（系统工程专业论文）基于关键词匹配的打印数据获取系统.pdf

摘要 随着信息产业快速发展，打印机的使用非常广泛，为维护信息安全，维护单位利益， 越来越多麴具有前沿认识的管理者意识到对打印枫的使用进行深层次的保护极为莛要。 毫无疑问，对打印机保护的最佳手段是要保证对打印内容的完全监控。 电子谖据综合了文本、图形、图像、音频及视频等多种媒体信息。电子证据的来源 主要有系统日志，i d s 、防火墙、邱、w w w 和反病毒软件日志，系统的审计记录( a u d i t t r a i l s ) ，嬲络监控流量( n e t w o r km o n i t o rt r a f f i c ) ，e m a i l ，w i n d o w s 操作系统和数据库的 临时文件或隐藏文件，数据库的操作记录，硬盘驱动的交换( s w a p ) 分区、s l a c k 区和空闲 区，软件设置，完成特定功能的脚本文件，w e b 浏览器数据缓冲，书签、历史记录或会 话日志、实时聊天记录等等。 如今打印枧打印的内容也可以馋为电子证据，如犯罪嫌疑入打印过的报表、文档、 图片等。目前，针对此类电子证据的取证办法不多，本系统较好地解决了打印数据的获 取问题。 本文针对目前的计算机取证中的电子证据问题，设计并实现了一种基于关键词匹配 的打露数据获取系统。篱单介绍了计算机取证的相关知识以及打印系统原理，对获取打 印内容过程中涉及到的几个关键技术进行了详细阐述。同时为实现更高效率的打印数据 获取，提如了相应的关键词匹配算法。最后进行了性能测试，测试结果验证了该系统的 效果。 关键词：电子证据；数据获墩；关键词匹配 a b s t r a c t a st h ef a s t d e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o ni n d u s t r ya n dt h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o no f p r i n t e r , m o r ea n dm o r em a n a g e r sw i ma d v a n c e di n s i g h th a v eb e e na w a r eo ft h a ti ti sv e r y s i g n i f i c a n tt os e c u r et h ea p p l i c a t i o no fp r i m e ri no r d e rt op r o t e c tt h ei n f o r m a t i o na n dt h e i n t e r e s to fu s e r s u n d o u b t e d l y , t h eb e s tw a yt od ot h a ti st ok e e pt h ec o n t e n to f p r i m e ru n d e r s u r v e i l l a n c e e l e c t r o n i ce v i d e n c ei si n c l u d e dm a n ya s p e c t sl i k et e x t ，g r a p h i c ，i m a g e ，a u d i oa n dv i d e o 弧霉s o u r c eo fe l e c t r o n i ce v i d e n c em a i n l yc o m e sf r o ms y s t e ml o g , i d s ，f i r e w a l l ，f t p ，w w w ) a n t i - v i r u sl o g , s y s t e m sa u d i tt r a i l s ，n e t w o r km o n i t o rt r a f f i c ，e - m a i l ，t e m p o r a r yf i l e so rh i d d e n f i l e si nw i n d o w sa n dd a t a b a s e , o p e r a t i o nl o go fd a t a b a s e , s w a ps e c t i o no fh a r dd i s kd r i v e r , s l a c ks p a c e ，i d l es p a c e ，s o f t w a r ec o n f i g u r a t i o n ，s c r i p tt of i n i s hs p e c i f i cf u n c t i o n , w 曲e x p l o r e r c a c h e , b o o k m a r k , h i s t o r y , d i a l o g u ea n dc h a t t i n gl o g t o d a y , t h ec o n t e n to fp r i m e rc a nb eu s e da se l e c t r i c a le v i d e n c e , s u c ha st h er e p o r tf o r m s ， d o c u m e n t sa n dp i c t u r e sp r i m e db ys u s p e c t s 。b u t ，i ti sn o te a s yt og e ts u c he v i d e n c e 他s p a p e rp r e s e n t sap r a c t i c a ls o l u t i o na b o u ta c q u i r i n gt h ec o n t e n to fp r i n t e r i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m so ft h ee l e c t r o n i ce v i d e n c ea b o u tc o m p u t e rf o r e n s i c s ，a p r i n t i n gd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mw a sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e db a s e do nk e y w o r dm a t c h i n g i nt h i sp a p e r , t h ea u t h o rg i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o na b o u tc o m p u t e rf o r e n s i c sa n dt h ep r i n c i p l e o f p r i n t i n g i na d d i t i o n ，t h ea u t h o re x p a t i a t es o m ek e yt e c h n o l o g i e si nt h ep r o c e s so fa c q u i r i n g p r i n t i n gd a t a m o r e o v e r , ak e yw o r dm a t c h i n ga l g o r i t h mi sp r o p o s e di no r d e rt oa c q u i r et h e p r i n t i n gd a t ai nh i g h e re f f i c i e n c y t h et e s t i n gr e s u l t sp r o v et h a tt h i ss y s t e mh a sag o o d p e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：e l e c t r o n i ce v i d e n c e ；d a t aa c q u i s i t i o n ；k e y w o r dm a t c h i n g 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成 果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均 在文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文产生的 权利和责任。 声明人( 签名) ： f 、 h ，伽歹 协年a 歹月伊日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦 门大学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质 版和电子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许 论文进入学校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数 据库进行检索，有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的 学位论文在解密后适用本规定。 本学位论文属于 1 、保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( “ ( 请在以上相应括号内打“4 ”) 作者签名仑彳夕弋日期纠叫月蹈 刷磁名：囊之气醐协咽铋月甲日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 打印数据获取的研究背景和意义 1 1 1 研究背景 随着信息技术与网络技术的飞速发展，越来越多的计算祝联成网络，提供信息共享 服务，给人们带来了工作的高效率和生活的高质量。与此同时，以计算机信息系统为犯 罪对象和以计算机信息系统为犯罪工具的各类薪型犯罪活动越来越多，毙如非法截获信 息、传播计算机病毒、利用计算机技术伪造篡改信息、进行诈骗及其他非法活动。打击 剩用计算机必工具实施的犯罪，确保信息安全对于国家的经济发展和社会稳定具有重大 现实意义，计算机取证便是其中的一个重要手段。 计算机取证包括物理证据获取和信息发现两个阶段。物理证据获取是指调查人员来 到计算机犯罪或入侵的现场，寻找并扣留相关的计算机硬件：信息发现是指从原始数据 ( 包括文件，雹志等) 中寻找可以用来证明或者反驳什么的证据【l j 。与其健证据一样，电 子证据必须是真实、可靠、完整和符合法律规定的【2 1 。 犯罪的证据霹能存在于系统日志、数据文锋、寄存器、交换区、隐藏文件、空闲的 磁盘空间、打印机缓存、网络数据区和记数器、用户进程存储区、堆栈、文件缓冲区、 文件系统本身等不同的位置。其中，黠打印数据酶再现，作为电子证据获取的重要技术 和内容有着越来越重要的意义，已经成为计算机取证领域的一个新兴和重要的研究方 向。 1 。，2 打印数据获取的重要意义 如今打印机的使用已经非常广泛，打印机打印的内容也可以作为电子证据，如犯罪 嫌疑入打印过的报表、文档、图片等。鬓翦，针对此类电子证据的取证办法不多，本系 统较好地解决了打印数据的获取问题。这些打印数据通过信息发现就可以作为电子证 据。 本系统通过对进行打印过的硬盘进行关键词搜索的方式，完整且真实的还原了打印 信息，让计算橇取证调查人员对打印数据进行有效的分析和研究，结合打印数据的恢复， 达到独特的打印内容监控和审核功能。并通过将犯罪嫌疑人打印过的报表、文档、图片 等文件豹再现，对打印电子证据的获取提供现实意义。 l 壤于关键弘题配的打e 1 j 数据获取系统 1 2 计算机取证 譬蓠，圜悫许多法学赛学者将计算视证据定义为：在计算机或计算祝系统运雩亍过程中 产生的以其记录的内容来证明案件事实的电磁记录物，也称为电予证据嘲。 电子证据的来源有很多，主要有操作系统醋志，i d s 、防火墙等安全设各的冒志， 网络上采集的数据流，传输的数据等f 4 1 。 “计算机取证 首先壹i n t e r n a t i o n a la s s o c i a t i o no f c o m p u t c rs p e c i a l i s t sfi a c i s ) 在19 9 1 年 举行的第一次年会中正式提出。计算机取证专家j u d d r o b b i n s 的定义是：计算机取证不 过是将计算机调查和分析技术应用予对潜在熬有法律效力的证据的确定与获取。计算枧 紧急事件响应和取证咨询公司n e wt e c h n o l o g i e s 进一步拓展了该定义：计算机取证包括了 对以磁介质编码信息方式存储麴计算税证据的僳护、确认、提取、织档l 熨。 因此，计算机取证是指对能够为法庭接受的、足够可靠和有说服性的、存在于计算 机和相关矫设中的电子证据的确认、保护、提取和舞档的过程，也称为计算机法医学闾。 1 2 1 计算机取证的概念 计算机取证是指对计算机入侵、破坏、欺诈、攻击等犯罪行为，利用计算机软硬件 技术，按照符合法律规范昀方式，对能够为法庭接受的、足够可靠和有说服性的、存 在于计算机、相关外设和网络中的电子证据的识别、获取、传输、保存、分析和提交认 证的过程。 计算机取证学是计算机科学、法学和刑事侦查学的交叉学科。取证的目的是找出入 侵者( 或入侵的视器) ，并解释入侵的过程。取证的实质是一个详细扫摇计算机系统以 及重建入侵事件的过程。 1 2 2 计算机取证的步骤 ( 1 ) 现场勘查： ( 2 ) 识别证据： ( 3 ) 传输数据： ( 4 ) 保存数据： 嫡) 分析证据： ( 6 ) 提交证据： 保护现场，对现场进行勘查，获取物理证据； 识别可获取的信息的类型，以及获取的方法： 将获取的信息安全完整地传输到取证分析的机器上； 确保与原数据一致，不对原数据更改和破坏； 以可见的方式显示，结果要有确定性； 以证据的形式按照合法的程序向司法机关提交证据。 2 第一章绪论 2 。3 计算橇取证的分类和证据来源 按照取谖的时间主要可以分为实时取证和事后取证。 按照取证时刻潜在证据的特性，计算机取证可分为静态取证和动态取证。由于计算 机系统和网络数据流在证据特性上的差异，人们常用基予主机的取证和基于网络的取证 两种的说法。 基于主机的证据主要包括： ( 1 ) 操作系统审计跟踪、系统r 志文件、应用r 志； ( 2 ) 备份介质； ( 3 ) 入侵者残存物，如程序、进程； ( 4 ) s w a pf i l e 交换文件； ( 5 ) 临时文件； ( 6 ) u n a u o e a t e ds p a c e 来分配空闻，一些刚刚删除的文件可以在这里找到； ( 7 ) s l a c ks p a c e ； ( 8 ) 系统缓冲区； ( 9 ) 文件的电子特征( 如m a ct i m e s ) ； ( 1 0 ) 可恢复的数据； ( 1 1 ) 加密及隐藏的文件； ( 1 2 ) 系统时间； ( 1 3 ) 打印机及其他设备的内存等。 基予嬲络的证据主要有： ( 1 ) f i r e w a l l 日志； ( 2 ) i d s 只志； ( 3 ) p r o x y n 志； ( 4 ) 致t ps e r v e r l q 志； ( 5 ) 身份识别和验证( i & a ) 系统； ( 国访翊控翻系统； ( 7 ) r o u t e r h 志； ( 8 ) 核，5 , d u m p ； ( 9 ) 其他网络工具和取证分析系统产生的记录和r 志信息等。 摹于关键，匹配的打印数据获取系统 1 2 4 计算机证据的特点 ( 1 ) 较强的隐蔽性； ( 2 ) 多媒体性； ( 3 ) 较高的精密性、脆弱易逝性和易损毁性； ( 4 ) 传输中通常和其他无关信息共享信道； ( 5 ) 电子证据问题是由于技术发展引起的，取证步骤和程序也须不断调整以适应技 术的进步： ( 6 ) 准确的可靠性，可为法庭所接受的。 1 2 5 计算机取证的原则 ( 1 ) 尽早收集数据，并保证其没有受到任何破坏； ( 2 ) 确保“证据链 的完整性，即在证据被正式提交法庭时，必须能够说明证据从 最初的获取状态到在法庭上出现状态之间的任何变化； ( 3 ) 不要直接对原始数据进行分析，分析数据的计算机系统和辅助软件必须安全、 可信； ( 4 ) 整个检查、取证过程过程必须是受到监督的。 1 3 打印数据获取的研究现状 1 。3 1 国外打印数据获取研究现状 国外方面，佳能、惠普、爱普生、利盟等公司掌握着打印机核心技术，能够及时根 据客户需要提供打印机产品和技术解决方案。以利盟国际有限公司为例，它专注于为客 户提供全套打印机解决方案和相关产品的开发。目前国外的打印数据获取研究已经从实 验性阶段进入到实用性阶段，并在打印监控、打印管理、打印计费等方面进行深入的、 全面系统的应用，特别是在打印管理软件研究方面有高层次的研究，并带来了打印管理 理念，为用户创造了更多的应用价值和商业价值。 在国外计算机取证过程中对打印数据获取较为成功的以e n c a s e 软件为例，e n c a s e 是目前使用最为广泛的计算机取证工具，至少超过2 0 0 0 家的法律执行部门在使用它。 e n c a s e 是用c + + 编写的程序，它能把证据硬盘中的文件镜像，确保镜像数据与原数据 相同，防止调查人员修改数据而使其成为无效的证据。e n c a s e 对硬盘驱动镜像后重新 4 第一章辅论 组织文件结擒，采用w i n d o w sg u i 显示文 牛的蠹骞，允许调查人员使用多个工具完成 多个任务。e n c a s e 可以深入操作系统底层查看所有的数据包括f i l es l a c k 未分配的 空闻帮w i n d o w s 交换分嚣( 存有被剿除酶文件以及其它潜生麓证据) 魏数据。黯打球数 据荻取方面，e n c a s e 可以恢复部分打印假脱机文件，但在对假脱机文件的证据分析做 褥不足，没有实现对抒窝数据鹣再现。 1 。霪，2 国内打印数据获蕺研变现获 出予对企业成本的节约以及对企业信息安全的考虑，国内不少公司已经在打印机监 控方面做出了不少的研究，并做出了不少好的产晶。如苏州华美科技有限公司的 p r i n t u s a g e 、清华紫光蘸紫电打印枫监控分撬系统、天石打印枧监控系统、打印监控王 等。以应用较为广泛的p d n t u s a g e 为例，它具有国内行业领先的打印监控技术，可以记 录每次抒露靛鼹务器、抒露瓿、文档名、震户、计算规、蠡窜字带数、打印茭数、打窜 时间、纸张大小、色彩、打印费用等信息，还可以完整保存每次打印任务的全部内容为 髓爱图豫格式，可设定某舞球梳是否需要保存内容及僳存酶分辩率，霹设定某些用户鳇 打印内容不要保存，哪怕是打印到设定为需要保存内容的打印机上，对非p c l 和 p o s t s c r i p t 抒印枫提供抒窜蠹容保存，可在努印概上重薪打窜还原。 可以看出这些系统都是从打印监控与打印管理入手，并且基本上都可以保证在特定 网络环境下髀抒印材料和打印入的匹醚，以及打印完成焉对打印内容的检奁。僵是，它 们并没有真燕实现对打印数撼的提取，并且也没有实现对打印数据的再现，对计算机取 证中打印证据的获取没有实际意义的帮助。 | l 。4 本文的研究内容与组织 本文共分五个章节。 第一章对全文做了概括性的介绍，相关方西的研究现状和本文研究解谍题的意义。 第二章介绍了w i n d o w s 系统下打印的原理，主要涉及到g d i 和一些打印相关的a p i 函数。 第三章介绍了打印数据的获取。我们对打印过程中产生的s p l 、s h d 假脱机文件进 綦干关键! 噬配的打印数据获取系统 行研究，逶过分析，褥出我们所需要的关键词，然后据此在硬盘中搜索打印文件。如果 得到的s p l 假脱机文件类型是增强型图元文件e m f 格式的，则不管它是完整的或者是 不完整的，都可以根据e m f 的文件格式从其中得到完整的或者部分的打印内容。如果 得到的s p l 假脱机文件类型是原始r a w 的，并且是完整的，则可以根据s h d 假脱机 文件里面的打印祝型号信息建立一个相似的软矮件仿真环境( 操作系统版本和打印机型 号一样即可) ，最后把恢复的s h d 和s p l 假脱机文件拷贝到后台打印文件央，重新启 动计算机以鹰打印机就可以把假脱机文件的内容打印出来。 第四章探讨了字符串的匹配问题并将改进的k m p 算法应用于本课题。 第五章对全文进行总结，进一步阐明作者对打印数据获取的观点。 6 第：章w i n d o w s 操作系统的打印工作过程 第二章w i n d o w s 操作系统的打印工作过程 2 。- lw i n d o w s 系统打印原理 w i n d o w s 打印子系统主要由两部分组纛：部分是图形设备接e 1 ( g r a p h i c sd e v i c e i n t e r f a c e ，简称g d i ) 和它的支撑模块，另一部分是打印假脱机( s p o o l i n g ) 系统。这两 缀部侔互福协佟，共嗣完成w i n d o w s 操作系统豁择霹工俘。 2 。1 1 l 及其支撑模块 w i n d o w s 打印子系统的第一部分为g d i 和它的支撑模块。 g d i 是w i n d o w s 系统麓一个核心部件，它是w i n d o w s 霪形功能静心脏，所有蘸霞 形图像处理以及字体处理、颜色管理等功能都实现于g d i 中。同时它的功能以a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ：应爰程穿编程接蜀) 酶形式提供绘应焉程淳谰麓。 在w i n d o w s 系统中所有与图形设备如显示器、打印机、扫描仪等相关的处理都与g d i 有密切麓关系。对于豳形输趟设备丽言，g d i 用d c 设备箍述( d c ：d e v i c ec o n t e x t ) 来维护任何输出设备的信息。应用程序不能直接对设备进行输出，它必须用d c 设备描 述或其它逻辑对象来调焉g d i 熬功麓。g d i 进露通过调雳指定设备酶设备驱动程序， 将与设备无关的输出信息转换成与指定设备相关的输出信息，发送到指定的输出设备。 这种结擒安捧把应用程序获设餐蔽赖中解薮出来使w i n d o w s 系统麓够适应于广泛的输 出设备。 支撑模块主要为设备无关位匿( d e v i c ei n d e p e n d e n tb i t m a p ：篱称d i b ) 孳 擎和抒鼋 机驱动程序，它们共同完成将应用程序的与具体打印设备无关的输出信息转换为与具体 打印设备褶关静输密信息。 w i n d o w s 图像系统较为复杂，设备无关位图d i b 、设备相关位图( d e v i c ed e p e n d e n t b i t m a p ：简称d d b ) 和设备无关区域位圈( d i bs e c t i o n ) 是进行霞豫编程静基懿。w i n d o w s 操作系统本身就是一种图形化的系统，d i b 文件格式是其使用的基本图片格式。 。d i b 文件壶3 都分缓成 文俸头、d i b 参数帮调色扳、d i b 数据。鑫l 予d i b 要安瑰 与设备无关，因此该位图结构需要记录关于位图的足够信息。这些信息存储在整个位图 翦端的文 拳头结橡巾。d i b 可以被保存在走存中，驻梗璃户显示位匿，或直接在内存孛 操作位图数据，但聪者较少见。要操作位图数据，一般要把d i b 转换为d d b 或d i b 7 熊于关键匦配的打印数据获取系统 s e c t i o n ，然蓊放到显承接述表中，逶遵g d i 嚣数操作蹙黧数据。更常见酶是将d i b 作 为一种文件结构存储在外部存储器中以便于信息交换。 d d b 的结梅苏及结褥孛熬值是与具体豁设簧提关熬。这塞麟指麓设餐主要是显示 卡或打印设备。因此，一方面用户一般无需知道d d b 的具体结构，另一方面用户也不 戆壹接去操作它。实际上，d d b 存在予盘设餐驱动程穿控毒l 的蠹存中，用户哭能逶过 d d b 句柄，并通过g d i 函数操作d d b 。正是由予d d b 是与设备相关的，因此创建d d b 蠢毫函数一般带畜设备攘述表作为参数。d i b 和d d b 之褥楚可戬褶嚣转换的。 d i bs e c t i o n 从名称上看是指一个d i b 片段或d i b 的一部分，丽实际含义是指一块 s e c t i o n 蠹存，其孛存储着d i b 数据。d i bs e c t i o n 实际维护了一个应焉程痔和设备驱动 程序可以访问的存储空间。这样既节约空间，又十分高效。 显示d i b 像蚕熬方法有多种，可汉转诧为d d b 来显示，氇可戳转纯为d i bs e c t i o n 显示。其实，不论用哪种方法，显示d i b 的过程总存在着将其转化为d d b 的过程。d i b 首先作为一种文箨格式，它酌扩震名为b m p ，在极少清况下为d i b 。w i n d o w s 应用程 序使用的位图图像被当做d i b 文件建立，并作为只读资源储存在程序的可执行文件中。 d d b 依赖于具体设备，它只就存在于内存串( 视频肉存或系统内存) ，其颜色模式必须 与特定的输出设备相一致，使用系统调色板。一般只能载入色彩较篱单的d d b 位圈， 对于颜色较丰富豹位圈，需使丽d i b 才能长期保存。d i b 不依赖于县体设备，可以用来 永久性地保存图象。d i b 一般是以奉b m p 文件的形式保存在磁盘中的，有时也会保存在 * d i b 文释中。d i b 位露的特点是将颜色信息储存在位图文件自身的颜色表中，应耀程 序要根据此颜色表为d i b 创建逻辑调色扳。因此，在输擞一幅d i b 位图之前，程序应 该将其逻辑调色板选入到相关的设备描述并实现到系统调色板中。 2 。1 2 德艇孝踅系统燃 在操作系统中，字符设备与主桃的信息交换可以有两种基本方式：联机方式和脱机 方式。 联机方式就是字符设备直接与虑存交换信息，这静交换信患方式的缺点是：由予字 符设备信息传送速度慢，当一进程要求从外设上输入信息时，往往簧“现等 很长时间； 其次，出于字符设备本质上是顺序存取设备，因此，在个进程的信息未传输完之前， 别的进程不髓进行输入输出，这就降低了整个系统的并行处理能力。 脱机方式以输入为例，先使用一台夕 固执把字符设备上的信怠输入到块设备上( 磁 8 第二二章w i n d o w s 操作系统的打印工作过程 鼓、磁盘、磁带等) ，然后把块设备与主机相联。这样，进程就可以从块设备( 焉不是 从字符设备) 上输入它所需的信息。这种输入方式的特点是可以提高输入的并行度。例 如，当我们有两台块设备时，可以由努围机将字符设备上的信息先输入到第台块设备 上，然后，把第一台块设备与主机相联，在主机使用第一台块设备上的信息运行的同时， 外围祝为第二台块设备输入债怠，这样交彗建进行，就麓实现输入输出和主机运行 这两者的真藏并行。此外，由于块设备是多个进程可以“同时”存取的共享设备，把用 户对字符设备的i o 转换成对块设备的存取可大大提高整个系统并发执行的程度。这 种信息交换方式的缺点是需要人工干预，因为块设备与字符设备、主机之间的装卸都要 入来进行，这就会降低系统的平均运行速度瑟且容易出差错秘损坏设备。 s p o o l i n g 技术是对上述两种信息传输方式的综合，它取两者的长处，而避免两者的 短处，以联机输入输出的方式，获得脱祝输入输出的优点，是种在多道程序环境 下模拟脱机方式控制i 0 设备进行输入输出的技术，所以s p o o l i n g 技术也叫假脱机技 术。 s p o o l i n g 主要是指当主机处理器给外部设备传送数据时，为了减少占用主机处理器 的时间( 因为端霜速度通常远低于处理器速度) 而采用的“把鞴韵存储器，通常为硬盘， 当作端口的缓冲存储器来使用，具体的发送工作由后台来处理 的一种方法或技术，该 术语由s i m u l t a n e o u sp e r i p h e r a lo p e r a t i o no n 。l i n e 的缩写丽来。 图2 1 给出s p o o l i n g 系统的示意图。 图2 1s p o o l i n g 系统示意图 在s p o o l i n g 技术的支持下，字符设备经通道和缓冲存贮器( 设在主机内存中) 与块 9 躲于关键聪配的打印数据获取系统 设备程联，这令块设备遥常瑟q 做辅存；为了存放铁字符设备输入的信息，或者存放帮将 输出到字符设备上的信息( 来自内存) ，在辅存上要分别开辟一固定的区域，叫“输入 并( 对输入 和“输出井 ( 对输出) 。输入井、输出井它们一般都是安撵在高速的存 储设备之中( 例如硬盘的某个分区) 。其调度和优先级安排是f l 了s p o o l i n g 系统完成的。 当用户向s p o o l i n g 系统提交输入或输出任务时，s p o o l i n g 系统将其交绘相应的输入 或输出控制进程。 输入控制进程负责窟动通道d m a 从低速的输入设备读取数据到输入井中，褥其 中涉及的具体硬件的操作由通道来完成，在通道宪成数据的传送之后，输入控制程序关 闭通道，并挂起再次等待任务。输出控制进程则是将输出并中的数据传送至特定的输出 设备，其过程与输入进程相仿。 s p o o l i n g 系统是一个主动为用户服务的系统。这是因为s p o o l i n g 系统的程序模块建 立的进程都是在c p u 调度程序的调度下并发地执行的，只要s p o o l i n g 系统的进程被调 度丽运行，它们就要不断地把字符设备上的信怠送到输入井或把输出并中的信息送到字 符设备上，丽不管用户进程当前是否提出了这种i o 要求。直到输入井已满，输出井 已空，或输入设各己无信息，它们才进入睡眠状态等待。 同时，出于块设备是多个进程可以“同时 读写的，于是s p o o l i n g 系统便把只能由 一个用户独占的字符设备变成了多用户、多进程共享的设备，并使用户产生一个错觉， 好象他们各囱都有一台专用的字符设备，这种感觉上存在而实际上不存在的字符设备就 是所谓虚拟设备( v i r t u a ld e v i c e s ) 。 有了s p o o l i n g 系统，对于用户来讲，从低速的输入设备接收数据或发送数据到低速 输出设备时，不用等待低速设备，可以继续从事其他工作。例如，用户想要打印一个文 本文件，在提交这个任务给s p o o l i n g 系统之后，可以照常从事编辑、编译等工作，丽该 文件将在一定时间内被打曰】出来。 从用户方面看，用户不用再象在单机系统中那样去等待低速设备的输入、输出，可 以连续工作，因而s p o o l i n g 系统具备了与脱机输入输出方式相似的优点；另外，用户还 可以对提交的输入或输出任务进行调度( 如取消该任务、改变优先级等) 丽又不影响其 它任务，从而克服了脱机方式只能用于批处理的缺点，提高了灵活性。 s p o o l i n g 系统对用户来说是透明的。在用户程序中，所使用的仍然是从字符设备上 输入输出信息的系统调用指令，但在该指令执行时，操作系统自动地把它转换成从块 设备上输入输出信息。 l o 第二章w i n d o w s 操作系统的打印工作过程 铁整个机器系统来说，s p o o l i n g 系统协调了高速的c p u 与低速麴外部设备之间的 矛盾，提高了c p u 的利用率；s p o o l i n g 系统提供了虚拟设备，即把一台物理设备变成 可供多个用户样同时 共享的逻辑设备，从两提高了设备的利用率。 2 。1 3 打印假脱机系统 w i n d o w s 打印子系统的第二部分为打印假脱机( s p o o l i n g ) 系统。 在w i n d o w s 这个多任务环境下，它熊打翻锻脱枫系统的重要意义更楚体现为以下 三点： 1 ) 看台发送避免了长时闽占焉c p u ，使控制权迅速返回绘用户以便进行其它操 作。 ( 2 ) 便于多路由输出，可以将打印作业调度到本地或网络耔鞠机，或者写到磁盘文 件以便随后打印。 ( 3 ) 将底层有关端目的操作以独立部件实现，篙纯了系统上层模块豹实现。 打印假脱机系统具体由以下六个子部件组成：打印请求路由器( p r i n tr e q u e s t r o u t e r s ) 、本地打印提供者( l o c 斌p r i n tp r o v i d e r s ) 、网络打印提供者( n e t w o r kp r i n t p r o v i d e r s ) 、打印处理器( p r i n tp r o c e s s o r s ) 、打印作业语言监视器( p r i n tj o bl a n g u a g e m o n i t o r s ) 、端瑟监视器( p o r tm o n i t o r s ) 。 2 。 。4w in d o w s 中典型的利用原始假脱枕文件的打印流程 在w i n d o w s 中典型的有三种打印流程：利用原始假脱机文件的打印流程、利用增 强型图元文件( e m f ) 鹃打印流程以及直接打印流程。 下面将给出典型的利用原始假脱机文件的打印过程流程图，以此来明确g d i 、打印 驱动程痒、以及打印假脱机系统各子部件在一次打印过程中的作用和相互联系。 下面的图2 2 给出的便是从一个应用程序通过调用g d i 发出个打印请求开始，到 本地打印提供者将假脱枫文件写到硬盘并启动一个后台线程为止的过程。这个后台线程 最终用于触发假脱机文件的解析过程，用图2 3 来描述。 耩于关键! 弘噬配的打目j 数据获取系统 图2 2 利用原始假脱机文件的打印流程图 下面依次描述圈2 2 中的各个调雳过程。 ( 1 ) 应用程序创建一个设备描述d c 并在其上绘制一个对象，然后调用g d i 发出相 对予使用此d c 的抒印机的一个打印请求。 ( 2 ) g d i 调用相应的打印驱动程序来处理具体的打印请求。 ( 3 ) 打印驱动程序创建一个打印作业，并调用g d i 功能将处理结果送如去。 ( 4 ) g d i 对假脱机系统的处理器进行进程间调用。 ( 5 ) 假脱机系统处理器调用打印请求路由器以使将打印作业发送到应用程序指定 的打印机。 ( 6 ) 路妇器将打印作业发送到了本地打印提供者，当然它还可以将打印作业发送给 网络打印提供者。 ( 7 ) 本地打印提供者就将打印作业以原始假脱机文件的格式存在硬盘上。 注意以上第- n 第七步可能是重复多次来产生一个完整的假脱机文件。 ( 8 ) 本地打印提供者启动一个后台线程，这个后台线程将选定一个最佳时刻触发假 脱机文件的解析过程。 1 2 第二章w i n d o w s 操作系统的打印工作过程 打印后台线柱 9 j i 打印处理器 1 0l l 奉地打印提供者p 叫雠文件 l 王l 作业语言监视器 。1 2l i 端口撤视器 圈2 3 假脱机文件的解析过程 图2 3 所示即为打印假脱机文件的解析过程。它从后台线程调用打印处理器开始， 到本地端口监视器将具体指令和数据通过它所控制的端臼发送给与之相连的打印机结 束。 ( 9 ) 主线程基于对打印假脱机子系统的资源的监视，选定一个最佳时刻触发假脱机 文件的解析过程。在这个最佳时刻，主线程调用s t a r t d o c 函数启动打印处理器中的一个 新线程来开始解桥王作。 ( 1 0 ) 幽于收到了s t a r t d o c 调用，这个打印处理器线程将用r e a d p r i n t e r 调用来激活 本地打印提供者以便从硬盘读取前面所生成的打印骰脱机文件。 ( 1 1 ) 同样由于收到的是s t a r t d o c 调用，上面的打印处理器线程还调用了个 w r i t e p r i n t e ri $ i 数来激活打印作业语言监视器( 通过本地打印提供者) v a 便将数据通过物理 端口发送到所连的打印机上。 ( 1 2 ) 打印作监语言监视器调用端口监视器的功能来给打印桃发数据。 ( 1 3 ) 端口监视器监测物理端口，通过物理端口给打印机发数据。 ( 1 4 ) 物理端口与打印机的通讯。 注意第l o 步到第1 4 步将重复多次直到遇到假脱机文件的结尾或者是打印作业被取 寓 荣于关键弘匹配的打印数据获取系统 消。最后解析线程中止。 2 。 。5w i n d o w s 中剥用增强型图元文件打印流程以及直接打e 流程 至于利用增强型图元文件的打印过程，它以增强型图元文件为打印假脱机文件。 丽对于直接打印，打印提供者直接将打印作业发往鲻标打印机，没有形成和解轿打 印假脱机文件的过程。 2 1 6w i n d o w s 系统巾w o r d 文档打印流程实例 下面以w i n d o w s 系统中w o r d 文档的打印流程为例，来详细说明w i n d o w s 系统打印 体系结构。如图2 4 。 图2 4w i n d o w s 系统中w o r d 文档的打印流程图 ( 1 ) w i n w o r d e x e 在它的进程空闻加载g d i 3 2 d l l 动态麾，调用g d i 提供的打印豳数 进行打印操作； ( 2 ) g d i 3 2 d l l 调用w i n s p o o l 。d r v 驱动，将w i n w o r d 。e x e 打印w o r d 文档的操作形成 e m f ( e m f s p o o lf i l e s ) 文件，以供打印池管理。e m f 类型的文件本身并不包含打印文 档的具体内容，它的内容是记录应用程序调用g d i 打印灏数的操作过程。使用e m f 可 以使打印初始化工作很快地完成并返回到应用程序，它把复杂耗时的具体打印操作在后 台出打印调度池完成，同时它也是和具体打印设备是无关的。 1 4 第二二章w i n d o w s 操作系统的打印工作过程 3 ) 打零涟调度程序s p o o l s v e x e 接收抒邸作盐著对提交酶打印终业进行管理。 ( 4 ) 打印处理器w i n p r i n t d l l 具体处理e m fs p o o lf i l e 打印作业文件，接着打印处理 器谪期g d i 3 2 。d l l 动态蓐，g d i 3 2 。d l l 遂焉统一打印驱动程痔u n i d r v d l l 并和u n i d r v d u 共 同完成打印操作的处理。u n i d r v d l l 是微软开发的统一打印驱动程序。这种驱动程序是 种基于表驱动蓊驱动纂决方案，宅支持p c l ( p r i n t e rc o n t r o ll a n g u a g e ) 语言系列驱 动的打印机，但不支持p o s t s c r i p t 打印机语言。 辩最震通避本地打鼙提供者程序b e 蠡s 雄。攫l 发送的打印飘进行抒印。在打印调度 池进程空间还有其它一些动态库程序，它们完成与打印相关的其它功能，比如打印作业 鼹壶、端鞠监视等。 这就是篇常用的w o r d 文档进行打印时的，从点下打印按钮到打印机开始工作 昀系统蠹部活动。霹以着蠹g d l 3 2 。d u 在打窜过程串起到了最荛关键费律焉。下瑟我翥 来看看w i n d o w sg d i 的工作原理。 2 2w i n d o w sg d i 2 。2 1g d i 简介阳醇 翠暖魏面w sg d i 是w i n d o w s 系统的重要缀成部分，是w i n d o w s 系统实现塑形彝嚣翡 基础。绝大多数具有图形界两的应用程序的显示和输出都离不开g d i ，就连w i n d o w s 本身也不铡终。剩丽g d i 提供赞众多函数弱结构，应溺程滓就可以缀方便遣在羼幕、抒 印机及其他设备上实现绘制图形、文本等操作。g d i 伴随w i n d o w s 的产生而逐渐发展 完善，实现了踅形的设备无关性，这遵是g d i 最显著豹特点，帮屏蔽了硬件设备豹差异， 使编程时无需考虑硬件设置，很容易编出在w i n d o w s 支持的任何硬件设备上运行的程 枣。 g d i 是w i n d o w s 核心d l l 中的组接口函数，是图形处理程序与实际输出设备之 闻的桥梁。翔蓬2 5 。这些接鼗垂数处于硬件驱动程穿之上，当应麓程枣调焉这些爨数 的时候，e l j 它们再调用驱动程序提供的接口函数。 1 5 恭于关键，甄配的打日j 数据获取系统 1w i n d 。w s 及威用程序 儿 lg 。t 、设备描述表 毒 i显示驱动程序 l 8 l显示设备 l 图2 sw i n d o w s 输出处理流程与g d i g d i 的主要目的之一是支持与设备无关的图形。设备无关性是如何实现的呢? 应用 程序的绘图王作在逻辑空闻，两具体设备的绘圈工作在设备空闻，g d i 充姿了两个空瓣 的中介。g d i 是一系列绘制图形的函数，可以实现图形绘制与图形属性控制。绘图程序 透过调用g d i 丞数与图形硬件打交道，它提供了逻辑绘图设备和物理输逡设备豹分离， 从而实现了设备的无关性。从过程来说，在w i n d o w s 中，有一动态链接库g d l 3 2 d l l ， 主要负责图形环境下图形的输出。焉这个动态链接库为应用程亭提供了访阏设备驱动程 序的方法，最终导致应用程序的输出请求通过g d l 3 2 d l l 和设备驱动程序在设备上实现。 西此，g d i 也可以看做是图形设备硬件与应用程序之闻交互的高级接西。 g d i 是一个允许程序员编写独立予设备的应用程序的图形设备接口。g d i 服务通过 一缎c + + 类来提供。g d i 的c + + 接瑟包含了大约钧个类、5 0 个枚举和6 个结构。还有 一些函数不是任何类的成员。g r a p h i c s 类是g d i 接e l 的核心，它是实际绘制直线、曲线、 轮癣、图像和文本懿类。 应用程序先从w i n d o w s 取得句柄，然后在其它函数中使用该旬柄。旬柄只不过是 一个数值，w i n d o w s 以它在内部使用对象设备内容句柄是g d i 函数的窗西( 通行证) ， 有了这种设备内容句柄，程序写作者就能自如地在显示区域上绘图，使图形如自己所愿 地变得好看或者难看。 设备内容( 简称为d c ) 实际上是g d i 内部保存的数据结构。设备内容与特定的显 示设备( 如显示器或打印枧) 相关。对于打印机，设备内容总是与打窜机的属性相关。 设备内容中的有些