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纵谈进程枚举
阅读量:6888 次
发布时间:2019-06-27

本文共 15343 字,大约阅读时间需要 51 分钟。

当程序出现异常而失去响应,我们通常的做法是打开Windows任务管理器强行将其"杀死"。

Windows任务管理器是个好东西,它能显示当前系统中执行的全部进程。以及它们的实时性能參数。可是作为程序猿,你知道这些功能是怎么实现的吗?

"这有什么难的?!"你可能会说,"不就是调用那几个进程枚举函数嘛。"是啊,单纯实现Windows任务管理器相似的功能是不难。可是。你先别急。关于进程枚举,可能你仅仅知其一,不知其二;更何况,我们这里还有其三、其四。除此之外。我们这里还要增强功能,显示与各个进程相关联的模块(即DLL,动态链接库)信息。

进程与DLL的基础知识
大家知道。Windows 98/2000/XP都是多任务操作系统。所谓多任务。就是系统中能够同一时候执行多个进程。而所谓进程,就是应用程序的执行实例。通俗地讲,进程就是一个执行起来的.EXE程序。
系统中的进程都用一个DWORD类型的数据来唯一标识,我们称之为PID。即使同一个应用程序执行多个实例。它们的PID也是不一样的。另外。进程拥有自己私有的虚拟地址空间,进程与进程之间不会相互干扰;每一个进程都至少包括一条线程。
那么。DLL与进程又有什么关系呢?大家知道,自Windows诞生之日起,Windows操作系统就使用DLL来支持公共函数调用。DLL中实现的函数代码不出如今.EXE文件里,但能够被各个进程所使用。
使用DLL的优点包括:
1)    能够显著地减小每一个组件的大小(特别是对于一些大型软件系统)。

2)    使升级更为简单。

假设我们想要使用新版本号的函数。改变DLL中的函数后。仅仅需又一次编译DLL项目。然后再连接使用该函数的各个应用程序;而应用程序本身不须要又一次编译。

3)    便于功能模块化,乃至开发任务的团队协作。

一般来说,一个进程总是调用这个或那个DLL中的函数。进程与DLL是一种依赖关系。在我们的演示程序中,我们不仅要做进程枚举。我们还要来揭示进程与DLL的这样的依赖关系。演示程序的用户界面例如以下:

图1 演示程序之用户界面 
好了,言归正转,我们直奔主题。接下去。我们就来逐一介绍各种进程枚举方法。
方法一:使用工具库(Tool Help Library)函数
这是一种历史最悠久、也是最主要的方法(从Windows 95開始就支持这样的方法)。这些API函数中,最重要的当属CreateToolhelp32Snapshot,它的函数原型例如以下:
HANDLE WINAPI CreateToolhelp32Snapshot(
  DWORD dwFlags,       
  DWORD th32ProcessID  
);

这个函数的功能就是给系统拍"快照"。拍照的对象由參数dwFlags决定,比方dwFlags值为TH32CS_SNAPPROCESS表示对象为系统中的全部进程,值为TH32CS_SNAPMODULE表示对象为由th32ProcessID參数指定的进程调用的全部模块(也就是DLL)。

当调用CreateToolhelp32Snapshot函数给指定的对象拍完快照之后。我们就能够使用Process32First、Process32Next、Module32First、Module32Next等函数进行"取片"工作了,就是遍历刚才拍下来的全部进程、进程调用的全部模块。
我们的演示程序提供了完整的代码实现:

BOOL CToolHelpSpy::BuildProcessList(void){    // 给系统中全部进程拍快照    HANDLE hProcessSnap = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPPROCESS, 0);     if (hProcessSnap == INVALID_HANDLE_VALUE)     {        return FALSE;     }        PROCESSENTRY32 pe32 = {0};     pe32.dwSize = sizeof(PROCESSENTRY32);     // 遍历拍下来的全部进程     if (Process32First(hProcessSnap, &pe32))     {        do         {             if (pe32.th32ProcessID && strcmp(pe32.szExeFile, "System"))            {                // 保存进程的名字、PID                CProcessItem  processItem;                processItem.SetProcessName(pe32.szExeFile);                    processItem.SetProcessId(pe32.th32ProcessID);                // 添加列表保存                mProcList.AddTail(processItem);            }        } while (Process32Next(hProcessSnap, &pe32));     }     CloseHandle(hProcessSnap);     return TRUE;}BOOL CToolHelpSpy::BuildModuleList(CProcessItem& inProcess){    // 给指定的进程调用的全部模块拍快照    HANDLE hModuleSnap = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPMODULE,         inProcess.GetProcessId());    if (hModuleSnap == INVALID_HANDLE_VALUE)     {        return FALSE;     }    MODULEENTRY32 me32 = {0};     me32.dwSize = sizeof(MODULEENTRY32);        inProcess.CleanupModuleList();    // 遍历全部模块    if (Module32First(hModuleSnap, &me32))     {        do        {            // 保存模块文件全路径            inProcess.AddModuleItem(me32.szExePath);        } while (Module32Next(hModuleSnap, &me32));    }    CloseHandle(hModuleSnap);     return TRUE;}
注:工具库函数在Kernel32.dll中实现。

程序开发中,我们须要包括头文件Tlhelp32.h,连接库文件Kernel32.lib。

注:我们这里使用自己定义类CProcessItem来描写叙述一个进程,它保存了进程的名字、PID等信息。另外还维持一个该进程调用的全部模块的列表。相应地,我们也使用一个自己定义类CModuleItem来描写叙述模块,它保存模块文件的全路径、版本号号、文件大小、说明信息、所属产品名等。(下同)
方法二:使用PSAPI (Process Status API)函数
这是一种Windows NT/2000下的方法。核心是使用EnumProcesses函数。它的原型例如以下:
BOOL EnumProcesses(
  DWORD *lpidProcess,    // 用于保存全部进程的PID的数组
  DWORD cb,                     // 上述数组的大小
  DWORD *cbNeeded        // PID数组中实际返回的(有效)字节数
);
当获得系统中全部进程的PID后,我们就能够使用OpenProcess函数打开指定的进程。再调用GetModuleBaseName获得该进程的名字。调用EnumProcessModules枚举该进程调用的全部模块,调用GetModuleFileNameEx获得模块文件的全路径。

我们的演示程序提供了完整的代码实现:

BOOL CPSApiSpy::BuildProcessList(void){    // 枚举获得系统中的全部进程的PID    DWORD  processes[1024], needed;    if (!EnumProcesses(processes, sizeof(processes), &needed))    {        return FALSE;    }    char  szName[MAX_PATH]   = "";    DWORD actualProcessCount = needed / sizeof(DWORD);    for (DWORD i = 0; i < actualProcessCount; i++)    {        // 保存进程的PID        CProcessItem  processItem;        processItem.SetProcessId(processes[i]);        // 打开当前进程以获得进程操作句柄        HANDLE hProcess = OpenProcess(PROCESS_QUERY_INFORMATION | PROCESS_VM_READ,            FALSE, processes[i]);        if (hProcess)        {            HMODULE hModule;            DWORD   needed;            // 枚举当前进程调用的全部模块            if (EnumProcessModules(hProcess, &hModule, sizeof(hModule), &needed))            {                // 获得并保存进程的名字                GetModuleBaseName(hProcess, hModule, szName, sizeof(szName));                processItem.SetProcessName(szName);                    mProcList.AddTail(processItem);            }            CloseHandle(hProcess);        }    }    return TRUE;}BOOL CPSApiSpy::BuildModuleList(CProcessItem& inProcess){    // 依据PID打开该进程。获得一个进程操作句柄    HANDLE hProcess = OpenProcess(PROCESS_QUERY_INFORMATION | PROCESS_VM_READ,        FALSE, inProcess.GetProcessId());    if (hProcess)    {        HMODULE modules[1024];        DWORD   needed;        // 枚举当前进程调用的全部模块        if (EnumProcessModules(hProcess, modules, sizeof(modules), &needed))        {            char szName[MAX_PATH] = "";            inProcess.CleanupModuleList();            DWORD actualModuleCount = needed / sizeof(DWORD);            // 获得各个模块文件的全路径            for (DWORD i = 1; i < actualModuleCount; i++)            {                GetModuleFileNameEx(hProcess, modules[i], szName, sizeof(szName));                inProcess.AddModuleItem(szName);            }        }        CloseHandle(hProcess);    }        return TRUE;}
注:PSAPI函数在Psapi.dll中实现。

程序开发中。我们须要包括头文件Psapi.h,连接库文件Psapi.lib。这些文件在安装了微软的Platform SDK后就可获得。

方法三:利用系统收集的性能数据(Performance Data)
这也是一种Windows NT/2000下的方法。

首先,我们须要介绍一些关于性能监视(Performance Monitoring)的背景知识。

所谓性能监视。实际上是Windows NT/2000提供的一种系统功能。它能实时採集、分析系统内的应用程序、服务、驱动程序等的性能数据,以此来分析系统的瓶颈、监视组件的表现,终于帮助用户进行系统的合理调配。这里。还要引入一个性能对象(Performance Object)的概念。即被监视者。

一般系统中的性能对象包括处理器(Processor)、进程(Process)、线程(Thread)、网络通讯(如TCP、UDP、ICMP、IP等)、系统服务(如ACS/RSVP Service)等。(本文我们关心的是进程。即名为"Process"的对象。)以下,我们给出系统性能数据的结构參考图:

图2 系统性能数据的结构 
性能对象有两种:一种仅仅支持一个实例。还有一种支持多个实例。(我们关心的进程对象支持多个实例,而每一个实例相应系统中的一个进程。)一个对象能够有多个性能指标;每一个性能指标都用一个计数器(Counter)来记录。就进程对象而言。它拥有的计数器种类包括ID Process(进程的PID)、Thread Count(线程数)、Priority Base(进程优先级)、IO Read Bytes/sec(每秒IO读取字节数)、IO Writer Bytes/sec(每秒IO写出字节数)等。

(本文我们仅仅关心ID Process计数器的值。

支持单一实例的对象数据结构例如以下(也就是图2中各个对象数据块的展开形式):
图3 支持单一实例的对象数据结构
支持多实例的对象数据结构例如以下(添加了各个实例的定义部分):
图4 支持多实例的对象数据结构
知道了性能数据结构,接下去我们怎么来读取它们呢?最主要的方法就是通过注冊表函数,如RegOpenKeyEx、RegQueryValueEx、RegCloseKey等。值得注意的是,这里尽管使用的是注冊表函数,但性能数据并不存储在注冊表数据库中;读取性能数据时调用函数RegOpenKeyEx。主键值应该是HKEY_PERFORMANCE_DATA。而当性能数据获得之后,依据各部分数据结构的定义,计算偏移量,我们就能获取我们感兴趣的数据了。
我们的演示程序提供了完整的代码实现:

#define INITIAL_SIZE        51200#define EXTEND_SIZE         25600#define REGKEY_PERF         _T("Software\\Microsoft\\Windows NT\\Currentversion\\Perflib")#define REGSUBKEY_COUNTERS  _T("Counters")#define PROCESS_COUNTER     _T("process")#define PROCESSID_COUNTER   _T("id process")BOOL CPerformanceSpy::BuildProcessList(void){    // 步骤一:从特定的注冊表路径下获取系统中全部的对象、计数器的名字    LANGID lid = MAKELANGID(LANG_ENGLISH, SUBLANG_NEUTRAL);    TCHAR  szSubKey[1024];    _stprintf(szSubKey, _T("%s\\%03x"), REGKEY_PERF, lid);    HKEY  hSubKey;    DWORD rt = RegOpenKeyEx(HKEY_LOCAL_MACHINE, szSubKey, 0,         KEY_READ, &hSubKey);    if (rt != ERROR_SUCCESS)    {        return FALSE;    }    DWORD  dwType = 0;    DWORD  dwSize = 0;    LPBYTE buffer = NULL;    BOOL   pass = FALSE;    // 获得装载全部计数器名字的缓冲大小    rt = RegQueryValueEx(hSubKey, REGSUBKEY_COUNTERS, NULL,        &dwType, NULL, &dwSize);    if (rt == ERROR_SUCCESS)    {        buffer = (LPBYTE) malloc(dwSize);        memset(buffer, 0, dwSize);        rt = RegQueryValueEx(hSubKey, REGSUBKEY_COUNTERS, NULL,            &dwType, buffer, &dwSize);    }    LPSTR  p, p2;    DWORD  dwProcessIdTitle;     DWORD  dwProcessIdCounter;     PPERF_DATA_BLOCK             pPerf;    PPERF_OBJECT_TYPE            pObj;    PPERF_INSTANCE_DEFINITION    pInst;    PPERF_COUNTER_BLOCK          pCounter;    PPERF_COUNTER_DEFINITION     pCounterDef;    if (rt == ERROR_SUCCESS)    {        pass = TRUE;        // 步骤二:查找名为"Process"的对象以及名为"ID Process"的计数器        // 获取它们的索引值(由于对象、计数器在性能数据中是靠索引来标识的)        p = (LPSTR) buffer;        while (*p)         {            if (p > (LPSTR) buffer)             {                for (p2 = p - 2; _istdigit(*p2); p2--)                    ;            }            if (_tcsicmp(p, PROCESS_COUNTER) == 0)            {                // 获取"Process"对象的索引                for (p2 = p - 2; _istdigit(*p2); p2--)                     ;                _tcscpy(szSubKey, p2+1);            }             else if (stricmp(p, PROCESSID_COUNTER) == 0)             {                // 获取"ID Process"计数器的索引                for (p2 = p - 2; _istdigit(*p2); p2--)                     ;                 dwProcessIdTitle = atol(p2 + 1);            }            // Point to the next string            p += (_tcslen(p) + 1);        }        // 步骤三:获取进程对象的全部性能数据        free(buffer);        buffer = NULL;        dwSize = INITIAL_SIZE;        buffer = (LPBYTE) malloc(dwSize);        memset(buffer, 0, dwSize);        while (pass)        {            rt = RegQueryValueEx(HKEY_PERFORMANCE_DATA, szSubKey, NULL,                &dwType, buffer, &dwSize);            pPerf = (PPERF_DATA_BLOCK) buffer;            // 性能数据块开头以四个字符"PERF"标识            if ((rt == ERROR_SUCCESS) && (dwSize > 0) &&                pPerf->Signature[0] == (WCHAR)'P' &&                pPerf->Signature[1] == (WCHAR)'E' &&                pPerf->Signature[2] == (WCHAR)'R' &&                pPerf->Signature[3] == (WCHAR)'F')            {                break;            }            // 假设缓冲不够大,扩大缓冲后再试            if (rt == ERROR_MORE_DATA)            {                dwSize += EXTEND_SIZE;                buffer  = (LPBYTE) realloc(buffer, dwSize );                memset(buffer, 0, dwSize );            }            else            {                pass = FALSE;            }        }    }    if (pass)    {        pObj = (PPERF_OBJECT_TYPE) ((DWORD)pPerf + pPerf->HeaderLength);        // 步骤四:在进程对象数据的计数器定义部分寻找"ID Process"计数器         pCounterDef = (PPERF_COUNTER_DEFINITION) ((DWORD)pObj + pObj->HeaderLength);         for (DWORD i = 0; i < (DWORD)pObj->NumCounters; i++)         {             if (pCounterDef->CounterNameTitleIndex == dwProcessIdTitle)             {                 dwProcessIdCounter = pCounterDef->CounterOffset;                 break;             }             pCounterDef++;         }                 // 步骤五:遍历全部实例。获取实例的名字(即进程名)以及PID        TCHAR  szProcessName[MAX_PATH];        pInst = (PPERF_INSTANCE_DEFINITION) ((DWORD)pObj + pObj->DefinitionLength);        for (i = 0; i < (DWORD)pObj->NumInstances; i++)        {            // 获取进程名            p  = (LPSTR) ((DWORD)pInst + pInst->NameOffset);            rt = WideCharToMultiByte(CP_ACP, 0, (LPCWSTR)p, -1, szProcessName,                sizeof(szProcessName), NULL, NULL);            // 获取进程PID            pCounter = (PPERF_COUNTER_BLOCK) ((DWORD)pInst + pInst->ByteLength);            DWORD processId = *((LPDWORD) ((DWORD)pCounter + dwProcessIdCounter));            if (strcmp(szProcessName, "System") && processId)            {                CProcessItem  processItem;                processItem.SetProcessId(processId);                processItem.SetProcessName(szProcessName);                    mProcList.AddTail(processItem);            }            // Point to the next process             pInst = (PPERF_INSTANCE_DEFINITION) ((DWORD)pCounter + pCounter->ByteLength);        }    }    if (buffer)     {        free(buffer);        buffer = NULL;    }    RegCloseKey(hSubKey);    RegCloseKey(HKEY_PERFORMANCE_DATA);    return pass;}
注:方法三用到的仅仅是注冊表操作函数。而这些函数在advapi32.dll中实现。

程序开发中,我们须要包括头文件winperf.h。另外,该方法中各个进程所调用的模块,仍然用法二的PSAPI函数获得,这里就不再列出。

方法四:使用PDH (Performance Data Helper)函数
这样的方法的底层实现跟方法三事实上是一样的。但我们看到,方法三实现起来非常繁琐。

为了简化应用。PDH函数对方法三的实现进行了一层封装。我们这里的进程枚举,主要使用PdhEnumObjectItems函数。它的函数原型例如以下:

PDH_STATUS PdhEnumObjectItems(
  LPCTSTR szDataSource,                      // 数据源
  LPCTSTR szMachineName,                 // 机器名
  LPCTSTR szObjectName,                    // 对象名
  LPTSTR mszCounterList,                    // 计数器列表
  LPDWORD pcchCounterListLength,   // 计数器列表长度
  LPTSTR mszInstanceList,                    // 实例列表
  LPDWORD pcchInstanceListLength,   // 实例列表长度
  DWORD dwDetailLevel,                      // 获取信息的级别
  DWORD dwFlags                                 // 保留为0
);
对于每一个获得的进程实例,我们还要得到它的PID,也就是得到"ID Process"计数器的值。这时,我们会用到其它的PDH函数,包括:PdhOpenQuery、PdhAddCounter、PdhCollectQueryData、PdhGetFormattedCounterValue、PdhCloseQuery等。
我们的演示程序提供了完整的代码实现:

BOOL CPDHSpy::BuildProcessList(void){    LPTSTR      szCounterListBuffer     = NULL;    DWORD       dwCounterListSize       = 0;    LPTSTR      szInstanceListBuffer    = NULL;    DWORD       dwInstanceListSize      = 0;        BOOL pass = FALSE;    // 第一次调用PdhEnumObjectItems以获取须要的列表长度     PDH_STATUS pdhStatus = PdhEnumObjectItems(NULL, NULL, TEXT("Process"),        szCounterListBuffer, &dwCounterListSize, szInstanceListBuffer,        &dwInstanceListSize, PERF_DETAIL_WIZARD, 0);     if (pdhStatus == ERROR_SUCCESS)     {        szCounterListBuffer  = (LPTSTR) malloc((dwCounterListSize * sizeof (TCHAR)));        szInstanceListBuffer = (LPTSTR) malloc((dwInstanceListSize * sizeof (TCHAR)));        // 第二次调用PdhEnumObjectItems	// 获得"Process"对象的全部计数器和实例        pdhStatus = PdhEnumObjectItems(NULL, NULL, TEXT("Process"),            szCounterListBuffer, &dwCounterListSize, szInstanceListBuffer,            &dwInstanceListSize, PERF_DETAIL_WIZARD, 0);             if (pdhStatus == ERROR_SUCCESS)         {            pass = TRUE;            LPTSTR  pInst = szInstanceListBuffer;            // 获得每一个实例名,也就是进程名            for (; *pInst != 0;    pInst += lstrlen(pInst) + 1)             {                if (strcmp(pInst, "System") && strcmp(pInst, "Idle") &&                    strcmp(pInst, "_Total"))                {                    CProcessItem  processItem;                    // 获得进程的PID                    processItem.SetProcessId(GetPIDCounterValue(pInst));                    processItem.SetProcessName(pInst);                        mProcList.AddTail(processItem);                }            }        }    }    if (szCounterListBuffer != NULL)     {        free(szCounterListBuffer);        szCounterListBuffer = NULL;    }    if (szInstanceListBuffer != NULL)     {        free(szInstanceListBuffer);        szInstanceListBuffer = NULL;    }     return pass;}DWORD CPDHSpy::GetPIDCounterValue(LPTSTR inInstanceName){    // 打开一个查询对象    HQUERY   hQuery   = NULL;    PDH_STATUS pdhStatus = PdhOpenQuery (0, 0, &hQuery);    HCOUNTER hCounter = NULL;    char szPathBuffer[MAX_PATH];    sprintf(szPathBuffer, "\\Process(%s)\\ID Process", inInstanceName);    pdhStatus = PdhAddCounter(hQuery, szPathBuffer, 0, &hCounter);    pdhStatus = PdhCollectQueryData(hQuery);    // 获得当前实例的"ID Process"计数器的值    DWORD                  ctrType;    PDH_FMT_COUNTERVALUE   fmtValue;    pdhStatus = PdhGetFormattedCounterValue(hCounter, PDH_FMT_LONG,         &ctrType, &fmtValue);    // 关闭查询对象    pdhStatus = PdhCloseQuery (hQuery);    return fmtValue.longValue;}
注:PDH函数在Pdh.dll中实现。

程序开发中,我们须要包括头文件Pdh.h,连接库文件Pdh.lib。

演示程序说明
我们的演示程序使用VC6.0开发完毕,是一个基于对话框的MFC程序。程序设计秉承OOP风格。以及用户界面(User Interface)与业务逻辑(Business Logic)分离的原则,结构简单、条理清晰,相信大家非常easy能够读懂代码。
由于本文总共介绍了四种进程枚举的方法,我们设计了例如以下一个逻辑控制类继承结构:
图5 演示程序逻辑控制类结构
另外。演示程序对于进程调用的模块採用了延后枚举(Lazy Enumerating)的策略,即在程序启动的时候并没有将全部进程调用的模块都枚举好。而仅在须要的时候进行。

这样能够显著节省程序启动的时间。

写在最后
进程隐藏(与其相对的就是进程枚举)一直是一个非常热门的话题,思路有非常多。当中有一种就是拦截系统API函数EnumProcesses的调用。通读本文后,你认为这样的思路可行吗?或者你有了其它新的想法。这些都是笔者写作此文的初衷。(注:成文于2004年。发表于《CSDN开发高手》。

转载地址:http://lqqbl.baihongyu.com/

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