Logo    
Деловая газета CitCity.ru CITKIT.ru - все об Open Source Форумы Все публикации Учебный центр Курилка
CitForum    CITForum на CD    Подписка на новости портала Море(!) аналитической информации! :: CITFORUM.RU
IT-консалтинг Software Engineering Программирование СУБД Безопасность Internet Сети Операционные системы Hardware

23.03.2017

Google
WWW CITForum.ru
С Новым годом!
2006 г.

Реализация Win32 API в Windows 2000

Baranov Artem

Введение
Сегодня, наверное, уже не осталось человека, который бы не программировал под Windows с прямым использованием ее API-функций, а не функций библиотеки компиляторов. Действительно, Windows 2000 предлагает столь внушительный набор экспортирумых функций, что их с избытком хватит для решения широкого круга задач. Другое преимущество заключается в том, что вызов API-функций позволяет взаимодействовать с Windows напрямую, минуя стандартные библиотеки компилятора. Но возникают несколько вопросов, например, откуда экспортируются функции API и как они реализованы. Данная статья поможет пролить свет на данные вопросы.
Подсистемы окружения
Наверное, первое что интересует программиста, который начинает писать программы с использованием Win32 API, так это то, откуда они экспортируются. Win32 API экспортируется из четырех динамически подключаемых библиотек: Kernel32.dll, User32.dll, Gdi32.dll, Advapi32.dll (Advanced API). Сразу нужно определиться с тем, что Windows 2000 поддерживает также стандарт на вызовы UNIX - POSIX, которые также реализованы в Windows 2000. Поэтому для Windows 2000 определено такое понятие, как подсистема окружения (subsystem environment) - это часть поддержки среды операционной системы, предоставляемой пользователям и программистам. В Windows 2000 реализовано две подсистемы окружения: Win32 и POSIX. Первая является "родной" подсистемой, без которой работа Windows 2000 не представляется возможной, вторая запускается по требованию и предназначена для поддержки UNIX-приложений. Каждый EXE-файл принадлежит только одной подсистеме окружения и может вызывать только API, реализованные этой подсистемой. Таким образом, каждая подсистема проецирует на приложение свой образ операционной системы.
Ntdll.dll
Отличительной чертой Windows является то, что интерфейсы API отделены от их реализации. Это позволяет Microsoft изменять от версии к версии внутренние функции Windows, но оставлять неизменными функции в интерфейсных библиотеках. Так как для обработки большинства API-функций необходимо переключиться в режим ядра, то должна существовать универсальная библиотека, работающая как шлюз между пользовательским режимом и режимом ядра. Такой библиотекой является Ntdll.dll. Для каждой функции в Ntdll.dll существует инструкция перехода в привилегированный режим работы процессора для обработки соответствующей API-функции.

Функции библиотек подсистемы окружения Win32 необходимо разделить на две группы. К первой относятся функции, не требующие перехода в режим ядра, т. е. полностью реализованные в соответствующей DLL (GetCurrentProcess). Вторая группа функций - функции, требующие вызова к Ntdll.dll и как следствие переключения в режим ядра (WriteFile).

В режиме ядра также работают USER и GDI (подсистемы, реализующие GUI-интерфейс). Но в отличие от библиотек Kernel32.dll и Advapi32.dll, библиотеки User32.dll и Gdi32.dll транслируют свои вызовы в драйвер режима ядра Win32k.sys, который также является частью подсистемы Win32.

Исполнительная система и ядро
Ntdll.dll является всего лищь DLL-библиотекой пользовательского режима, для обработки API в режиме ядра она обращается к компонентам операционной системы. В Windows 2000 следует различать исполнительную систему (executive), содержащую базовые сервисы операционной системы и ядро (kernel), содержащего низкоуровневые сервисы операционной системы. Если представлять в виде иерархии, то Executive находится выше ядра, т. к. для реализации той или иной API ей требуется обращения к ядру. Например, планирование потоков происходит в диспетчере потоков в Executive, но сама диспетчеризация (переключение контекста) в ядре. Исполнительная система Executive образует верхний уровень Ntoskrnl.exe, а ядро - нижний. Executive состоит из диспетчеров, таких как диспетчер процессов, потоков, ввода-вывода и др.
Диспетчер системных сервисов
За направление на обработку соответствующему диспетчеру соответствующего системного сервиса отвечает диспетчер системных сервисов - функция KiSystemService в Ntoskrnl.exe. Она осуществляет диспетчеризацию или обработку системного сервиса, используя таблицу диспетчеризации системных сервисов. Вызов (активация) диспетчера системных сервисов происходит в результате программного прерывания int 0x2e (на процессорах х86), эта инструкция располагается в каждом сервисе в Ntdll.dll. Следующая схема иллюстрирует обработку системного сервиса.

KiSystemService принимает номер системного сервиса от Ntdll.dll, находит соответствующий элемент в таблице диспетчеризации системных сервисов и передает системный сервис на обработку исполнительной системе. Ntdll.dll передает в регистре EAX номер системного сервиса, регистр EBX указывает на параметры, передаваемые системному сервису. Затем следует инструкция int 0x2e и по таблице диспетчеризации прерываний, управление передается диспетчеру системных сервисов.

Вызываемые интерфейсы ядра
Как уже было указано, соответствующие библиотеки транслируют API-вызовы в вызовы к Ntdll.dll для переключения в режим ядра. Вызываемые функции Ntdll.dll, называются интерфейсами диспетчера системных сервисов или вызываемыми интерфейсами ядра. Microsoft некоим образом не документирует эти функции, а если и можно встретить в Platform SDK какую-то функцию, экспортируемую из Ntdll.dll, то будет указано, что лучше использовать соответствующие функции Win32 API и не лезть в библиотеку системной поддержки.

Для того, чтобы вызвать системный сервис из Ntdll.dll, нужно получить ее адрес в виртуальном адресном пространстве процесса функцией LoadLibrary, а затем получить указатель на соответствующую функцию вызовом GetProcAddress. Например, в следующем коде показано, как вызвать сервис NtQuerySystemInformation из Ntdll.dll для получения информации о количестве процессоров, установленных в системе.

//Определяем таким образом для Windows XP
#define _WIN32_WINNT	0x0501

#include 
#include 
#include 

#define STATUS_SUCCESS	(NTSTATUS)0x00000000L

void main()
{
	SYSTEM_BASIC_INFORMATION	sysinfo;
	ULONG					ReturnLength;

	NTSTATUS 
(WINAPI 
*pNtQuerySystemInformation)(SYSTEM_INFORMATION_CLASS,
PVOID,ULONG,PULONG);
	HMODULE hModule=LoadLibrary("Ntdll.dll");
	pNtQuerySystemInformation=
	(NTSTATUS (WINAPI*)(SYSTEM_INFORMATION_CLASS,PVOID,ULONG,PULONG))
			GetProcAddress(hModule,"NtQuerySystemInformation");
	if(pNtQuerySystemInformation==NULL) abort();
	if(((pNtQuerySystemInformation)(SystemBasicInformation,&sysinfo,
		sizeof(sysinfo),&ReturnLength))!=STATUS_SUCCESS) abort();
	printf("Number of processors: %d\n",sysinfo.NumberOfProcessors);
}
Здесь в качестве примера вызывается внутренний сервис NtQuerySystemInformation в Ntdll.dll. Обратите внимание, что Ntdll.dll не проецируется на виртуальное адресное пространство процесса при вызове LoadLibrary, т. к. она проецируется на начальном этапе запуска процесса. Здесь получается лишь ее базовый адрес в виртуальном адресном пространстве процесса.

Обратите особое внимание на файл winternl.h, в котором объявлены многие недокументированные структуры и функции. Наконец-то Microsoft приоткрыла завесу тайны над внутренними сервисами, экспортируемыми Ntdll.dll.

Этот заголовочный файл стал настоящей находкой для системных программистов, т. к. он содержит объявления многих недокументированных сервисов, экспортируемых из Ntdll.dll. Остается только догадываться, почему Microsoft решилась объявить эти функции, хотя они до сих пор относятся к разряду не документированных. К их числу относят: NtCreateFile, NtOpenFile, NtWaitForSingleObject. Например, прототип всем известного внутреннего сервиса NtCreateFile выглядит следующим образом.

NTSTATUS NtCreateFile( PHANDLE FileHandle, ACCESS_MASK DesiredAccess,
POBJECT_ATTRIBUTES ObjectAttributes, PIO_STATUS_BLOCK IoStatusBlock,
PLARGE_INTEGER AllocationSize, ULONG FileAttributes, ULONG ShareAccess, ULONG CreateDisposition, ULONG CreateOptions, PVOID EaBuffer, ULONG EaLength);

Мало того, в Platform SDK Windows Server 2003 можно встретить описание этих недокументированных функций. Последнюю версию можно скачать с сайта Microsoft.

Функции, экспортируемые Ntdll.dll
Просмотреть вызываемые интерфейсы ядра, можно, используя программу dumpbin с ключом /EXPORTS. Она отобразит все экспортируемые Ntdll.dll функции. Как окажется, Ntdll.dll экспортирует множество разнообразных функций, в том числе, такие функции, как strcmp, strcpy для оперирования ANSI-строками и wcscmp, wcscpy для Unicode-строк.

Большинство функций Ntdll.dll начинаются со следующих префиксов.
Сс Диспетчер кэша
Cm Диспетчер конфигурации
Ex Функции поддержки Executive
FsRtl Функции библиотеки периода выполения драйвера файловой системы
Hal Функции HAL
Io Функции диспетчера ввода-вывода
Ke Функции ядра
Lpc Механизм Lpc
Lsa Локальная аутентификация
Mm Функции диспетчера памяти
Nt Системные сервисы
Ob Функии диспетчера объектов
Po Функции диспетчера электропитания
Pp Функции диспетчера Plug and Play
Ps Функции поддержки процессов
Rtl Функции библиотеки периода выполнения
Se Функции защиты
Wmi WMI
Zw Точка входа для системных сервисов (аналогичная префиксу Nt)

Win32 API и Windows API
С появлением 64-разрядных версий Windows XP и Windows Server 2003, интерфейс программирования в Windows стал называться Windows API, для обозначения как 32-разрядного API, так и 64-разрядного.

Размещение рекламы — тел. +7 495 4119920, ICQ 232284597

Подписка на новости IT-портала CITForum.ru
(библиотека, CITKIT.ru, CitCity)

Новые публикации:

24 декабря

CITKIT.ru:

  • Новогодние поздравления
  • Сергей Кузнецов. Цикл Операционные системы: Ностальгия по будущему:

  • Алексей Федорчук. OpenSolaris 2008.11 Release

  • Сергей Голубев:

  • Евгений Чайкин aka StraNNik (Блогометки):

    17 декабря

  • С.Д.Кузнецов. Базы данных. Вводный курс

    10 декабря

    CITKIT.ru:

  • OpenSolaris 2008.11 Release

  • Альтернативные ОС: две грустные истории (С.Кузнецов)
  • Nokia N810 — доведение до ума
  • CitCity:

  • Платформа 2009: заоблачные перспективы Microsoft

    4 декабря

  • Лекция С.Д.Кузнецова Понятие модели данных. Обзор разновидностей моделей данных

    CITKIT.ru:

  • OpenSolaris 2008.11 Release. Первые впечатления

  • Linux vs FreeBSD: продолжим "Священные войны"?

  • Nokia N810 as is

  • Индульгенция для FOSS

  • Друзья СПО'2008

    26 ноября

  • Нечеткое сравнение коллекций: семантический и алгоритмический аспекты

    CitCity:

    CITKIT.ru:

  • Глава из книги А.Федорчука
    Сага о FreeBSD:
  • 19 ноября

  • Проблемы экономики производства крупных программных продуктов

  • Язык модификации данных формата XML функциональными методами

    CITKIT.ru:

  • Главы из книги А.Федорчука
    Сага о FreeBSD:

    Заметки к книге:

  • FreeBSD: монтирование сменных устройств и механизм HAL
  • Текстовый редактор ee

    12 ноября

  • Правило пяти минут двадцать лет спустя, и как флэш-память изменяет правила (Гоц Грейф, перевод: Сергей Кузнецов)

    CITKIT.ru:

  • Главы из книги А.Федорчука
    Сага о FreeBSD:
  • OSS в России: взгляд правоведа (В.Житомирский)

  • Новая статья из цикла С.Голубева "Железный марш":

    29 октября

  • О некоторых задачах обратной инженерии

  • Веб-сервисы и Ruby

  • Тестирование web-приложений с помощью Ruby

    CITKIT.ru:

  • Главы из книги А.Федорчука
    Сага о FreeBSD:

  • PuppyRus Linux - беседа с разработчиком (С.Голубев)

  • Сергей Кузнецов. Заметка не про Linux

    22 октября

  • Обзор методов описания встраиваемой аппаратуры и построения инструментария кросс-разработки

    CITKIT.ru:

  • Сергей Кузнецов. Почему я равнодушен к Linux

  • Глава из книги А.Федорчука
    Сага о FreeBSD:
  • Что надо иметь
    3. Базовые познания

    CitCity:

  • Управление IT-инфраструктурой на основе продуктов Microsoft

    15 октября

  • Методы бикластеризации для анализа интернет-данных

    CitCity:

  • Разъемы на ноутбуках: что они дают и зачем их так много?
  • AMD Puma и Intel Centrino 2: кто лучше?

    CITKIT.ru:

  • Новый цикл статей С.Голубева
    Железный марш:

  • Главы из книги А.Федорчука
    Сага о FreeBSD:

    8 октября

  • Автоматизация тестирования web-приложений, основанных на скриптовых языках
  • Опыт применения технологии Azov для тестирования библиотеки Qt3

    Обзоры журнала Computer:

  • SOA с гарантией качества
  • Пикоджоуль ватт бережет
  • ICT и всемирное развитие

    CitCity:

  • Пиррова победа корпорации Microsoft

    CITKIT.ru:

  • Главы из книги А.Федорчука
    Сага о FreeBSD:

    Статья из архива:

  • Я живу в FreeBSD (Вадим Колонцов)

    Новые Блогометки:

  • Перекройка шаблона Blogger или N шагов к настоящему
  • Blogger. Comment style
  • Screenie или глянцевый снимок экрана

    2 октября

    CITKIT.ru:

  • Сага о FreeBSD (А. Федорчук)

    Zenwalk: пакет недели

  • Банинг — интеллектуальное развлечение (С.Голубев)

    CitCity:

    25 сентября

  • Клермонтский отчет об исследованиях в области баз данных

    CITKIT.ru:

  • Пользователям просьба не беспокоиться... (В.Попов)

  • Снова про ZFS: диск хорошо, а два лучше
  • Командная оболочка tcsh (А.Федорчук)

    Zenwalk: пакет недели

    17 сентября

  • T2C: технология автоматизированной разработки тестов базовой функциональности программных интерфейсов
  • Технология Azov автоматизации массового создания тестов работоспособности

    CITKIT.ru:

  • FreeBSD: ZFS vs UFS, и обе-две — против всех (А.Федорчук)

    Zenwalk: пакет недели

  • Дачнет — практика без теории (С.Голубев)

    10 сентября

  • За чем следить и чем управлять при работе приложений с Oracle
  • Планировщик заданий в Oracle
    (В.Пржиялковский)

    CITKIT.ru:

  • Microsoft: ответный "боян" (С.Голубев)

  • Причуды симбиоза, или снова "сделай сам" (В.Попов)

  • Файловые системы современного Linux'а: последнее тестирование
  • Zsh. Введение и обзор возможностей
    (А.Федорчук)

    Описания пакетов Zenwalk: Zsh, Thunar, Thunar-bulk-rename, Xfce4-places-plugin, Xfce4-fsguard-plugin

    Блогометки:

  • Google Chrome
  • Лончер для ASUS Eee PC 701

    3 сентября

    CITKIT.ru:

  • Заметки о ядре (А.Федорчук):

    Добавлены описания пакетов Zenwalk: Galculator, Screenshot, Gnumeric, Pidgin

    В дискуссинном клубе:

  • И еще о Википедии и Google Knol

  • Лекция для начинающего линуксоида (С.Голубев)

    26 августа

  • Транзакционная память (Пересказ: С. Кузнецов)

    CITKIT.ru:

  • Открыт новый проект Zenwalk: пакет недели

  • Статья Текстовые процессоры и их быстродействие: конец еще одной легенды?

    21 августа

    CITKIT.ru:

  • Почему школам следует использовать только свободные программы (Ричард Столлман)
  • Беседа Сергея Голубева с учителем В.В.Михайловым

  • Википедия или Гуглезнание? Приглашение к обсуждению (Алексей Федорчук)
  • Народная энциклопедия от Google (StraNNik)

  • Обзор Mandriva 2009.0 Beta 1 Thornicrofti
  • Новичок в Линукс: Оптимизируем Mandriva 2008.1

  • Книга Zenwalk. Приобщение к Linux:

    13 августа

    CitCity:

  • Мирный Atom на службе человеку. Обзор платы Intel D945GCLF с интегрированным процессором
  • Обзор процессоров Intel Atom 230 на ядре Diamondville

  • iPhone - год спустя. Скоро и в России?

    CITKIT.ru:

  • Интермедия 3.4. GRUB: установка и настройка (из книги Zenwalk. Приобщение к Linux)

    6 августа

  • СУБД с хранением данных по столбцами и по строкам: насколько они отличаются в действительности? (Пересказ: С. Кузнецов)

    CITKIT.ru:

  • Интермедия 2.2. Что неплохо знать для начала (из книги Zenwalk. Приобщение к Linux)

  • И снова про шрифты в Иксах (А.Федорчук)

  • 20 самых быстрых и простых оконных менеджеров для Linux

  • Дело о трех миллиардах (С.Голубев)

    30 июля

  • OLTP в Зазеркалье (Пересказ: С. Кузнецов)

    CitCity:

  • Будущее BI в облаках?
  • Тиражные приложения и заказная разработка. Преимущества для заказчика
  • Дискуссия со сторонниками заказной разработки

    CITKIT.ru:

  • Новые главы книги Zenwalk. Приобщение к Linux:
  • Глава 8. Пакеты: средства установки, системы управления, системы построения
  • Глава 9. Zenwalk: репозитории, пакеты, методы установки

    23 июля

    CITKIT.ru:

  • Все против всех. 64 vs 32, Intel vs AMD, tmpfs vs ext3
  • Две головы от Intel

  • Zenwalk: обзор штатных приложений (глава из книги "Zenwalk. Приобщение к Linux")

  • Нормально, Григорий...

    16 июля

    Обзоры журнала Computer:

  • Перспективы и проблемы программной инженерии в XXI веке
  • Большие хлопоты с большими объемами данных
  • Перспективы наноэлектроники

    CITKIT.ru:

  • Интермедия о лицензиях (А.Федорчук. "Zenwalk. Приобщение к Linux")

  • Есть ли будущее у KDE?

  • Linux в школе: альтернативный вариант в задачах

  • Шифр (приключения агента Никодима)

    10 июля

    CITKIT.ru:

  • Новые разделы книги А. Федорчука Zenwalk. Приобщение к Linux:
  • Интермедия вступительная. Linux или GNU/Linux? Как вас теперь называть?
  • Глава 5. Среда Xfce
  • Глава 6. Xfce: приложения и плагины

  • ZUR (Zenwalk User Repository) FAQ

    2 июля

  • Персистентность данных в объектно-ориентированных приложениях (С. Кузнецов)

    CITKIT.ru:

  • Новые разделы книги А. Федорчука Zenwalk. Приобщение к Linux:
  • Интермедия 1.2. Дорога к Zenwalk'у. Период бури и натиска
  • Интермедия 3.3. Немного о Linux'е и "железе"
  • Глава 4. Настройка: инструментами и руками
  • Интермедия 4.1. Zenpanel и конфиги: поиски корреляции

  • Интервью с Жан-Филиппом Гийоменом, создателем дистрибутива Zenwalk

  • Linux в школе: первые итоги (С. Голубев)

    25 июня

    CITKIT.ru:

  • Zenwalk. Приобщение к Linux (А. Федорчук)

  • Логика и риторика (С.Голубев)

  • Технология Tru64 AdvFS

  • Ханс Райзер предлагает отвести полицейских к телу Нины

    18 июня

  • Проекты по управлению данными в Google (Пересказ: С. Кузнецов)

    CITKIT.ru:

  • ОС и поддержка "железа": мифы и реальность (А. Федорчук)

  • Linux в школе: другие дистрибутивы

  • Пинок (С. Голубев)

    4 июня

  • Ландшафт области управления данными: аналитический обзор (С. Кузнецов)

    CITKIT.ru:

  • Linux в школе: слово заинтересованным лицам

  • SlackBuild: пакеты своими руками

  • Linux от компании Novell. Установка и обзор openSUSE Linux

    Все публикации >>>




  • IT-консалтинг Software Engineering Программирование СУБД Безопасность Internet Сети Операционные системы Hardware

    Информация для рекламодателей PR-акции, размещение рекламы — тел. +7 495 4119920, ICQ 232284597 Пресс-релизы — pr@citcity.ru
    Послать комментарий
    Информация для авторов
    Rambler's Top100 TopList liveinternet.ru: показано число просмотров за 24 часа, посетителей за 24 часа и за сегодня This Web server launched on February 24, 1997
    Copyright © 1997-2000 CIT, © 2001-2007 CIT Forum
    Внимание! Любой из материалов, опубликованных на этом сервере, не может быть воспроизведен в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. Подробнее...