Windows内核编程学习笔记之十九“动态链接库”

介绍一点重要的背景知识：所有的Win32API函数都包含在DLL中。三个最重要的DLL是：KERNEL32.DLL(它由管理内存、进程和线程的函数组成)，USER32.DLL（它由执行用户界面任务（如创建窗口和发送消息）的函数组成），GDI32.DLL(它由绘图和显示文本的函数组成)。另外还有一些执行专门功能的DLL，例如：ADVAPI32.DLL(包含有关对象安全、注册表管理和事件记录的函数)；COMDLG32.DLL（包含了通用对话框，FileOpen、FileSave等）；LZ32.DLL(包含文件解压缩函数)

13.1 创建动态链接库

DLL中通常没有处理消息循环的代码和创建窗口的代码。

应用程序要调用DLL中的函数，必须先把DLL的文件映射到进程的地址空间里。

由DLL中代码创建的对象都归调用线程或进程所有，DLL在Win32中什么也不拥有。例如：DLL中的函数调用了VirtualAlloc，保留的地址空间区域在调用的线程的进程的地址空间中。如果后来DLL从程序中释放了，可是由DLL保留的这块物理存储并不释放，只有当程序某个线程调用了VirtualFree或是进程终结时，该保留区域才从内存中释放。

13.1.1将DLL映射到进程的地址空间：可以使用两种方法将DLL映射到进程的地址空间，一种是隐式连接，另一种是显式装入。

1.隐式链接：

采用这种方法时，系统寻找DLL文件时，查找以下这几处：

(1)包含EXE文件的目录

(2)进程的当前目录

(3)Windows系统目录

(4)Windows目录

(5)列在PATH环境变量中的目录

如果这五处都找不到DLL，那么系统会显示一个消息框，之后终止整个进程。

采用这种方法映射的DLL，DLL在进程终结时才会被解除映射，也就是说在进程终结时才会被释放。

2.显式链接：

当进程中的线程调用LoadLibrary或LoadLibraryEx时可以显示的映射DLL文件到进程的地址空间。显式加载DLL后，可以在任意时刻用FreeLibrary来释放DLL在进程地址空间中的映射。如果同一进程中的线程使用LoadLibrary或LoadLibraryEx加载了相同的DLL两次以上，那么在第一次加载DLL到进程的地址空间后，系统并不会再重复加载DLL，而只是增加对DLL的使用计数，同理在使用FreeLibrary时，只是减少对DLL的使用计数，并一定要从进程的地址空间中释放DLL。当系统看到一个DLL的使用计数为0时，就自动把该DLL从进程的地址空间中释放。如果是两个不同的进程（进程A和进程B）显示载入了相同的DLL，那么进程A在载入DLL时，系统同时为该DLL的使用计数设置为1，同理B的也是1，在进程A释放DLL时，进程B中的DLL并不受任何影响，进程B中对DLL的使用计数还是1，而进程A中对该DLL的使用计数变成0。注：显示链接时，系统寻找DLL文件同隐式链接，不过函数LoadLibraryEx可以改变寻找的方式。

线程可以调用GetModuleHandle函数来判断一个DLL是否被载入了进程的地址空间，

HINSTANCE GetModuleHandle(LPCTSTR lpszModuleName);

例子：

HINSTANCE hinstDLL;

hinstDLL = GetModuleHandle(“SomeDLL.dll”);

If (hinstDLL == NULL){

hinstDLL = LoadLibrary(“SomeDLL.dll”);

}

如果有了DLL的HINSTANCE值就可以使用GetModuleFileName来得到DLL的全路径名，

DWORD GetModuleFileName(HINSTANCE hinstModule,

LPTSTR lpszPath,DWORD cchPath);

参数说明：

hinstModule是DLL或EXE的HINSTANCE值，lpszPath是返回的DLL的全路径名，cchPath指定缓冲区字符大小。

13.2 DLL的进入/退出函数

这些函数常常被DLL用来执行线程级或进程级的初始化或清理工作。

如果DLL中有这个进入/退出函数，那么这个函数必须是下面这个形式的：

BOOL WINAPI DLLMain(HINSTANCE hinstDLL,DWORD fdwReason,LPVOID fImpLoad){

Switch(fdwReason){

Case DLL_PROCESS_ATTACH:

//当这个DLL被映射到了进程的地址空间时

break;

case DLL_THREAD_ATTACH:

//一个线程正在被创建

break;

case DLL_THREAD_DETACH:

//线程终结

break;

case DLL_PROCESS_DETACH:

//这个DLL从进程的地址空间中解除映射

break;

}

return(TRUE);

}

参数说明：

hinstDLL包含DLL句柄。该值表示DLL被映射到进程地址空间内的虚拟地址。

fImpLoad当隐式加载时该参数非零，当DLL被显示加载时为零。

fdwReason：该参数指出系统为什么调用该函数。该参数有四个可能值：DLL_PROCESS_ATTACH、DLL_PROCESS_DETACH、DLL_THREAD_ATTACH、DLL_THREAD_DETACH。下面分别说明这四个可能值的作用：

DLL_PROCESS_ATTACH：当一个DLL被首次载入进程地址空间时，系统会调用该DLL的DLLMain函数，传递的参数fdwReason为DLL_PROCESS_ATTACH。这种情况只有在首次映射DLL时才发生。当DLLMain处理DLL_PROCESS_ATTACH时，DLLMain函数的返回值表示DLL的初始化是否成功。成功返回TRUE，否则返回FALSE。举一个在DLL_PROCESS_ATTACH通知中简单的初始化例子：使用HeapCreate来创建一个DLL要使用的堆，当然这个堆是在进程的地址空间上的。(现在描述一下隐式载入DLL时都发生了什么：当新建一个进程时，系统为该进程分配了地址空间，之后将EXE文件和所需要的DLL文件都映射到进程的地址空间。之后系统创建了进程的主线程，并使用这个主线程来调用每一个DLL中的DLLMain函数，传递给DLLMain函数的参数fdwReason的值是DLL_PROCESS_ATTACH。在所有的DLL都响应了DLL_PROCESS_ATTACH通知后，系统让进程的主线程执行EXE的C运行时启动代码，而后调用EXE文件的WinMain函数。如果有一个DLL的DLLMain函数的返回值为FALSE，说明DLL的初始化没有成功，系统就会终结整个进程，去掉所有文件映象，之后显示一个对话框告诉用户进程不能启动。再说明一下显示载入DLL时都发生了什么：首先线程(A)调用LoadLibrary或LoadLibraryEx来载入一个DLL，之后系统让线程A来调用DLL中的DLLMain函数，并传递参数fdwReason值为DLL_PROCESS_ATTACH，当DLL中的DLLMain处理完DLL_PROCESS_ATTACH通知后，线程就会从LoadLibrary返回，继续执行线程中LoadLibrary下面的代码。如果DLL中的DLLMain返回FALSE，说明初始化不成功，系统将DLL自动解除映射，使用对LoadLibrary或LoadLibraryEx的调用返回NULL。)

DLL_PROCESS_DETACH：当DLL从进程的地址空间解除映射时，参数fdwReason被传递的值为DLL_PROCESS_DETACH。当DLL处理DLL_PROCESS_DETACH时，DLL应该处理与进程相关的清理操作。举个例子：可以在DLL_PROCESS_DETACH阶段使用HeapDestroy来释放在DLL_PROCESS_DETACH阶段创建的堆。

如果进程的终结是因为系统中有某个线程调用了TerminateProcess来终结的，那么系统就不会用DLL_PROCESS_DETACH来调用DLL中的DLLMain函数来执行进程的清理工作。这样就会造成数据丢失。所以万不得以不要使用TerminateProcess来终结进程。

DLL_THREAD_ATTACH：该通知告诉所有的DLL执行线程的初始化。当进程创建一个新线程时，系统会查看进程地址空间中所有的DLL文件映射，之后用DLL_THREAD_ATTACH来调用DLL中的DLLMain函数。要注意：系统不会为进程的主线程使用值DLL_THREAD_ATTACH来调用DLL中的DLLMain函数。

DLL_THREAD_DETACH：该通知告诉所有的DLL执行线程的清理工作。注意如果线程的终结是使用TerminateThread来完成的，那么系统将不会使用值DLL_THREAD_DETACH来执行线程的清理工作，这也就是说可能会造成数据丢失，所以万不得已不要使用TerminateThread来终结线程。

注：在编写DLL时不必一定实现DLLMain函数，当DLL源码中没有DLLMain函数时，C运行时库有它自己的一个DLLMain函数。

13.3 从DLL中输出函数和变量

在C中输出函数和变量的方法：

举例子说明：如何输出函数add和变量g_nUsageCount，

_declspec(dllexport) int Add(){

//函数Add的函数体

}

_declspec(dllexport) int g_nUsageCount = 0;

下面说明一下从DLL中输出函数和变量时链接器所要做的一些事：首先在链接器链接DLL时，链接器检查到了关于输出函数和变量的信息，之后链接器就自动产生了一个包含DLL输出符号的LIB文件，同时还在生成的DLL文件中嵌入了一个输出符号表(这个表中包含DLL中要输出的函数和变量的名字和在DLL中对应的地址)。

13.4 在EXE中使用DLL输出的函数和变量

下面举例子说明如何在EXE中调用从DLL中输出的函数Add和变量g_nUsageCount，

_declspec(dllimport) int Add();

_declspec(dllimport) int g_nUsageCount;

线程可以使用GetProcAddress函数来得到从DLL中输出的函数或变量的地址，

FARPROC GetProcAddress(HINSTANCE hinstDLL,LPCSTR lpszProc);

参数说明：hinstDLL是DLL的句柄，lpszProc可以是DLL中函数或变量的名字，也可以是对应DLL中函数或变量的序号。

举例子：GetProcAddress(hinst,”SomeDLLName”);//直接使用函数名

GetProcAddress(hinst,MakeIntResource(2));//使用函数的序号

13.5 在EXE或DLL的多个实例中共享数据

13.5.1 首先说明一下EXE或DLL中的节：

每一个EXE或DLL文件都是由节的集合组成的，每个节由“.”开始，例如：编译器把所有代码都放在.text节中。如下表所示为EXE或DLL中的常用节：

节名	内容
.text	应用程序或DLL的代码
.bss	未初始化的数据
.rdata	只读的运行时数据
.rsrc	资源
.edata	输出名字表
.data	初始化的数据
.xdata	异常处理表
.idata	引入名字表
.CRT	只读的C运行时数据
.reloc	修正表信息
.debug	调试信息
.tls	线程局部存储

每个节都有如下访问权限：

属性	含义
READ	该节中的字节可读取
WRITE	该节中的字节可写入
EXECUTE	该节中的字节可执行
SHARED	该节中的字节可被多个实例共享

在代码中使用节的方法举例：

#pragma comment(linker,”/SECTION:SHARED,RWS”);//使节SHARED可以读、写、可共享。