Windows內核原理與實現--Windows進程線程基本概念(2)

執行體層位於內核層之上，側重於提供各種管理策略，同時爲上層應用程序提供基本的功能接口。下面先來討論執行體層進程對象的數據結構EPROCESS。

環境 Win7 x64

kd> dt nt!_EPROCESS
   +0x000 Pcb              : _KPROCESS
   +0x160 ProcessLock      : _EX_PUSH_LOCK
   +0x168 CreateTime       : _LARGE_INTEGER
   +0x170 ExitTime         : _LARGE_INTEGER
   +0x178 RundownProtect   : _EX_RUNDOWN_REF
   +0x180 UniqueProcessId  : Ptr64 Void
   +0x188 ActiveProcessLinks : _LIST_ENTRY
   +0x198 ProcessQuotaUsage : [2] Uint8B
   +0x1a8 ProcessQuotaPeak : [2] Uint8B
   +0x1b8 CommitCharge     : Uint8B
   +0x1c0 QuotaBlock       : Ptr64 _EPROCESS_QUOTA_BLOCK
   +0x1c8 CpuQuotaBlock    : Ptr64 _PS_CPU_QUOTA_BLOCK
   +0x1d0 PeakVirtualSize  : Uint8B
   +0x1d8 VirtualSize      : Uint8B
   +0x1e0 SessionProcessLinks : _LIST_ENTRY
   +0x1f0 DebugPort        : Ptr64 Void
   +0x1f8 ExceptionPortData : Ptr64 Void
   +0x1f8 ExceptionPortValue : Uint8B
   +0x1f8 ExceptionPortState : Pos 0, 3 Bits
   +0x200 ObjectTable      : Ptr64 _HANDLE_TABLE
   +0x208 Token            : _EX_FAST_REF
   +0x210 WorkingSetPage   : Uint8B
   +0x218 AddressCreationLock : _EX_PUSH_LOCK
   +0x220 RotateInProgress : Ptr64 _ETHREAD
   +0x228 ForkInProgress   : Ptr64 _ETHREAD
   +0x230 HardwareTrigger  : Uint8B
   +0x238 PhysicalVadRoot  : Ptr64 _MM_AVL_TABLE
   +0x240 CloneRoot        : Ptr64 Void
   +0x248 NumberOfPrivatePages : Uint8B
   +0x250 NumberOfLockedPages : Uint8B
   +0x258 Win32Process     : Ptr64 Void
   +0x260 Job              : Ptr64 _EJOB
   +0x268 SectionObject    : Ptr64 Void
   +0x270 SectionBaseAddress : Ptr64 Void
   +0x278 Cookie           : Uint4B
   +0x27c UmsScheduledThreads : Uint4B
   +0x280 WorkingSetWatch  : Ptr64 _PAGEFAULT_HISTORY
   +0x288 Win32WindowStation : Ptr64 Void
   +0x290 InheritedFromUniqueProcessId : Ptr64 Void
   +0x298 LdtInformation   : Ptr64 Void
   +0x2a0 Spare            : Ptr64 Void
   +0x2a8 ConsoleHostProcess : Uint8B
   +0x2b0 DeviceMap        : Ptr64 Void
   +0x2b8 EtwDataSource    : Ptr64 Void
   +0x2c0 FreeTebHint      : Ptr64 Void
   +0x2c8 FreeUmsTebHint   : Ptr64 Void
   +0x2d0 PageDirectoryPte : _HARDWARE_PTE
   +0x2d0 Filler           : Uint8B
   +0x2d8 Session          : Ptr64 Void
   +0x2e0 ImageFileName    : [15] UChar
   +0x2ef PriorityClass    : UChar
   +0x2f0 JobLinks         : _LIST_ENTRY
   +0x300 LockedPagesList  : Ptr64 Void
   +0x308 ThreadListHead   : _LIST_ENTRY
   +0x318 SecurityPort     : Ptr64 Void
   +0x320 Wow64Process     : Ptr64 Void
   +0x328 ActiveThreads    : Uint4B
   +0x32c ImagePathHash    : Uint4B
   +0x330 DefaultHardErrorProcessing : Uint4B
   +0x334 LastThreadExitStatus : Int4B
   +0x338 Peb              : Ptr64 _PEB
   +0x340 PrefetchTrace    : _EX_FAST_REF
   +0x348 ReadOperationCount : _LARGE_INTEGER
   +0x350 WriteOperationCount : _LARGE_INTEGER
   +0x358 OtherOperationCount : _LARGE_INTEGER
   +0x360 ReadTransferCount : _LARGE_INTEGER
   +0x368 WriteTransferCount : _LARGE_INTEGER
   +0x370 OtherTransferCount : _LARGE_INTEGER
   +0x378 CommitChargeLimit : Uint8B
   +0x380 CommitChargePeak : Uint8B
   +0x388 AweInfo          : Ptr64 Void
   +0x390 SeAuditProcessCreationInfo : _SE_AUDIT_PROCESS_CREATION_INFO
   +0x398 Vm               : _MMSUPPORT
   +0x420 MmProcessLinks   : _LIST_ENTRY
   +0x430 HighestUserAddress : Ptr64 Void
   +0x438 ModifiedPageCount : Uint4B
   +0x43c Flags2           : Uint4B
   +0x43c JobNotReallyActive : Pos 0, 1 Bit
   +0x43c AccountingFolded : Pos 1, 1 Bit
   +0x43c NewProcessReported : Pos 2, 1 Bit
   +0x43c ExitProcessReported : Pos 3, 1 Bit
   +0x43c ReportCommitChanges : Pos 4, 1 Bit
   +0x43c LastReportMemory : Pos 5, 1 Bit
   +0x43c ReportPhysicalPageChanges : Pos 6, 1 Bit
   +0x43c HandleTableRundown : Pos 7, 1 Bit
   +0x43c NeedsHandleRundown : Pos 8, 1 Bit
   +0x43c RefTraceEnabled  : Pos 9, 1 Bit
   +0x43c NumaAware        : Pos 10, 1 Bit
   +0x43c ProtectedProcess : Pos 11, 1 Bit
   +0x43c DefaultPagePriority : Pos 12, 3 Bits
   +0x43c PrimaryTokenFrozen : Pos 15, 1 Bit
   +0x43c ProcessVerifierTarget : Pos 16, 1 Bit
   +0x43c StackRandomizationDisabled : Pos 17, 1 Bit
   +0x43c AffinityPermanent : Pos 18, 1 Bit
   +0x43c AffinityUpdateEnable : Pos 19, 1 Bit
   +0x43c PropagateNode    : Pos 20, 1 Bit
   +0x43c ExplicitAffinity : Pos 21, 1 Bit
   +0x440 Flags            : Uint4B
   +0x440 CreateReported   : Pos 0, 1 Bit
   +0x440 NoDebugInherit   : Pos 1, 1 Bit
   +0x440 ProcessExiting   : Pos 2, 1 Bit
   +0x440 ProcessDelete    : Pos 3, 1 Bit
   +0x440 Wow64SplitPages  : Pos 4, 1 Bit
   +0x440 VmDeleted        : Pos 5, 1 Bit
   +0x440 OutswapEnabled   : Pos 6, 1 Bit
   +0x440 Outswapped       : Pos 7, 1 Bit
   +0x440 ForkFailed       : Pos 8, 1 Bit
   +0x440 Wow64VaSpace4Gb  : Pos 9, 1 Bit
   +0x440 AddressSpaceInitialized : Pos 10, 2 Bits
   +0x440 SetTimerResolution : Pos 12, 1 Bit
   +0x440 BreakOnTermination : Pos 13, 1 Bit
   +0x440 DeprioritizeViews : Pos 14, 1 Bit
   +0x440 WriteWatch       : Pos 15, 1 Bit
   +0x440 ProcessInSession : Pos 16, 1 Bit
   +0x440 OverrideAddressSpace : Pos 17, 1 Bit
   +0x440 HasAddressSpace  : Pos 18, 1 Bit
   +0x440 LaunchPrefetched : Pos 19, 1 Bit
   +0x440 InjectInpageErrors : Pos 20, 1 Bit
   +0x440 VmTopDown        : Pos 21, 1 Bit
   +0x440 ImageNotifyDone  : Pos 22, 1 Bit
   +0x440 PdeUpdateNeeded  : Pos 23, 1 Bit
   +0x440 VdmAllowed       : Pos 24, 1 Bit
   +0x440 CrossSessionCreate : Pos 25, 1 Bit
   +0x440 ProcessInserted  : Pos 26, 1 Bit
   +0x440 DefaultIoPriority : Pos 27, 3 Bits
   +0x440 ProcessSelfDelete : Pos 30, 1 Bit
   +0x440 SetTimerResolutionLink : Pos 31, 1 Bit
   +0x444 ExitStatus       : Int4B
   +0x448 VadRoot          : _MM_AVL_TABLE
   +0x488 AlpcContext      : _ALPC_PROCESS_CONTEXT
   +0x4a8 TimerResolutionLink : _LIST_ENTRY
   +0x4b8 RequestedTimerResolution : Uint4B
   +0x4bc ActiveThreadsHighWatermark : Uint4B
   +0x4c0 SmallestTimerResolution : Uint4B
   +0x4c8 TimerResolutionStackRecord : Ptr64 _PO_DIAG_STACK_RECORD

幾個著名成員：

1、+0x000 Pcb : _KPROCESS Pcb即爲上篇介紹的KPROCESS結構體。

2、UniqueProcessId域是進程的唯一編號，在進程創建時設定。ActiveProcessLinks域是一個雙鏈表節點，表頭是一個全局變量PsActiveProcessHead。

3、QuotaUsage和QuotaPeak是指一個進程的內存使用量和尖峯使用量。應用層上的一些相關進程函數實際上讀的就是這個。

4、SessionProcessLinks域是一個雙鏈表節點，當進程加入系統的一個會話時，這個域將作爲一個節點加入到該會話的進程鏈表。

5、ObjectTable域是進程的句柄表，句柄是一個抽象概念，代表了進程已打開的一個對象。Windows的進程句柄表有層次結構。例如，對某進程執行一次NtOpenProcess讀句柄，在進程句柄表上的相關計數就要加一。

6、Token域是指該進程的訪問令牌，用於該進程的安全訪問檢查。

7、LdtInformation負責維護一個進程的LDT信息。

8、ThreadListHead 包含該進程中的所有線程。在EPROCESS中包含的是ETHREAD中的ThreadListEntry節點而在KPROCESS中包含的是KTHREAD中的ThreadListEntry

9、SecurityPort 與lsass進程之間的跨通信端口

10、SeAuditProcessCreationInfo包含創建進程時指定的進程映像全路徑名，ImageFileName實質上是從這裏提取出來的（ImageFileName有效長度只有15-1）

11、Flags 表示該進程當前的狀態如果flags=0，則NtOpenProcess會失敗

13、0x338 Peb : Ptr64 _PEB 是大家熟知的PEB塊，記錄了該進程的進程模塊。具體在64位下怎麼遍歷peb我在一篇博文上簡介過了。

內核中通過PsGetCurrentProcess來獲得EPROCESS塊的地址。以WRK爲例

PEPROCESS
00041 PsGetCurrentProcess(
00042     VOID
00043     )
00044 {
00045     return _PsGetCurrentProcess();
00046 }

實際上，_PsGetCurrentProcess()是一個宏定義

#define _PsGetCurrentProcess  ( )     (CONTAINING_RECORD(((KeGetCurrentThread())->ApcState.Process),EPROCESS,Pcb))

CONTAINING_RECORD的定義大致是這樣的：

#define CONTAINING_RECORD(addr,type,field) ((type*)((unsigned char*)addr - (unsigned long)&((type*)0)->field))
　　addr:  結構體中某個成員變量的地址
　　type:  結構體的原型
　　field: 結構體的某個成員(與前面相同)

KeGetCurrentThread的WRK代碼如下：

FORCEINLINE  
struct _KTHREAD *  
NTAPI KeGetCurrentThread (VOID)  
{  
#if (_MSC_FULL_VER >= 13012035)  
return (struct _KTHREAD *) (ULONG_PTR) __readfsdword (FIELD_OFFSET  
(KPCR, PrcbData.CurrentThread));  
#else  
__asm { mov eax, fs:[0] KPCR.PrcbData.CurrentThread }  
#endif  
}

可見，KeGetCurrentThread是通過讀取fs寄存器來獲得KPCR的。fs寄存器在應用層上指的是PEB塊，在內核層上指的是KPCR塊。KPCR塊是啥呢？

nt!_KPCR
   +0x000 NtTib            : _NT_TIB
   +0x000 GdtBase          : Ptr64 _KGDTENTRY64
   +0x008 TssBase          : Ptr64 _KTSS64
   +0x010 UserRsp          : Uint8B
   +0x018 Self             : Ptr64 _KPCR
   +0x020 CurrentPrcb      : Ptr64 _KPRCB
   +0x028 LockArray        : Ptr64 _KSPIN_LOCK_QUEUE
   +0x030 Used_Self        : Ptr64 Void
   +0x038 IdtBase          : Ptr64 _KIDTENTRY64
   +0x040 Unused           : [2] Uint8B
   +0x050 Irql             : UChar
   +0x051 SecondLevelCacheAssociativity : UChar
   +0x052 ObsoleteNumber   : UChar
   +0x053 Fill0            : UChar
   +0x054 Unused0          : [3] Uint4B
   +0x060 MajorVersion     : Uint2B
   +0x062 MinorVersion     : Uint2B
   +0x064 StallScaleFactor : Uint4B
   +0x068 Unused1          : [3] Ptr64 Void
   +0x080 KernelReserved   : [15] Uint4B
   +0x0bc SecondLevelCacheSize : Uint4B
   +0x0c0 HalReserved      : [16] Uint4B
   +0x100 Unused2          : Uint4B
   +0x108 KdVersionBlock   : Ptr64 Void
   +0x110 Unused3          : Ptr64 Void
   +0x118 PcrAlign1        : [24] Uint4B
   +0x180 Prcb             : _KPRCB

該塊包含了TSS IRQL GDT等等信息。最後一個成員，貼出_KPRCB的部分結構：

nt!_KPRCB
   +0x000 MxCsr            : Uint4B
   +0x004 LegacyNumber     : UChar
   +0x005 ReservedMustBeZero : UChar
   +0x006 InterruptRequest : UChar
   +0x007 IdleHalt         : UChar
   +0x008 CurrentThread    : Ptr64 _KTHREAD
   +0x010 NextThread       : Ptr64 _KTHREAD
   +0x018 IdleThread       : Ptr64 _KTHREAD
   +0x020 NestingLevel     : UChar

...

可以看到_KTHREAD的結構。

在內核中，EPROCESS KPROCESS的一些總結是這樣：

EPROCESS中第一個成員是KPROCESS，KPROCESS是微內核的進程結構，側重於進程的基本資源信息。EPROCESS中又有許多結構，例如鎖，線程鏈表等等數據結構來表徵一個進程。EPROCESS通過LIST_ENTRY相互串聯成一個雙向鏈表。

KTHREAD通過LIST_ENTRY相互串聯，要獲得當前進程的KPROCESS，可以通過查找KPRCB來找到KTHREAD鏈，找到KTHREAD後即可找到KPROCESS。在KTHREAD中有TEB（線程環境快）的成員，通過TEB，進而可以獲得PEB。

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