PsEstablishWin32Callouts.

Кроме того, win32k регистрирует несколько типов объектов (в частности Desktop и WindowStation) через интерфейсы общего назначения, предоставляемые Object Manager-ом.

Таким образом НИКАКИХ зависимостей от win32k у ядра нет. Более того, до NT4 все user/gdi API обрабатывалось в csrss и, естественно, тормозило. Начиная с NT4 ЧАСТЬ user/gdi примитивов была перенесена в ядро для повышения производительности.

В общем win32k можно полностью убрать, можно заменить собственной ядерной частью, а можно реализовать все полностью в пользовательском режиме (используя, например, ioctl-ы для связи с ядром), но это будет тормозить. Единственная причина, по которой это не делается — потому что это не нужно. Можно написать по-другому — да, написать существенно лучше — вряд ли. Ну а переписывание ради самого переписывания — не лучшая идея.

Практика — критерий истины или «MinWin на коленке»

Итак, если вдумчиво прочитать то, что написано в предыдущем разделе, можно догадаться, что нам нужно заменить smss на такой, который не инициализирует подсистемы, но при этом все еще остается более-менее интерактивным. smss.exe — это обычный native процесс (приближенно, native приложение — это такое приложение, которое линкуется только с ntdll.dll и соотственно использует для работы только Native API). К счастью для меня Alex Ionescu — бывший главный разработчик ReactOS — уже написал подобное приложение в рамках (давно закрытого) проекта tinykrnl. Это приложение не собирается под amd64, не собирается на последнем WDK, имеет несколько багов, но в целом работает. Следующую картинку можно открыть архиватором — там содержатся исходники и скомпилированный amd64 бинарник небольшого приложения native.exe:

Прошу меня простить, но я не могу выложить готовый образ потому что это нелегально, поэтому выкладываю код, который может собрать vhd-образ из инсталляционного образа.
Следующий код можно исполнить ТОЛЬКО на Win7. Соханить его куда нибудь во временный каталог под именем, к примеру minwin.ps1, положить рядом install.wim (находится в каталоге \sources) c en-us инсталляционного диска Windows 7 (это важно — копируются только нужные для этой локализации NLS файлы), сохранить в этот каталог файл native.exe из прикрепленной выше картинки, перейти в этот самый каталог в elevated консоли и выполнить следующее:

Для краткости:
1. Рядом в одном каталоге должны лежать следующие файлы: minwin.ps1, install.wim и native.exe
2. Запускать minwin.ps1 нужно только после смены текущего каталога на каталог, содержащий вышеназванные файлы

Дисклеймер: все нижеследующее Вы делаете на свой страх и риск. Команды довольно очевидны и не должны нанести никакого вреда, но это «наколеночное» творчество, поэтому оно не обязано работать в любых условиях. Не выполняйте этот скрипт, если Вы не понимаете значение КАЖДОЙ команды (тем более, что выполнение должно производиться из-под повышенного пользователя). Если нет — ниже приведена картинка того, как это в конце концов выглядит. В упрощенном варианте можно просто переименовать native.exe в smss.exe, скопировать его поверх существующей smss.exe в уже загруженной виртуальной машине (подойдет любая x64 винда — от XP до 7) и перегрузиться.
Сам скрипт:

Выглядит это примерно так:

Если все сделано правильно (и при определенном везении 🙂 ), то через какое то время в том же каталоге появится файл disk.vhd — его можно запускать в виртуальной машине (тестировалось в VirtualBox, но не вижу причин, по которым это не должно работать в Virtual PC, Hyper-V или еще где нибудь):

Источник