Por baixo dos panos: O Windows e Você!

Eu novamente com mais uma série de tutos, mas dessa vez explorando o windows completamente.
Você vai traçar APIs nativas, aventurar-se no ring 0 e eu prometo.. que se uma tela azul aparecer no seu computador por conta de qualquer erro, no final desse tuto você vai depura-la e saber o que causou esse erro.

Você pra ler esse tuto precisa de conhecimentos intermediário de C e se possível conhecimentos básicos de assembly.
Não tem?
Não leia.
Preguiça de ler?
Não leia pois eu acredito que o tuto todo possa formar mais de 2 ou 3 mil páginas de livro.

Avisos dados então..
Let's rock! =]

\---(BASEADO NO WINDOWS XP)---/

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A primeira parte é sempre teórica.. vo mandar braza.. mora?
Então ta supimpa.

Um micro-processador possui básicamente quatro estágios.
O windows se aproveita de dois desses estágios.
O primeiro chamado de ring 0(zero) e o quarto chamado de ring 3.
Ao ring0 damos o nome de kernel-mode.
Ao ring3 damos o nome de user-mode.
O windows é um kernel-sided operational system, ou seja, o seu "código principal" está todo em kernel-mode(ring0).
O kernel do windows é o seu núcleo e ele é o dito "código principal" do sistema operacional.

O que está em user-mode não pode tocar nem ver o que está em kernel mode.
É um conceito bem antigo chamado de sand-box que impede que aplicações usuário danifiquem qualquer componente vital para o funcionamento do sistema. Por isso, se o seu programa der um erro, parar de responder ou qualquer outra coisa.. o sistema operacional será capaz de se recuperar e fechá-lo.

O micro-processador mantém-se alterando de tempo em tempo entre user-mode e kernel-mode.
Hora executa um trexinho de código daqui e hora executa um trecho de código dali.
O windows usa uma interrupção especial que força o processador a entrar no ciclo de kernel-mode.(ela é usada nas APIs por exemplo)

Mas o que são APIs?
Vamos voltar ao mundo real um pouquinho e deixar o ring0 e o ring3 de lado por um instante.

Você tem seu programa codado em C.
O compilador já passou pelos três estágios e gerou seu executável e vamos imaginar que ele só exiba a string "ola mundo!" na tela.
Mas me diga.. como seu programa sabe mostrar na tela as letras que você escreve?
Qual a resolução do seu monitor?
Quais pixels devem ser ascesos?(finjamos que pixels sejam mini-lampadas que ficam na tela do seu pc e que tudo seja tão simples assim)

É ai que entra o sistema operacional.
Ele faz todo o trabalho de se comunicar com o hardware por você.

VOCÊ --> HARDWARE --> WINDOWS -> SEU PROGRAMA

Você não precisa saber qual tipo de monitor está instalado e nem como "ligar" os pixels certos.
Você só diz o que quer escrever e manda o windows fazer o trabalho sujo por você.
Pros oriundos da programação orientada à objetos(POO), isso chama-se encapsulamento.
É a capacidade que um certo componente te dá de trabalhar com ele e com outros meios através dele, sem necessáriamente saber o funcionamento dele ou dos outros meios.

Pra quem já programou na IDE delphi sabe muito bem que você não precisa saber como a TForm aparece la ou aqueles componentes de envio de email.
Você só envia e ele encapsula toda a forma como as smtp requests são geradas e etc.

Mas apartir de agora, o que vai nos interessar, é justamente saber o que acontece por baixo dos panos do windows.

Então, como o printf do seu programa em C chega no hardware de vídeo?
Existem duas metades que se unem para isso acontecer.
O user-mode e o kernel-mode.
Vamos começar entendendo o user-mode.

O windows disponibiliza essas tais APIs.
Elas fazem várias operações e muitas vezes terminam levando as informações que você passa pra elas pra outras APIs que tratam as informações e por final, levam pra uma ultima API nativa da ntdll que chamará por fim a interrupção que fará o processador passar para ring0(kernel-mode).

Existem no entanto, algumas APIs que realizam todas as suas operações em user-mode mesmo.(que não acessam o hardware)
Nós conheceremos algumas delas no decorrer do tuto.

Então, levando em consideração o diagrama anterior, podemos muda-lo mais um pouco para:

VOCÊ <--> HARDWARE <--> WINDOWS <---> APIs <---> SEU PROGRAMA

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Bem, eu vou ficar por aqui porque se não o pessoal fica com preguiça de ler..

O windows possui muitas coisas interessantes que poucas pessoas sabem, como um sub-sistema que por exemplo, é feito para permitir a compatibilidade com programas nix like.(interoperabilidade)

Vamos com o tempo conhecer isso tudo e entender porque no meu ponto de vista, o windows ainda é o sistema operacional mais completo existente.

Cya'round. =]