Windows CE的内存地址重建

Windows CE的内存地址重建

原文链接:http://blogs.msdn.com/ce_base/ar ... -in-Windows-CE.aspx 本文描述CE6和之前的版本，在内存访问和传递的差异，阐述CE6与之前版本的不一致之处。BSP和驱动开发人员需要了解OS之间的变化。 首先给出client到server的指针传递的定义： 1、指针参数Pointer parameter：把指针作为函数参数传递 2、内嵌指针Embedded pointer：把指针存储在buffer中传递 3、访问权限检查Access Checking：检查调用进程有无访问buffer的权限 4、安全复制Secure-copy：备份buffer，防止调用者异步修改buffer的内容 5、同步访问Synchronous：当函数调用时, 在被调用线程中访问内存 指针参数：是把指针作为参数传递。例如： ReadFile (hFile, pBuffer, dwBufferSize, ...); pBuffer是函数ReadFile的参数，而且它是个指针。 内嵌指针：把指针被包含在一个指针参数里，传递给API。或者嵌套在其他内嵌指针中。例如 struct MyStruct  {   BYTE *pEmbedded;   DWORD dwSize; }; DeviceIoControl (hFile, pMyStruct, sizeof(MyStruct), ...); 参数pMyStruct是一个指针参数，而pEmbedded包含在MyStruct结构体内，那么pEmbedded就作为一个内嵌指针传递给DeviceIoControl。 指针也可以通过其他方式传递，如存：存放在一片共享内存中；或者使用SetEventData函数，通过事件响应来获取。 访问权限检查：是检验函数的调用者，是否有足够权限去访问一块函数间传递的buffer。（访问权限检查不仅仅局限在内存，在此只定义权限 检查为内存的权限检查）。驱动有许多权限，能够访问许多系统的数据，而应用程序就没有这些权限。访问权限检查目的，就是阻止恶意的程序通过驱动来达到某些不良动作。如果恶意程序能通过驱动读写系统内存，那么恶意程序就能访问到原来不能访问的数据。适当的访问权限检查，可以有效保护系统内存。 CE5中： 1、驱动使用MapCallerPtr()去检查指针参数和内嵌指针的权限。CE5内核检查指针参数是多余的，因为内核无法得知传递buffer的大小。所以内核只能检查buffer的1个byte。 2、访问权限检查可以通过调用进程的trust level，来开放或关闭权限。 CE6中： 1、  函数调用方式有所改变，参数已经可以包括指针参数的大小。所以内核现在能对指针参数，提供一个全面的访问权限检查。（后面会详细描述这些CE6的细节） 2、  驱动只需要检查内嵌指针，检查函数改为新的函数：CeOpenCallerBuffer().。此函数同时支持内存地址重建（marshalling） 3、  访问权限检查可以通过调用进程是内核态还是用户态，来开放或关闭权限。（将来可能修改为，通过权限等级来开关权限） 同步访问：当函数被调用时，在调用线程中完成访问内存的动作。 异步访问：如果一个驱动有线程，当函数调用完毕返回后，访问其他进程的内存，那就是“异步访问”。但需要注意的是，如果驱动有一个线程是在函数调用期间，访问其他进程的内存，在完成返回前，那也是“异步访问”。 指针映射和内存地址重建，是为了驱动能够访问调用者的buffer，而做的指针准备工作。驱动能在应用程序调用它们时，在其他进程空间中被调用运行。因为每个进程的虚拟地址空间，默认是与其他进程互斥、有冲突的。所以驱动必须在访问其他进程的空间前，做好准备工作。 CE5中，所有的进程共享一段公共的地址空间。为了能访问指针所指向的内存，驱动需要映射指针到自己所在的进程空间里。映射是对指针指向值的简单转换，只是让指针在公共地址空间中，指向其他进程slot。下面图片，为device.exe访问调用它的应用进程地址空间。     CE6中，每个进程都有自己唯一的地址空间，内存地址重建不能是简单的转换了。每块内存必须从一个进程复制到另一个进程中。或者在驱动进程中申请一个新的 虚拟地址，并且映射为调用者正在使用的、原来的那块物理内存。另外，在驱动进程申请的资源，在驱动工作完毕后，必须释放掉。下图为，内核和udevice 创建的内存地址重建的示意图。     CE6的内存地址重建有许多方法的，包括buffer是in-only, in/out 或 out-only。基于这些设置，内存地址重建能确保适合时候的做读取的动作。这也能作为访问权限检查的功能，例如：用户态的应用程序不能传递共享的堆地址（对于应用是只读的），作为in/out 或out-only的参数。 为了解释驱动为何一定需要重建内存地址，分别从同步和异步访问的角度说明。 首先是同步： 1、  内核自动映射或者重组指针参数 2、  驱动必须注意内嵌指针。CE5中，驱动使用MapCallerPtr()来做检查，而CE6中改为CeOpenCallerBuffer()和CeFreeCallerBuffer()。 无论是MapCallerPtr还是CeOpenCallerBuffer函数，在使用buffer前都是一个很好的检查手段。 异步访问比较复杂： CE5中，线程要访问调用线程的内存时，有些必须做些额外的工作。每个进程slot会防止其他进程访问它们，而每个线程有自己的权限去访问不同的进程。当调用线程切入到驱动后，带入了它自己本身的访问权限，是属于它所在的进程slot。因此访问调用线程内存的权限，在整个调用过程中都是有效的（这个比较特别）。而不同线程要访问其他进程slot，就必须先获得权限。 CE6和CE5类似，都需要做额外工作，但是做这些工作的原因就不一样了，也不容易解释。内核态和用户态的内存地址重建是不一样的，指针参数和内嵌参数也是不一样的。要保证驱动代码在所有模式下正常工作，就需要异步访问前，在其他线程中做好准备工作。 对于异步访问，指针变量和内嵌指针处理的方式是一样的。如果我们带入一个buffer是已经为同步访问映射或者重组过的，那么驱动访问这个buffer需要的工作是： 1、  CE5：驱动需要在异步线程中，调用SetProcPermissions()函数。以便在不同进程中访问同一个buffer。 2、  CE6：驱动需要调用CeAllocAsynchronousBuffer()，来申请一个可异步访问的buffer，给同步访问。这个动作必须在传递buffer给异步线程前调用。当线程结束对buffer的访问，调用CeFreeAsynchronousBuffer()来释放刚才申请的资源。 不幸的是，不是所有异步情况可以支持用户态驱动，用户态驱动不能异步回写指针参数。而内核态驱动、只读指针（不会回写到caller的）和内嵌指针就可 以。简单来说，用户态驱动不支持异步访问。如果都按这个规则办，以后出现问题会少点。假如驱动一定需要异步访问caller buffer的话，在CE6中最好放在内核态中运行。（或者重新修改协议的框架，让caller内存的访问从不异步。又或者通知caller知道数据已经 准备好，在驱动中通过回调方式获取数据） 驱动产品化的其他细节： 安全的从其他进程接受内存数据，安全复制和异常处理是必要的。 许多开发人员不太了解的一个安全风险问题：caller有一个buffer，而这个buffer被传递给驱动。当驱动还在使用此buffer 时，caller另一个线程可能有会同时使用这块buffer。恶意程序可以控制内嵌指针来获取内存的访问权限，或导致内存溢出，或者导致内存越界和异 常。为防止这些情况，驱动必须把caller的buffer做备份，称为安全复制（secure copy），防止caller异步的修改。 第一个例子：caller传递内嵌指针给驱动，可以通过安全复制来防止攻击。驱动使用MapCallerPtr (CE5) 或CeOpenCallerBuffer (CE6)来检查指针的权限，同时映射和重组内存地址。如果驱动继续保存指针到caller buffer，caller会稍后的把指针指向其他内存，那么驱动可能会访问到错误的地址。驱动必须备份从caller传递下来的指针，防止异步的修改。同样，驱动必须备份从caller传递下来的buffer大小的内容。 因此，当需要调用MapCallerPtr 或CeOpenCallerBuffer。复制内嵌指针到本地空间，是一个明智的手段。不要保存映射、重组的指针到caller的buffer。不要未映射、重组前，使用caller的指针。谨慎处理buffer的大小长度，那么caller就不能通过指针越界访问了。 第二个安全复制例子是：文件名字。CreateFile函数会带入能有效访问的文件名。假如CreateFile先读取文件名、权限检查，通过检查后才使 用这个文件名打开文件。CreateFile先传入了一个检查后的文件名，而异步修改为一个不能访问的文件名，那么会有一段时间内caller让 CreateFile进入打开非法文件。这可能只有很小的机会存在问题，但是黑客程序会利用这个缺点直到成功。这会影响整个系统的安全性。对这类攻击的保 护方法是，在打开文件前，CreateFile一定要对文件名在caller不能访问的地方做备份。（CE6已经对CreateFile的文件名做了安全 备份，这只是举例说明一下） 任何数据得到确认后，都需要做备份，防止在数据确认后有异步修改。安全备份可以简单复制buffer或指针到有效的栈，或者从一个临时的堆中申请地址空 间。函数CeOpenCallerBuffer有一个强行备份参数，可以通过此参数做安全备份。可以选择使用 CeAllocDuplicateBuffer函数（这基于堆的分配，必要时候使用memcpy作为复制函数）。不管是否使用安全备份，你都需要保护从 caller传递进来的数据。 驱动使用异常处理，来作为简单的数据安全备份。重点注意的是： caller可能会传递一个指向无效的内存地址。因为应用程序可以传递一个指针指向一个没有分配的用户态地址，或者异步的释放内存。所以驱动必须经常使用try/except的语句来解决异常。还有，函数返回前，确认调用的申请内存被释放，离开所有的临界区。 进程间传递数据是比较复杂的，但是在驱动中，有些简单的规则可以依循： 情景        CE6驱动必须的动作          同步使用参数        如果需要安全备份，自己备份或者使用CeAllocDuplicateBuffer          异步使用参数        如果需要安全备份，自己备份或者使用 CeAllocDuplicateBuffer / CeFreeDuplicateBuffer. 否则使用CeAllocAsynchronousBuffer / CeFreeAsynchronousBuffer.          同步使用内嵌指针        必须使用CeOpenCallerBuffer / CeCloseCallerBuffer来地址重建和安全备份                                               异步使用内嵌指针        使用 CeOpenCallerBuffer 然后使用CeAllocAsynchronousBuffer.  必须在CeCloseCallerBuffer前调用 CeFreeAsynchronousBuffer。          记住，经常使用try/except。 CE6有些类可以帮助简化以上的操作，代码在public\common\oak\inc\marshal.hpp中。 •        MarshalledBuffer_t: 封装了CeOpenCallerBuffer、CeAllocAsynchronousBuffer和它们的释放函数。在所有内嵌指针中使用这个类。 •        DuplicatedBuffer_t: 封装了 CeAllocDuplicateBuffer 和释放函数. 需要安全备份时指针参数可以使用这个类。 •        AsynchronousBuffer_t: 封装了CeAllocAsynchronousBuffer和释放函数。需要异步访问指针参数可以使用这个类 C++的版本为： 情景        CE6驱动必须的动作 同步使用参数        如果需要安全备份，使用DuplicatedBuffer_t 异步使用参数        如果需要安全备份，使用DuplicatedBuffer_t 否则使用 AsynchronousBuffer_t 内嵌指针        使用 MarshalledBuffer_t