《Windows核心编程系列》谈谈DLL高级技术

凝望长空

《Windows核心编程系列》谈谈DLL高级技术

本篇文章将介绍DLL显式链接的过程和模块基地址重定位及模块绑定的技术。

      第一种将DLL映射到进程地址空间的方式是直接在源代码中引用DLL中所包含的函数或是变量，DLL在程序运行后由加载程序隐式的载入,此种方式被称为隐式链接。

      第二种方式是在程序运行时，通过调用API显式的载入所需要的DLL，并显式的链接所想要链接的符号。换句话说，程序在运行时，其中的一个线程能够显式的将该DLL调用到进程地址空间中，并得到DLL中某函数的在进程地址空间的虚拟地址，然后调用该函数。此种方式被称为显式链接。

      注意：显式载入某DLL时，不需要该dll的Lib文件，且exe文件中并不包含该dll的导入表。

显示载入DLL模块的步骤：

    线程可以调用LoadLibrary将一个DLL映射到进程地址空间。

1. view plaincopy to clipboardprint?HMODULE LoadLibrary(PCTSTR pszDLLPathName);  
   
2.    HMODULE LoadLibrary(PCTSTR pszDLLPathName);
   

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该函数会试图对程序想载入的DLL进行定位，并试图将该DLL映射到调用进程的地址空间中。返回是DLL在调用进程的虚拟地址。即模块的句柄。如果无法将DLL载入到进程地址空间中返回值为NULL.

     与它类似的另一个函数

1. view plaincopy to clipboardprint?HMODULE LoadLibraryEx(PCTSTR pszDLLPathName,HANDLE hFile,DWORD dwFlags);  
   
2.       HMODULE LoadLibraryEx(PCTSTR pszDLLPathName,HANDLE hFile,DWORD dwFlags);

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也可以实现将DLL载入到进程地址空间的目的。具体请参考MSDN。

     加载后如果程序不再需要该DLL，可以调用FreeLibrary将DLL从进程地址空间中卸载：

1. 
   
2. view plaincopy to clipboardprint?BOOL FreeLibrary( HMODULE  hInstDll );  
   
3.     BOOL FreeLibrary( HMODULE  hInstDll );

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也可以调用FreeLibraryEx卸载某DLL。

    以下函数不仅具有从进程地址空间卸载某DLL的功能，还能退出调用线程：

1. 
   
2. view plaincopy to clipboardprint?VOID FreeLibraryAndExitThread(HMODULE hInstDll,DWORD dwExitCode)  
   
3.   
   
4. {  
   
5.   
   
6. FreeLibrary(HMODULE hInstDll);  
   
7.   
   
8. ExitThread(dwExitCode);  
   
9.   
   
10. }  
    
11.    VOID FreeLibraryAndExitThread(HMODULE hInstDll,DWORD dwExitCode)
    
12. 
    
13.    {
    
14. 
    
15.     FreeLibrary(HMODULE hInstDll);
    
16. 
    
17.     ExitThread(dwExitCode);
    
18. 
    
19.    }

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刚见到时或许你会觉得它很多余。考虑下面的情形：

       我们调用一个DLL，该DLL中的代码会创建一个线程，当此线程完成工作后，可以调用FreeLibrary和ExitThread将DLL从进程地址空间中卸载，并终止自己。由于线程是由DLL创建的，线程执行的代码也在DLL中，当线程调用FreeLibrary将它所在的DLL卸载的时候，它后续要执行的代码已不再进程地址空间中了，试图执行不存在的代码可能会导致访问违规，导致进程被终止。

       如果线程调用FreeLibraryAndExitThread，此函数在Kernel32.dll中，FreeLibraryAndExitThread函数调用FreeLibrary将线程函数所在的DLL卸载后，其所属DLL Kernel32.dll仍在进程地址空间内，FreeLibraryAndExitThread函数继续执行调用ExitThread,后续代码仍然存在，不会导致访问违规。

       每个DLL在进程中都有一个使用计数。LoadLibrary(Ex)会增加其计数，FreeLibrary(Ex)和FreeLibraryAndExitThread会递减其计数。例如：当程序第一次调用LoadLibrary来载入一个DLL时，系统会将此DLL映射到进程地址空间中，并将此DLL的使用计数加一。如果线程后来再次调用LoadLibrary(Ex)时，系统不会将此DLL再次映射到进程地址空间，仅仅递增此DLL的使用计数。为了从进程地址空间中撤销对该DLL的映射，线程必须调用FreeLibrary(Ex)两次。第一次是将此DLL的使用计数减为1，第二次减为0。当系统发现某DLL的使用计数已经为0时，会从进程地址空间卸载此DLL。此时如果线程试图显式调用DLL中的函数将会导致访问违规。

     系统会在每个进程中为DLL维护一个使用计数，在本进程调用LoadLibrary仅仅是增加DLL在本进程的使用计数。如果进程A中的一个线程执行了LoadLibrary("Mydll.dll");进程B的某一线程也调用LoadLibrary("Mydll.dll");那么该DLL会被映射到A,B两个进程空间中去，且在A和B进程的使用计数都为1。

调用FreeLibrary（"Mydll.dll"）；也仅仅是递减DLL在本进程内的使用计数。

1. 
   
2. view plaincopy to clipboardprint?HMODULE  GetModuleHandle(PCTSTR pszModuleName);  
   
3.     HMODULE  GetModuleHandle(PCTSTR pszModuleName);

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该函数可以用来检测某DLL是否被映射到了进程地址空间。如果返回值为NULL，则此DLL未被载入。

     当给pszModuleName传NULL时，函数会返回应用程序可执行文件的句柄。

显式链接导出符号

       显式载入某个DLL后，线程可以通过调用以下函数来得到它要引用的符号的地址。

1. view plaincopy to clipboardprint?FARPROC GetProcAddr(HMODULE hInstDll, PCSTR pszSymbolName);  
   
2.     FARPROC GetProcAddr(HMODULE hInstDll, PCSTR pszSymbolName);

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hInstDll标识导出符号所在的DLL的句柄。它是LoadLibrary(Ex),或是GetModuleHandle所返回的句柄。

     pszSymbolName用于标识导出符号。

         pszSymbolName可以有两种形式：

         第一种：用符号名来指定我们想要得到哪个符号的地址。

        如：FARPROC pfn=GetProcAddress(hInstDll,"MyProc");

        它是以0结尾的字符串。要注意此字符串是ANSI类型的。因为编译器、链接器始终都是将符号的名称以ANSI字符串的形式保存在DLL的导出段。

         第二种：用序号来指定我们想要那个符号的地址。

         如：FARPROC pfn=GetProcAddress(hInstDll,MAKERESOURCE(2));

         这种方法假定我们知道某个导出符号在某DLL中的序号为2。应该明确的是Microsoft强烈反对使用序号。

使用序号的形式要比使用字符串速度慢，因为系统需要对一字符串标识的符号名进行字符串比较。使用第二种方法即使该序号并没有与任何导出函数相对应，GetProcAddress也会返回非NULL值。其实这个地址是无效的，访问此地址可能会导致访问违规。

      注意：使用GetProcAddress返回的函数指针来调用函数之前，需要将它转换成与函数签名相匹配的类型。

     例如：

1. view plaincopy to clipboardprint?typedef void (CALLBACK *PFN_DUM_MOUDLE)(MODULE hModule);  
   
2. typedef void (CALLBACK *PFN_DUM_MOUDLE)(MODULE hModule);
   

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它是与void DynamicDumpModule(HMODULE hModule)函数相对应的函数相同。

      动态调用某DLL导出函数的例子：

1. view plaincopy to clipboardprint?<span style="font-size:18px;"> PFN_DUMPMODULE pfnDumpModule=(PFN_DUMPMODULE)GetProcAddress(hDll,"DumpModule");  
   
2.   
   
3. If(pfnDumpModule!=NULL)  
   
4. {  
   
5.     pfnDumpModule(hDll);  
   
6. }  
   
7.   
   
8. ;/span>  
   
9.    <span style="font-size:18px;"> PFN_DUMPMODULE pfnDumpModule=(PFN_DUMPMODULE)GetProcAddress(hDll,"DumpModule");
   
10. 
    
11.    If(pfnDumpModule!=NULL)
    
12.     {
    
13.        pfnDumpModule(hDll);
    
14.     }
    
15. 
    
16. </span>

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DLL的入口点函数

         一个DLL可以有一个入口点函数，系统会在不同的时候调用这个函数。这些调用是通知性质的，通常被DLL用来执行与进程或线程有关的初始化和清理工作。

       如果不需要执行这些操作，可以不必再源代码中不实现此函数。

       如果需要DLL接受这些通知，就应该按照如下的格式来实现该函数。

1. 
   
2. 
   
3. view plaincopy to clipboardprint?<span style="font-size:18px;">Bool WINAPI DllMain(HINSTANCE hInsDll,DWORD fdwReason,PVOID fImpLoad)  
   
4.   
   
5. {  
   
6.   
   
7.      Swith(fdwReason)  
   
8.   
   
9.     {  
   
10.   
    
11.         Case DLL_PROCESS_ATTACH:  
    
12.   
    
13.    
    
14.   
    
15.              //DLL被映射到进程地址空间是，执行此处代码。   
    
16.   
    
17.                 Break;  
    
18.   
    
19.          Case DLL_THREAD_ATTACH:  
    
20.   
    
21.              //线程被创建的时候执行。   
    
22.   
    
23.                  Break;  
    
24.   
    
25.          Case DLL_THREAD_DETACH:  
    
26.   
    
27.                //线程终止运行时执行。   
    
28.   
    
29.                    Break;  
    
30.   
    
31.          Case DLL_PROCESS_DETACH:  
    
32.   
    
33.                 //DLL被卸载的时候执行。   
    
34.   
    
35.                     Break;  
    
36.   
    
37.        }  
    
38. }  
    
39.   
    
40. </span>  
    
41. <span style="font-size:18px;">Bool WINAPI DllMain(HINSTANCE hInsDll,DWORD fdwReason,PVOID fImpLoad)
    
42. 
    
43. {
    
44. 
    
45.      Swith(fdwReason)
    
46. 
    
47.     {
    
48. 
    
49.         Case DLL_PROCESS_ATTACH:
    
50. 
    
51.   
    
52. 
    
53.              //DLL被映射到进程地址空间是，执行此处代码。
    
54. 
    
55.                 Break;
    
56. 
    
57.          Case DLL_THREAD_ATTACH:
    
58. 
    
59.              //线程被创建的时候执行。
    
60. 
    
61.                  Break;
    
62. 
    
63.          Case DLL_THREAD_DETACH:
    
64. 
    
65.                //线程终止运行时执行。
    
66. 
    
67.                    Break;
    
68. 
    
69.          Case DLL_PROCESS_DETACH:
    
70. 
    
71.                 //DLL被卸载的时候执行。
    
72. 
    
73.                     Break;
    
74. 
    
75.        }
    
76. }
    
77. 
    
78. </span>

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hInstDll是该DLL实例的句柄。它是DLL文件被映射到进程地址空间的虚拟地址。通常将这个参数保存在全局变量中。这样在DLL的其他导出函数中就可以使用。

        如果DLL是被隐式载入的，fImpLoad为非零值，显式的话fImportLoad为0。

        fdwReason表示系统调用入口点函数的原因。它是switch语句的参数。可以是上述四个值。分别表示四种情况。后续将会详细介绍每一种情况。

          注意：DLL使用DllMain对自己进行初始化。DllMain执行的时候，其他DLL的可能还未被初始化。这意味着我们应该避免在DllMain中调用从其他DLL中导出的函数。

DLL_PROCESS_ATTACH通知

         当系统第一次将一个DLL映射到进程地址空间是，会调用DllMain函数，并给fdwReason传入DLL_PROCESS_ATTACH。注意：只有在该DLL是第一次被调用到进程地址空间中时，才会调用DllMain。如果以后再次调用LoadLibrary(Ex)时，OS仅仅是递增该DLL在此进程的使用计数，并不会再次调用DllMain。

         当DLL在处理DLL_PROCESS_ATTACH时，应该根据需要执行与进程相关的初始化。如DLL中包含一些函数，需要使用自己的堆，可以在进程加载时执行一些堆的初始化工作。

处理DLL_PROCESS_ATTACH时，DllMain的返回值表示DLL的初始化是否成功。如初始化成功，应返回TRUE,否则应返回false。

       下面来看看DllMain调用的时机：

        创建新进程时，系统为该进程分配地址空间，并将exe可执行文件和所需要的DLL映射到进程地址空间。然后创建主线程，并用主线程来调用每个DLL的DllMain函数，同时传入DLL_PROCESS_ATTACH。当所有已映射的DLL完成对该通知的处理后，系统会让主进程执行可执行模块的C/C++运行库的启动代码。然后执行可执行模块的入口点函数(_tmain或_tWinMain)。如果任意一个DLL的DllMain返回false，就说明初始化失败，系统会将所有文件映像从地址空间中清除，向用户显示错误信息。

显式载入DLL的过程：

         进程调用LoadLibrary(Ex)，该函数对DLL进行定位，并将该DLL映射到进程地址空间。然后会让调用LoadLibrary(Ex)的线程调用DllMain函数，并传入DLL_PROCESS_ATTACH。当DLL的DllMain函数完成了对通知的处理后，系统会让LoadLibrary返回。这样线程就可以继续执行。

         注意：DllMain是在进程调用LoadLibrary（Ex)的时候调用的。它返回到LoadLibrary(Ex)函数内。

第一夫人

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