Microsoft Detours 2.1简介
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一、简介
《Windows高级调试》第一章中提到了一个基于Microsoft Detours库的内存泄露检查工具LeakDiag。本文对这个库进行一些介绍。
一句话来说，Detours是一个用来在二进制级别上对程序中的函数(Function)或者过程(Procedure)进行修改的工具库。一般我们将这种技术称为"Hook"。Detours的实现原理是将目标函数的前几个字节改为jmp指令跳转到自己的函数地址，以此接管对目标函数的调用，并插入自己的处理代码。在现实中，这种技术可以应用在很多场景下。比如Hook某些Windows API，在实际调用到系统函数前进行一些过滤工作；软件中使用到了一些没有源代码的第三方库，但是又想增强其中某些函数的功能，等等。
图1 Hook前后的程序执行流程对比。
图2 Hook前后目标函数和跳板代码的改变
Detours相对其他一些Hook库和自己实现的代码来说，通常有以下这些优点：
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考虑全面，代码非常稳定，并且经过了微软自己众多产品的验证。
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可以简单的用纯C/C++代码实现对类的成员函数的Hook。
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购买版权之后的Detours Professional还可以支持x64和IA64处理器。以此为基础编写的代码拥有更强的可移植性。
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使用简单，不需要了解汇编指令以及技术细节。
二、使用方法
一般来说，使用Detours的代码都具有固定的模式。Detours 1.5和Detours 2.1的接口函数变了很多，这里按照2.1版本对基本的使用方法进行说明。
常用的函数有下面几个：
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DetourTransactionBegin() ：开始一次Hook或者Unhook过程。
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DetourUpdateThread() ：列入一个在DetourTransaction过程中要进行update的线程。这个函数的作用稍微有一些复杂，会在后面专门说明。
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DetourAttach() ：添加一个要Hook的函数。
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DetourDetach () ：添加一个要Unhook的函数。
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DetourTransactionCommit() ：执行当前的Transaction过程。在这个函数中才会真正进行Hook或者Unhook操作。前面三个函数都只是做一些记录工作。
在使用的时候，这几个函数的调用步骤基本上也是按照上面列出来的顺序。举例来说，现在想Hook掉API函数MessageBoxA，将消息框弹出的消息修改掉，可以按下面的方法做。
进行Hook的步骤：
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首先需要定义目标函数的原型。如果目标函数是Windows API，可以到MSDN中查阅，但是需要注意ANSI版本和Unicode版本的区别。如果没有确切的原型声明，或者目标函数是通过逆向工程找出来的，那么需要定义一个和目标函数原型兼容的声明，即参数个数和调用约定要相同。如MessageBoxA的原型是：
int MessageBoxA( HWND hWnd, LPCSTR lpText, LPCSTR lpCaption, UINT uType);
使用typedef定义如下：
typedef int (WINAPI *pfnMessageBoxA)( HWND hWnd, LPCSTR lpText, LPCSTR lpCaption, UINT uType);
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声明一个指向目标函数的函数指针：
pfnMessageBoxA g_pMessageBoxA = ::MessageBoxA;
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编写Hook函数的代码，用于替换目标函数。
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调用DetourTransactionBegin开始一次Detours事务。
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对进程中每个可能调用到目标函数的线程，都需要使用DetourUpdateThread加入到update队列中。这是因为Hook时修改目标函数的前几个字节，如果某个线程刚好执行到这几个字节的位置时，粗暴的修改掉会造成该线程出现异常。Detours事务处理时，会先枚举并暂停update队列中所有线程，获取它们的指令指针，如果发现这种情况，则将指令指针修改到跳板代码的对应字节上。这样就避免出现崩溃的问题。
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对每个需要Hook的函数，调用DetourAttach加入到事务列表中。
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调用DetourTransactionCommit进行实际的Hook操作。
Unhook的过程和上面的流程基本一样，只是第6步改为调用DetourDetach函数。
Hook MessageBoxA的完整示例代码如下：
//Hook函数的向前声明
int WINAPI Hook_MessageBoxA( HWND hWnd, LPCSTR lpText, LPCSTR lpCaption, UINT uType);
//目标函数原型声明
typedef int (WINAPI *pfnMessageBoxA)( HWND hWnd, LPCSTR lpText, LPCSTR lpCaption, UINT uType);
//指向目标函数的指针
pfnMessageBoxA g_pMessageBoxA = ::MessageBoxA;
BOOL StartHook()
{//开始Hook
DetourTransactionBegin();
//只有一个线程,所以GetCurrentThread
DetourUpdateThread( GetCurrentThread());
//添加MessageBoxA的Hook
if( DetourAttach( &(PVOID&)g_pMessageBoxA, Hook_MessageBoxA) != NO_ERROR)
{
printf( "Hook MessageBoxA fail.\n");
}
//完成事务
if( DetourTransactionCommit() != NO_ERROR)
{
printf( "DetourTransactionCommit fail\n");
return FALSE;
}
else
{
printf( "DetourTransactionCommit ok\n");
return TRUE;
}
}
BOOL StopHook()
{//停止Hook
DetourTransactionBegin();
DetourUpdateThread( GetCurrentThread());
if( DetourDetach( &(PVOID&)g_pMessageBoxA, Hook_MessageBoxA) != NO_ERROR)
{
printf( "Hook MessageBoxA fail.\n");
}
if( DetourTransactionCommit() != NO_ERROR)
{
printf( "DetourTransactionCommit fail\n");
return FALSE;
}
else
{
printf( "DetourTransactionCommit ok\n");
return TRUE;
}
}
int WINAPI Hook_MessageBoxA( HWND hWnd, LPCSTR lpText, LPCSTR lpCaption, UINT uType)
{
//需要调用原函数时,可以直接使用前面定义的指针变量
return g_pMessageBoxA( hWnd, "MessageBox after hook.", "TestDetours", MB_OK);
}
在附件的示例代码中还包含了Hook类成员函数的代码。流程和上面基本一致，只是需要用一些强制转换来对付编译器的类型检查。
另外，Detours还包含一系列其他函数，如果需要使用的话，可以参考Detours安装目录下的示例。
三、使用Detours的注意事项
总体来说，Detours库的代码是非常稳定的，但是如果使用方法不对，会造成一些问题。有下面一些地方需要特别注意：
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一定要枚举线程并调用DetourUpdateThread函数。否则可能出现很低几率的崩溃问题，这种问题很难被检查出来。
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如果Hook函数在DLL中，那么绝大多数情况下不能在Unhook之后卸载这个DLL，或者卸载存在造成崩溃的危险。因为某些线程的调用堆栈中可能还包含Hook函数，这时卸载掉DLL，调用堆栈返回到Hook函数时内存位置已经不是合法的代码了。
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Detours库设计时并没有考虑到卸载的问题，这是因为钩子的卸载本身是不安全的。当Detours库代码存在于DLL中的时候，即使Unhook了所有函数，清理了所有自己使用到的函数，还是会占用一些内存。卸载这个DLL会造成内存泄露，特别是反复的进行加载DLL->Hook->Unhook->卸载DLL的过程，会让这个问题变得非常严重。后面会用一篇专题文章来讨论Detours内存泄露问题的调试和解决。
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有一些非常短的目标函数是无法Hook的。因为jmp指令需要占用一定空间，有些函数太过短小，甚至不够jmp指令的长度，自然是没有办法Hook掉的。
Detours不支持9x内核的Windows系统。因为9x内核下的内存模型和NT内核下有非常大的差别。