探秘 Windows 7 系統(tǒng)中的 POSIX 子系統(tǒng)

2010/6/26 20:39:09    編輯：SnakeWind     字體：【 大 中 小】

Win7之家（ m.airtaxifl.com）：探秘 Windows 7 系統(tǒng)中的 POSIX 子系統(tǒng)

《Windows Internals 5e》第二章開頭提到了1989年Windows NT最初設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)要求，其中倒數(shù)第二條是：

Meet government requirements for POSIX 1003.1 compliance。

Windows NT一直提供了POSIX子系統(tǒng)，但是在最近的若干版本中，一直沒有默認(rèn)安裝上。

要在Windows 7中安裝，第一步是在“打開或關(guān)閉系統(tǒng)功能”中選中“基于UNIX的應(yīng)用程序子系統(tǒng)”一項(xiàng)，如圖所示：

稍等過后,我們就可以使用基于Windows NT的POSIX子系統(tǒng)的POSIX應(yīng)用程序了。...好拗口，不過咱還是得稍微提醒一下，就算使用POSIX的庫(kù)，但是如果不是使用基于Windows的編譯器，還是沒法運(yùn)行的。從這個(gè)角度說，POSIX子系統(tǒng)也就是方便了UNIX應(yīng)用程序到Windows的移植罷了。順便提一下，Windows的POSIX子系統(tǒng)是基于POSIX.1(IEEE.Std 1003.1-1990;ISO/IEC 9945-1:1990)的.我們不妨稍微看看POSIX子系統(tǒng)給我們帶來的新組件：

其中，%SystemRoot%/System32/psxss.exe是POSIX子系統(tǒng)的環(huán)境子系統(tǒng)進(jìn)程的映像，其地位就像csrss.exe之于Windows子系統(tǒng)一樣。psxss.exe將會(huì)在系統(tǒng)首次運(yùn)行POSIX應(yīng)用程序的時(shí)候啟動(dòng)，其生命周期一直截止到系統(tǒng)關(guān)閉為止。psxdll.dll就是POSIX庫(kù)文件，對(duì)POSIX庫(kù)的調(diào)用最終都將落到它的手中。...不過它的主要任務(wù)其實(shí)是將POSIX系統(tǒng)調(diào)用轉(zhuǎn)換為Windows系統(tǒng)調(diào)用，再調(diào)用Windows子系統(tǒng)的相關(guān)功能來完成任務(wù)。畢竟是Windows的地盤，有道是強(qiáng)龍難壓地頭蛇，更何況這地頭蛇的能耐還不輸強(qiáng)龍呢。再看那個(gè)%SystemRoot%/posix.exe，它將會(huì)成為POSIX子系統(tǒng)的會(huì)話管理進(jìn)程，只要有任何POSIX應(yīng)用程序運(yùn)行，它就會(huì)存在；而如果所有POSIX進(jìn)程都已經(jīng)終結(jié)，這個(gè)進(jìn)程也會(huì)被殺死。

但是現(xiàn)在我們還是不能自行編寫POSIX應(yīng)用程序，也不能像在Unix中一樣使用C Shell和Unix Perl，這些都是需要額外下載的。微軟提供了Utilities and SDK for Subsystem for UNIX-based Applications，其中包含了一系列源于SVR-5和BSD的實(shí)用程序和命令，開發(fā)所需的頭文件和庫(kù)，以及一套Unix Perl（呃...ActivePerl的Windows版本和Linux版的Perl咱也有...咱都快變成Perl收藏家了...），還有Visual Studio調(diào)試插件（windows 7的版本是for Visual Studio 2003/2005/2008的，不支持2010；Vista的版本不支持2008）。

現(xiàn)在在開始菜單中應(yīng)該已經(jīng)有Subsystem for UNIX-based Application子菜單了。展開它看看,一共有兩個(gè)菜單項(xiàng):Download Untilities for Subsystem for UNIX-based Applications和What’s new in Subsystem for UNIX-based Applications兩項(xiàng)。Download Untilities for Subsystem for UNIX-based Applications就是指向Utilities and SDK for Subsystem for UNIX-based Applications下載頁(yè)的鏈接——不過是Windows Server 2008和Windows Vista的版本-_-|||請(qǐng)使用What’s new in Subsystem for UNIX-based Applications首頁(yè)上提供的鏈接（最終會(huì)指向http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?FamilyID=dc03485b-629b-49a6-b5ef-18617d1a9804&displaylang=en）下載基于Windows 7和Windows Server 2008 R2的版本——不只是版本更新，體積也變得小多了，由450M左右下降到了250M左右（說起來Windows SDK的體積也由Windows Vista的1.5G下降到了700M左右了，挺厲害的啊...）

現(xiàn)在開始菜單中應(yīng)該已經(jīng)有了更多選項(xiàng)了：

嗯，除了超鏈接和幫助之外就全是我們剛剛裝上的那些工具中的Shell那部分了。微軟為POSIX子系統(tǒng)提供了數(shù)百款來源于UNIX的工具可以使用，而這些工具都是基于Windows POSIX子系統(tǒng)直接使用GNU原生的代碼編譯的�？梢哉f這幾百個(gè)工具也是Windows POSIX子系統(tǒng)對(duì)于POSIX.1提供的良好支持的明證...只是，那個(gè)版本實(shí)在是太舊了...上一個(gè)圖對(duì)比一下微軟為POSIX子系統(tǒng)提供的vim工具和opensolaris 2009.06當(dāng)中提供的vim工具：

由圖可見，微軟提供的還是14年以前的版本呢。雖然不是不能理解，不過微軟對(duì)這個(gè)POSIX子系統(tǒng)還真是不上心啊...

注意，啟動(dòng)Shell（我用的是C Shell）之后的當(dāng)前目錄好像是當(dāng)前用戶的目錄...確實(shí)是UNIX的風(fēng)格的說...可以輸入cd /跳轉(zhuǎn)到根目錄下。輸入ls -l看看~哈哈，充滿UNIX風(fēng)格的目錄列表呈現(xiàn)在面前。不過，這些目錄都是原原本本的Windows目錄，而根目錄其實(shí)就是你在安裝Untility and SDK for SUA時(shí)選擇的目錄。正因如此，你會(huì)發(fā)現(xiàn)所有目錄的owner竟然都是Windows的用戶組：

如果要通過POSIX子系統(tǒng)造訪Windows的文件系統(tǒng)，請(qǐng)先進(jìn)入/dev/fs下。該目錄下面的虛擬目錄，就是你的Windows磁盤驅(qū)動(dòng)器的映射。提醒一下，UNIX是區(qū)分大小寫的哦。

微軟為POSIX子系統(tǒng)提供了兩套GCC，分別是3.3和4.2.0...呃，后者還是GCC第一個(gè)支持OpenMP的版本。我們不妨試著編譯UNIX-Only的程序看看。話說我對(duì)UNIX編程實(shí)在不太擅長(zhǎng)，因此就寫一個(gè)簡(jiǎn)單的fork好了。

Test1.c
  1. #include <unistd.h>
  2. #include <stdio.h>
  3. int main(int argc,char **argv){
  4. if(fork())
  5. printf("This is parent process.\n");
  6. else
  7.         printf("This is child process.\n");
  8.  
  9. return 0;
  10. }

然后輸入如圖的命令，別忘了修改成自己的路徑，然后就可以執(zhí)行看看了。寫代碼當(dāng)然可以使用vi了，不過我用的是UltraEdit。別忘了保存的時(shí)候?qū)⒕幋a選成ASCII，把換行符選成UNIX樣式咯。

OK，這樣就運(yùn)行出來了。話說，gcc的反應(yīng)好象比在OpenSolaris里面慢一點(diǎn)啊。就這么抵觸微軟嗎？

不過這里編譯出來的應(yīng)用程序，自然是沒法在UNIX操作系統(tǒng)下運(yùn)行的。相反，只要給它加上個(gè)exe后綴，就可以像平常運(yùn)行Windows應(yīng)用程序一樣通過POSIX子系統(tǒng)運(yùn)行它。作為本文的結(jié)束，我們來做一個(gè)小小的實(shí)驗(yàn)：

首先，稍微修改一下剛剛的代碼：

隱藏行號(hào) 復(fù)制代碼 ？ Test1.c
  1. #include <unistd.h>
  2.  #include <stdio.h>
  3.   
  4. int main(int argc,char **argv){
  5. if(fork()){
  6. printf("This is parent process.\n");
  7. for(;;);
  8. }
  9. else{
  10. printf("This is chile process.\n");
  11. for(;;);
  12. }
  13.  
  14. return 0;
  15. }
  16.  

使用GCC編譯這段代碼并將編譯所得的程序修改為exe后綴，隨后關(guān)閉所有的POSIX進(jìn)程。找一個(gè)好用一點(diǎn)的進(jìn)程監(jiān)視軟件（推薦Sysinternals的Process Explorer），看看現(xiàn)在的進(jìn)程狀況。大致應(yīng)該如下所示：

需要注意的是posix.exe進(jìn)程已經(jīng)不存在了。回想前文所述，posix.exe是POSIX的會(huì)話進(jìn)程，沒有posix.exe也就間接說明了沒有POSIX應(yīng)用程序正在運(yùn)行。

現(xiàn)在我們啟動(dòng)剛才編譯的程序，現(xiàn)在Process Explorer的界面應(yīng)該如下所示：

嗯嗯，我們的程序和它fork出的子進(jìn)程正在高高興興地運(yùn)行著，因?yàn)槲覀冊(cè)诔绦蛑刑砑恿怂姥h(huán)所以進(jìn)程不會(huì)立刻退出，而是像沒有出口的自旋鎖一樣饕餮著CPU資源...嗯，這些都不重要，重要的是posix.exe的重回人間——在上面的截圖中就是那個(gè)pid為5556的進(jìn)程。現(xiàn)在，只要我們?cè)谶\(yùn)行著test1.exe的Shell中按下Ctrl+C，test1.exe父子就和posix.exe先生一起去進(jìn)程天國(guó)報(bào)到了^^

(順便插一句題外話，.Net Framework 4的TPL中好像有提供SpinLock結(jié)構(gòu)支持自旋鎖的功能，雖然使用自旋鎖的花銷會(huì)比較小，但是請(qǐng)謹(jǐn)慎使用這個(gè)結(jié)構(gòu)，尤其是不要用于可能發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間鎖定的操作——否則會(huì)發(fā)生什么，請(qǐng)參見上圖驟然上漲的CPU使用率曲線...畢竟自旋鎖就是通過循環(huán)實(shí)現(xiàn)的，不同于互斥鎖，自旋鎖會(huì)一直處于忙等的狀態(tài)，直到時(shí)間片結(jié)束，然后是下一個(gè)時(shí)間片...下下個(gè)時(shí)間片...)