Сообщений 15    Оценка 121        Оценить  
Система Orphus

Хуки и DLL

Автор: Dr. Joseph M. Newcomer
Перевод: Алексей Остапенко
Источник: Hooks and DLLs
Опубликовано: 25.04.2001
Исправлено: 13.03.2005
Версия текста: 1.1

Существует большая неразбериха по поводу установки и использования глобальных хуков.

ПРИМЕЧАНИЕ
Возможно стоит упомянуть, что Камбалы (прим. переводчика: Flounder - псевдоним автора) в целом не одобряют использование крючков (hooks), но такие крючки (хуки) кажутся допустимыми.

Заметим, что ни одна из описанных ниже проблем не возникает, если вы просто отлавливаете операции в своем собственном процессе. Они возникают только в том случае, когда вы хотите получать события на системном уровне.

Основной проблемой здесь является адресное пространство. Когда глобальная DLL исполняется, она исполняется в контексте того процесса, чье событие перехватывается. Это означает, что адреса, которые видит DLL, даже для своих собственных переменных, являются адресами в контексте целевого процесса. Поскольку это DLL, она имеет отдельную копию своих данных для каждого использующего ее процесса. И это означает, что любые значения, которые вы устанавливаете в глобальных для DLL переменных (таких, как объявленные на уровне файла), являются приватными и не будут наследовать ничего из исходного контекста библиотеки. Они будут инициализироваться заново, т.е., обычно, они будут равны нулю.

Недавнее сообщение даже предлагало концепцию сохранения callback-адреса в DLL. Это невозможно. Ну, невозможно не сохранить его, а невозможно его использовать. То, что вы сохранили, - это пачка битов. Даже если вы проследуете изложенной ниже инструкции по созданию разделяемой переменной, видимой во всех экземплярах DLL, набор битов (который вы считает адресом) в действительности является адресом только в контексте процесса, сохранившего этот набор. Для всех остальных процессов это всего лишь набор битов, и если вы попытаетесь использовать его в качестве адреса, вы обратитесь по какому-то адресу в процессе, событие которого было перехвачено, что абсолютно бесполезно. В большинстве случаев это просто приведет к падению приложения.

Концепция разделенных адресных пространств трудна для понимания. Позвольте мне продемонстрировать ее на картинке.


Здесь мы имеем три процесса. Ваш Процесс показан слева (Your Process). У DLL есть сегменты кода (Code), данных (Data) и разделяемый сегмент (Shared), как его создать мы обсудим позже. Теперь, если перехватывающая DLL вызывается для перехвата события в Процессе A (Process A), она отображается в адресное пространство Процесса A, как указано. Код является разделяемым, поэтому адреса в Процессе A ссылаются на те же страницы памяти, что и адреса в Вашем Процессе. По совпадению страницы памяти оказались отображенными в Процесс A по тем же самым виртуальным адресам, т.е. адресам, которые видит Процесс A. Процесс A также получает свою собственную копию сегмента данных, поэтому все что видит Процесс A в секции "Data", полностью принадлежит ему и не может повлиять на любой другой процесс (или быть измененным любым другим процессом!). Однако, фокус который заставляет все это работать заключается в разделяемом сегменте данных, показанном здесь красным цветом. Страницы, адресуемые Вашим Процессом в точности те же страницы памяти, что и адресуемые в Процессе A. Заметим, что по совпадению эти страницы оказались в адресном пространстве Процесса A в точности на тех же виртуальных адресах, что и в Вашем Процессе. Если бы вы сидели за отладкой Вашего Процесса и Процесса A одновременно (что вы можете делать, запустив две копии VC++!) и смотрели бы по адресу &something, находившемуся в разделяемом сегменте данных, и смотрели бы по нему в Вашем Процессе и затем по тому же адресу &something в Процессе A, вы бы увидели в точности одни и те же данные и даже по тому же самому адресу. Если бы вы использовали отладчик для изменения или отслеживали изменения программой значения something, то вы могли бы перейти к другому процессу, исследовать его и увидеть, что новое значение появилось также и здесь.

Но вот облом: одинаковый адрес - это совпадение. Это совпадение абсолютно и однозначно не гарантируется. Посмотрите на Процесс B. Когда событие перехвачено в Процессе B, в него отображается DLL. Но адреса, занимаемые ею в Вашем Процессе и Процессе A, не доступны в адресном пространстве Процесса B. Поэтому происходит перемещение кода на другой адрес в Процессе B. Код в порядке; ему действительно безразлично по какому адресу он исполняется. Адреса данных подправлены так, чтобы ссылаться на новое положение данных, и даже разделяемые данные отображены в другое множество адресов, таким образом к ним обращаются по-другому. Если бы вы использовали отладчик с Процессом B и посмотрели бы на адрес &something в разделяемой области, вы бы обнаружили, что адрес something был бы другим, но содержимое something было бы тем же самым; выполнение изменения содержимого в Вашем Процессе или в Процессе A немедленно сделало бы это изменение видимым в Процессе B, хотя Процесс B и видит его по другому адресу. Это то же самое место физической памяти. Виртуальная память - это отображение между адресами, видимыми вами, как программистом, и физическими страницами памяти, которые в действительности содержит ваш компьютер.

Хотя я и назвал одинаковое расположение совпадением, "совпадение" частично умышленно; Windows пытается отображать библиотеки в те же самые виртуальные области, что и у других экземпляров одной и той же библиотеки, всякий раз, когда это возможно. Она пытается. Ей может не удаться это сделать.

ПРИМЕЧАНИЕ
Если вы знаете немного больше (достаточно, чтобы это представляло опасность), вы можете сказать: "Ага! Я могу переместить (rebase) мою DLL так, что она загружается по не конфликтующему адресу, и я смогу проигнорировать эту особенность". Это отличный пример того, как малые знания могут представлять серьезную опасность. Вы не можете гарантировать что такая DLL будет работать с любым возможным исполняемым модулем, который может быть когда-либо запущен на вашей машине! Поскольку это DLL глобального хука, она может быть вызвана из Word, Excel, Visio, VC++ и шести тысяч приложений, о которых вы никогда не слышали, но можете когда-либо запустить или может запустить ваш клиент. Поэтому забудьте об этом. Не пытайтесь перемещать. В конце концов, вы проиграете. Обычно, в самое неподходящее время с самым важным вашим клиентом (например, с обозревателем вашего продукта из журнала или с вашим очень богатым заказчиком, который уже обеспокоен другими ошибками, которые у вас могут быть...). Считайте, что разделяемый сегмент данных "перемещаем". Если вы не понимаете этот параграф, значит вы знаете недостаточно много, чтобы это представляло опасность. И вы можете спокойно его проигнорировать.

У перемещения есть и другие последствия. Если в DLL вы сохранили указатель на callback-функцию в контексте Вашего Процесса, то для DLL бессмысленно вызывать ее в Процессе A или Процессе B. Этот адрес приведет к передаче управления в указываемую им область, что нормально, но эта передача произойдет в адресное пространство Процесса A или Процесса B, что совершенно бесполезно, не говоря уже о том, что почти наверняка фатально.

Это также означает, что вы не можете использовать в своей DLL ничего из MFC. Она не может быть ни MFC DLL, ни MFC Extension DLL. Почему? Потому, что она будет вызывать функции MFC. А где они? Ну, они в вашем адресном пространстве. А не в адресном пространстве Процесса A, написанного на Visual Basic, или Процесса B, написанного на Java. Таким образом, вы должны написать DLL на чистом C, и я бы рекомендовал совсем не использовать библиотеку времени исполнения C (CRT). Вы должны использовать только API. Используйте lstrcpy вместо strcpy или tcscpy, lstrcmp вместо strcmp или tcscmp, и т.д.

Существует множество решений для организации взаимодействия вашей DLL и ее управляющего сервера. Одно из решений заключается в использовании ::PostMessage или ::SendMessage (заметим, что здесь я ссылаюсь на вызовы чистого API, а не вызовы MFC!). Там, где возможно использовать вызов ::PostMessage, лучше используйте его, а не ::SendMessage, т.к. иначе вы можете получить опасные тупиковые ситуации. Если Ваш Процесс в итоге останавливается, все остальные процессы в системе остановятся, т.к. все заблокированы на вызове ::SendMessage, который никогда не возвратится, и вы просто вывели всю систему из строя с возможностью серьезной потери данных в важных для пользователя приложениях. Это Совершенно Однозначно Не Хорошая Ситуация.

Вы также можете использовать информационные очереди в разделяемой области памяти, но я буду считать эту тему не попадающей в рамки данного обзора.

Вы не можете возвратить указатель из вызовов ::SendMessage и ::PostMessage (мы забудем про возможность передавать обратно относительные указатели в разделяемую область памяти; это также выходит за рамки этой статьи). Это из-за того, что любой указатель, который вы можете создать, будет ссылаться либо на адрес в DLL (перемещенной в перехваченный процесс), либо на адрес в перехваченном процессе (Процессе A или Процессе B), и, следовательно, он будет абсолютно бесполезен в Вашем Процессе. Вы можете возвращать лишь адресно-независимую информацию в WPARAM или LPARAM.

Я сильно рекомендую использовать для таких целей Зарегистрированные Оконные Сообщения (смотрите мой обзор по Управлению Сообщениями ). Вы можете использовать макрос ON_REGISTERED_MESSAGE в MESSAGE_MAP окна, которому вы отсылаете сообщение.

Основным требованием теперь является получение HWND этого окна. К счастью, это несложно.

Первое, что вы должны сделать - это создать разделяемый сегмент данных. Это делается при помощи объявления #pragma data_seg. Выберите какое-либо хорошее мнемоническое имя для сегмента данных (оно должно быть не длиннее 8 символов). Просто чтобы подчеркнуть произвольность имени, я использовал здесь свое собственное имя. Во время преподавания я обнаружил, что если я использую имена вида .SHARE или .SHR, или .SHRDATA, то студенты полагают, что имя имеет значение. А оно не имеет значения. 

#pragma data_seg(".JOE")
HANDLE hWnd = NULL;
#pragma dta_seg()
#pragma comment(linker, "/section:.JOE,rws")

Любые переменные, объявленные вами в области действия #pragma, определяющей сегмент данных, будут размещены в этом сегменте данных, при условии, что они инициализированы. Если вы не укажете инициализатор, переменные будут размещены в сегменте данных по умолчанию, и #pragma не имеет силы.

ПРИМЕЧАНИЕ
В тот же момент оказывается, что эта особенность не позволяет использовать массивы объектов C++ в разделяемом сегменте данных, т.к. в C++ вы не можете инициализировать массив пользовательских объектов (предполагается, что этим должны заниматься их конструкторы по умолчанию). Это пересечение формальных требований C++ и расширений Microsoft, требующих наличия инициализаторов, оказывается фундаментальным ограничением.

Директива #pragma comment вызывает добавление указанного ключа к командной строке компоновщика на этапе связывания. Вы могли бы использовать Project | Settings в VC++ и изменить командную строку компоновщика, однако трудно помнить про необходимость такого действия, когда вы перемещаете код с места на место (и обычная ошибка - забыть выбрать All Configurations при изменении установок и, таким образом, успешно отлаживать, но получить сбой в конфигурации Release). Итак, я обнаружил, что лучше всего помещать команду непосредственно в исходном файле. Заметим, что используемый текст должен соответствовать синтаксису командного ключа компоновщика. Это означает, что вы не должны включать в указанный текст пробелы, иначе компоновщик не обработает его должным образом.

Обычно вы предоставляете некоторый механизм для установки дескриптора окна. Например, 

void SetWindow(HWND w)
   {
    hWnd = w;
   }

хотя эта операция, как я покажу далее, часто совмещена с собственно установкой хука.

Пример: Мышиный Хук

заголовочный файл (myhook.h)

Здесь должны быть объявлены функции setMyHook и clearMyHook, но это требование разъяснено в моем очерке The Ultimate DLL Header File. 

#define UWM_MOUSEHOOK_MSG \
    _T("UMW_MOUSEHOOK-" \
        "{B30856F0-D3DD-11d4-A00B-006067718D04}")

исходный файл (myhook.cpp)

#include "stdafx.h"
#include "myhook.h"

#pragma data_seg(".JOE")
HWND hWndServer = NULL;
#pragma data_seg()
#pragma comment("linker, /section:.JOE,rws")

HINSTANCE hInstance;
UINT HWM_MOUSEHOOK;
HHOOK hook;

// опережающее объявление
static LRESULT CALLBACK msghook(int nCode, WPARAM wParam, LPARAM lParam);

/****************************************************************
*                               DllMain
* Вход:
*       HINSTANCE hInst: Дескриптор экземпляра DLL
*       DWORD Reason: причина вызова
*       LPVOID reserved: зарезервировано
* Выход: BOOL
*       TRUE при успешном завершении
*       FALSE при наличии ошибок (не возвращается никогда)
* Действие:
*       инициализация DLL.
****************************************************************/

BOOL DllMain(HINSTANCE hInst, DWORD Reason, LPVOID reserved)
{
 switch(Reason)
   { /* причина */
    //**********************************************
    // PROCESS_ATTACH
    //**********************************************
    case DLL_PROCESS_ATTACH:
       // Сохраним дескриптор экземпляра, т.к. он понадобится нам позднее для установки хука
       hInstance = hInst;
       // Данный код инициализирует сообщение уведомления хука
       UWM_MOUSEHOOK = RegisterWindowMessage(UWM_MOUSEHOOK_MSG);
       return TRUE;

    //**********************************************
    // PROCESS_DETACH
    //**********************************************
    case DLL_PROCESS_DETACH:
       // Если сервер не снял хук, снимем его, т.к. мы выгружаемся
       if(hWndServer != NULL)
          clearMyHook(hWndServer);
       return TRUE;
   } /* причина */
}

/****************************************************************
*                               setMyHook
* Вход:
*       HWND hWnd: Окно, чей хук предстоит поставить
* Выход: BOOL
*       TRUE если хук успешно поставлен
*       FALSE если произошла ошибка, например, если хук
*             уже был установлен
* Действие:
*       Устанавливает хук для указанного окна
*       Сначала устанавливает хук перехватывающий сообщения (WH_GETMESSAGE)
*       Если установка прошла успешно, hWnd устанавливается в качестве
*       окна сервера.
****************************************************************/

__declspec(dllexport) BOOL WINAPI setMyHook(HWND hWnd)
  {
   if(hWndServer != NULL)
      return FALSE;
   hook = SetWindowsHookEx(
                           WH_GETMESSAGE,
                           (HOOKPROC)msghook,
                           hInstance,
                           0);
   if(hook != NULL)
     { /* удача */
      hWndServer = hWnd;
      return TRUE;
     } /* удача */
   return FALSE;
  } // SetMyHook

/****************************************************************
*                             clearMyHook
* Вход:
*       HWND hWnd: Окно, чей хук должен быть снят
* Выход: BOOL
*       TRUE если хук успешно снят
*       FALSE если вы передали неверный параметр
* Действие:
*       Снимает установленный хук.
****************************************************************/
__declspec(dllexport) BOOL clearMyHook(HWND hWnd)
   {
    if(hWnd != hWndServer)
       return FALSE;
    BOOL unhooked = UnhookWindowsHookEx(hook);
    if(unhooked)
       hWndServer = NULL;
    return unhooked;
   }

/****************************************************************
*                              msghook
* Вход:
*       int nCode: Значение кода
*       WPARAM wParam: параметр
*       LPARAM lParam: параметр
* Выход: LRESULT
*
* Действие:
*       Если сообщение является сообщением о перемещении мыши, отправляет его
*       окну сервера с координатами мыши
* Замечания:
*       Функция должна быть CALLBACK-функцией, или она не будет работать!
****************************************************************/

static LRESULT CALLBACK msghook(int nCode, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
   {
    // If the value of nCode is < 0, just pass it on and return 0
    // this is required by the specification of hook handlers
    // Если значение nCode < 0, просто передаем его дальше и возвращаем 0
    // этого требует спецификация обработчиков хуков
    if(nCode < 0)
      { /* передаем дальше */
       CallNextHookEx(hook, nCode,
                   wParam, lParam);
       return 0;
      } /* передаем дальше */

    // Прочитайте документацию, чтобы выяснить смысл параметров WPARAM и LPARAM
    // Для хука WH_MESSAGE, LPARAM определяется как указатель на структуру MSG,
    // таким образом следующий код делает эту структуру доступной

    LPMSG msg = (LPMSG)lParam;

    // Если это сообщение о перемещении мыши, либо в клиентской (client), либо
    // в не клиентской (non-client) области, мы хотим уведомить родителя о его
    // возникновении. Заметим, что вместо SendMessage используется PostMessage
    if(msg->message == WM_MOUSEMOVE ||
       msg->message == WM_NCMOUSEMOVE)
      PostMessage(hWndServer,
                  UWM_MOUSEMOVE,   
                  0, 0); 

    // Передаем сообщение следующему хуку
    return CallNextHookEx(hook, nCode, 
                       wParam, lParam);
   } // msghook

Приложение сервера

В заголовочном файле добавьте следующее в секцию protected класса: 

afx_msg LRESULT OnMyMouseMove(WPARAM,LPARAM);

В фале приложения добавьте это где-нибудь в начале файла: 

UINT UWM_MOUSEMOVE = ::RegisterWindowMessage(UWM_MOUSEMOVE_MSG);

Добавьте следующее в MESSAGE_MAP вне специальных комментариев //{AFX_MSG: 

ON_REGISTERED_MESSAGE(UWM_MOUSEMOVE, OnMyMouseMove)

В файл приложения добавьте следующую функцию: 

LRESULT CMyClass::OnMyMouseMove(WPARAM, LPARAM)
   {
    // ...тут что-то делаем
    return 0;
   }


Я написал небольшой пример для демонстрации, но поскольку я утомился создавать функцию глобального хука в n+1 раз, я сделал ему отличный пользовательский интерфейс. Кот смотрит из окна и следит за мышью. Но будьте осторожны! Подойдите достаточно близко к коту, и он схватит мышь!
Вы можете скачать этот проект и собрать его. Ключевое значение имеет подпроект DLL; остальное - это использующая ее декоративная мишура.
В этом примере показаны несколько других приемов, включая различные приемы рисования, использование ClipCursor и SetCapture, выбор региона, обновление экрана, и т.д. Таким образом, помимо демонстрации использования перехватывающей функции, для начинающих программистов этот пример имеет ценность в различных аспектах программирования под Windows.

Взгляды, выраженные в данной статье, принадлежат автору, и ни в коей мере не представляют Microsoft и не поддерживаются ей.

Copyright © 2001, The Joseph M. Newcomer Co. Все права защищены.
Переведено с разрешения автора.

    Сообщений 15    Оценка 121        Оценить