回爐重造之重讀Windows核心編程-003-內核對象

內核對象是個比較難理解的概念，問題的根源就在於即使是《核心編程》書中也沒有說清楚它的定義，只是不停地舉例和描述它的性質，還有如何使用。盲人摸象，難見全貌。只能儘可能列舉它的性質，註意使用了。引用計數（書中的說法是使用計數）就是內核對象的一個很關鍵的性質。由於內核對象的擁有者是內核而不是進程，所以 ...

　　內核對象是個比較難理解的概念，問題的根源就在於即使是《核心編程》書中也沒有說清楚它的定義，只是不停地舉例和描述它的性質，還有如何使用。

　　盲人摸象，難見全貌。只能儘可能列舉它的性質，註意使用了。

　　引用計數（書中的說法是使用計數）就是內核對象的一個很關鍵的性質。由於內核對象的擁有者是內核而不是進程，所以只能由內核來做撤銷內核對象的操作。而通常一個內核對象不一定只被一個進程使用的，創建或者撤銷內核對象，就要看引用計數了。引用計數在內核對象被創建的時候被置為1，被進程訪問一次引用計數就遞增1。當引用計數降為0，內核就撤銷這個內核對象。（至於何時引用計數遞減1，書中沒有明確說明，不過有編程經驗的你肯定知道是什麼時候了）

　　安全性也是內核對象的一個重要的性質，它用於描述內核對象的訪問者。由於創建內核對象的時候幾乎都會有一個參數，指向Security_Attributes結構體的指針，例如CreateFileMapping（定義不詳）。如果這個指針是NULL值，那就是預設的安全性，只有管理對象的小組成員和創建者可以訪問；不過，只要你初始化並操作lpSecurityDescriptor這個成員，就可以設置它的安全性了。這樣，內核對象被訪問的時候（例如OpenFileMapping），在返回一個有效的句柄之前會執行一次安全檢查，如果不通過檢查返回的就不是一個有效句柄，而是NULL了，它的LastError是5（ERROR_ACCESS_DENIED）。

　　進程的內核對象句柄表，在進程被創建的時候被分配。當線程共有內核對象產生的時候，內核會在句柄表中找出一個空項，把內核對象的記憶體塊指針寫進去。

　　如果一個線程中調用函數返回一個句柄，這個句柄可以也只可以被線程中的所有線程使用。這些句柄的值實際上是句柄在當前進程句柄表中的索引，但不是固定的，如在Win2k中返回的句柄是用於標識句柄表的該對象的位元組數。如果給句柄表中傳入一個無效值，GetLastError則會返回6（ERROR_INVALID_HANDLE)。

　　如果調用函數創建內核對象失敗了，那麼句柄的值通常是0（NULL），也有些函數返回的是INVALID_HANDLE_VALUE。但是無論用什麼方式創建內核對象，都要通過CloseHandle來結束對對象的操作。這個函數會先檢查句柄表，確定傳入的索引是否有效，並查看引用計數，如果是0則撤銷這個對象。

　　一個無效的句柄傳給CloseHandle的話，GetLastError會返回ERROR_INVALID_HANDLE。如果進程正在被調試，則通知調試器，以確定這個錯誤。

　　加入忘記調用CloseHandle，有可能會產生資源泄漏。因為進程終止的時候，系統會掃描它的句柄表中的無效項目，然後關閉這些對象句柄。這時句柄的引用計數就有機會降為0而被撤銷了。

　　當進程間有父子關係的時候，父進程才有機會使用一個或多個內核對象句柄，並且父進程還可以產生一個可以訪問這個內核對象的子進程。步驟如下：

父進程創建內核對象時，必須指明這個句柄可以被繼承。（不是內核對象本身可以被繼承）
指定一個SECURITY_ATTRIBUTES結構並對它進行初始化，然後把結構的地址傳給Create函數。
sa.bInheritHandle = TRUE;

　　每個句柄表項中都有一個標誌位，用以指明這個句柄是否有繼承性。如果是bInheritHandle屬性是TRUE，標誌位被置1，否則置0。

　　此後只要調用CreateProcess中的參數bInheritHandle是TRUE，那麼被創建的進程就在創建空的句柄表的同時，遍歷父進程的句柄表找到有繼承屬性的項目，並拷貝到新的句柄表中完全相同的位置、遞增引用計數。這樣即使父進程關閉了這個句柄，由於引用計數還沒到0，也要等子進程終止的時候才能置零。這樣子進程只要知道句柄的值就可以使用了。

　　改變句柄的標誌，可以使用SetHandleInformation，第一個參數是句柄，第二個參數就確定修改哪些標誌了。和每個句柄相關的就是HANDLE_FLAG_INHERIT和HANDLE_FLAG_PROJECT_FROM_CLOSE了。第三個參數dwFlags，可以用於指明內核對象的繼承標誌：

打開繼承標誌：SetHandleInformation(hObj, HANDLE_FLAG_INHERIT, HANDLE_FLAG_INHERIT);
關閉繼承標誌：SetHandleInformation(hObj, HANDLE_FLAG_INHERIT, 0);

　　使用SetHandleInformation(hObj, HANDLE_FLAG_PROJECT_FROM_CLOSE, HANDLE_FLAG_PROJECT_FROM_CLOSE)，會告訴系統這個句柄不應該被關閉，如果關閉則會產生一個異常。只有一種特殊的情況，就是子進程又產生了子進程，而有繼承屬性的句柄也有可能會被傳遞到新的子進程。但是舊的子進程有可能在新的子進程生成之前關閉這個句柄，那麼父進程就不能和新的子進程通信了，因為沒有繼承這個內核對象。這種情況下，告訴系統句柄不應該關閉才有意義。

　　跨進程共用內核對象的第二種方法是給對象命名。

進程A創建了一個名字為“JeffMutex”的互斥內核對象。
進程B也創建一個名字為“JeffMutex”的互斥內核對象，系統會有以下操作：
1. 查看是否已經有同名的內核對象
  1. 如果同名，就檢查同名內核對象的類型。
    1. 如果類型也相同，系統會查看調用者的訪問許可權。
      1. 如果有就找個空項目，初始化再指向現有的內核對象
      2. 沒有許可權則返回NULL。
    2. 如果類型不匹配，返回NULL。
  2. 不同名就創建新的內核對象。
2. 沒有就創建新的內核對象。

　　進程B調用函數成功後，不是返回一個內核對象，而是返回一個和進程相關的句柄值。

　　按名字共用的另一種方法是不使用Create*函數，而是Open*函數。原型相同。最後一個參數必須是0結尾的地址，不能傳遞NULL。如果不存在，GetLastError返回值是2（ERROR_FIEL_NOT_FOUND）。還得檢查訪問許可權，如果有就把引用計數遞增1。

　　為了保證對象的唯一性，建議創建GUID用來當作對象的名字。這種方法也多用於檢查你的應用程式有另一個進程正在運行。

　　跨進程共用內核對象的最後一個方法是使用DuplicateHandle函數。簡單地說，這個函數只是取出這個進程的句柄表中的一項，拷貝到另一個進程的句柄表中。

　　DuplicateHandle的參數雖然多，但不複雜。既然是複製句柄，自然少不了源進程和源句柄，以及目標進程和目標句柄了，設計句柄，就得有它的屏蔽值與繼承性，這裡給了三個。前四個參數不難理解，只是後面的參數要註意：

dwOption參數可以是0，也可以是DUPLICATE_SAME_ACCESS和DUPLICATE_CLOSE_SOURCE。
如果設定了DUPLICATE_SAME_ACCESS，則目標進程的句柄擁有相同的訪問屏蔽，並讓函數忽略dwDesiredAccess參數。
如果設定DUPLICATE_CLOSE_SOURCE，則可以關閉源進程中的句柄。使用該標誌時，內核對象的引用計數不會受到影響。

　　最後書中的例子提到，使用DuplicateHandle函數的時候，dwDesiredAccess參數應該設置為只讀（FILE_MAP_READ），這樣就可以不影響源進程的句柄，提高健壯性。

DUPLICATE_CLOSE_SOURCE