内核对象

1、什么是内核对象：

     作为一个Wi n d o w s 软件开发人员，你经常需要创建、打开和操作各种内核对象。系统要创建和操作若干类型的内核对象，比如存取符号对象、 事件对象、文件对象、文件映射对象、I / O 完成端口对象、作业对象、信箱对象、互斥对象、管道对象、进程对象、信标对象、线程对象和等待计 时器对象等。这些对象都是通过调用函数来创建的。例如，C r e a t e F i l e M a p p i n g 函数可使系统能够创建一个文件映射对象。每个内核对象只是内核分配的一个内存块，并且只能由该内核访问。该内存块是一种数据结构，它的成员负责维护该对象的各种信息。有些数据成员（如安全性描述符、使用计数等）在所有对象类型中是相同的，但大多数数据成员属于特定的对象类型。例如，进程对象有一个进程I D 、一个基 本优先级和一个退出代码，而文件对象则拥有一个字节位移、一个共享模式和一个打开模式。

      由于内核对象的数据结构只能被内核访问，因此应用程序无法在内存中找到这些数据结构并直接改变它们的内容。M i c r o s o f t 规定了这个限 制条件，目的是为了确保内核对象结构保持状态的一致。这个限制也使M i c r o s o f t 能够在不破坏任何应用程序的情况下在这些结构中添加、 删除和修改数据成员。

      如果我们不能直接改变这些数据结构，那么我们的应用程序如何才能操作这些内核对象呢？解决办法是，Wi n d o w s 提供了一组函数，以便用定 义得很好的方法来对这些结构进行操作。这些内核对象始终都可以通过这些函数进行访问。当调用一个用于创建内核对象的函数时，该函数就返回一 个用于标识该对象的句柄。该句柄可以被视为一个不透明值，你的进程中的任何线程都可以使用这个值。将这个句柄传递给Wi n d o w s 的各个函 数，这样，系统就能知道你想操作哪个内核对象。本章后面还要详细讲述这些句柄的特性。

      为了使操作系统变得更加健壮，这些句柄值是与进程密切相关的。因此，如果将该句柄值传递给另一个进程中的一个线程（使用某种形式的进程间的 通信）那么这另一个进程使用你的进程的句柄值所作的调用就会失败。在3 . 3 节“跨越进程边界共享内核对象”中，将要介绍3 种机制，使多个进 程能够成功地共享单个内核对象。

2、内核对象的使用计数：

     内核对象由内核所拥有，而不是由进程所拥有。换句话说，如果你的进程调用了一个创建内核对象的函数，然后你的进程终止运行，那么内核对象不 一定被撤消。在大多数情况下，对象将被撤消，但是如果另一个进程正在使用你的进程创建的内核对象，那么该内核知道，在另一个进程停止使用该 对象前不要撤消该对象，必须记住的是，内核对象的存在时间可以比创建该对象的进程长。

     内核知道有多少进程正在使用某个内核对象，因为每个对象包含一个使用计数。使用计数是所有内核对象类型常用的数据成员之一。当一个对象刚刚 创建时，它的使用计数被置为1 。然后，当另一个进程访问一个现有的内核对象时，使用计数就递增1 。当进程终止运行时，内核就自动确定该进程 仍然打开的所有内核对象的使用计数。如果内核对象的使用计数降为0 ，内核就撤消该对象。这样可以确保在没有进程引用该对象时系统中不保留任 何内核对象。

3、创建内核对象：

     当进程初次被初始化时，它的句柄表是空的。然后，当进程中的线程调用创建内核对象的函数时，比如C r e a t e F i l e M a p p i n g ，内核 就为该对象分配一个内存块，并对它初始化。这时，内核对进程的句柄表进行扫描，找出一个空项。由于表3 - 1 中的句柄表是空的，内核便找到索 引1位置上的结构并对它进行初始化。该指针成员将被设置为内核对象的数据结构的内存地址，访问屏蔽设置为全部访问权，同时，各个标志也作了 设置（关于标志，将在本章后面部分的继承性一节中介绍）。

      用于创建内核对象的所有函数均返回与进程相关的句柄，这些句柄可以被在相同进程中运行的任何或所有线程成功地加以使用。该句柄值实际上是放 入进程的句柄表中的索引，它用于标识内核对象的信息存放的位置。因此当调试一个应用程序并且观察内核对象句柄的实际值时，会看到一些较小的 值，如1 ，2 等。请记住，句柄的含义并没有记入文档资料，并且可能随时变更。每当调用一个将内核对象句柄接受为参数的函数时，就要传递由一个C r e a t e * &函数返回的值。从内部来说，该函数要查看进程的句柄表，以 获取要生成的内核对象的地址，然后按定义得很好的方式来生成该对象的数据结构。

4、关闭内核对象：

     无论怎样创建内核对象，都要向系统指明将通过调用C l o s e H a n d l e 来结束对该对象的操作：

BOOL CloseHandle(HANDLE hobj);

     该函数首先检查调用进程的句柄表，以确保传递给它的索引（句柄）用于标识一个进程实际上无权访问的对象。如果该索引是有效的，那么系统就可 以获得内核对象的数据结构的地址，并可确定该结构中的使用计数的数据成员。如果使用计数是0 ，该内核便从内存中撤消该内核对象。

如果将一个无效句柄传递给C l o s e H a n d l e ，将会出现两种情况之一。如果进程运行正常，C l o s e H a n d l e 返回FA L S E ，而G e t L a s t E r r o r 则返回E R R O R _ I N VA L I D _ H A N D L E 。如果进程正在排除错误，系统将通知调试程序，以便能排除它的错误。

在C l o s e H a n d l e 返回之前，它会清除进程的句柄表中的项目，该句柄现在对你的进程已经无效，不应该试图使用它。无论内核对象是否已 经撤消，都会发生清除操作。当调用C l o s e H a n d l e 函数之后，将不再拥有对内核对象的访问权，不过，如果该对象的使用计数没有递减为 0 ，那么该对象尚未被撤消。这没有问题，它只是意味着一个或多个其他进程正在使用该对象。当其他进程停止使用该对象时（通过调用C l o s e H a n d l e ），该对象将被撤消。

     假如忘记调用C l o s e H a n d l e 函数，那么会不会出现内存泄漏呢？答案是可能的，但是也不一定。在进程运行时，进程有可能泄漏资源（如 内核对象）。但是，当进程终止运行时，操作系统能够确保该进程使用的任何资源或全部资源均被释放，这是有保证的。对于内核对象来说，系统将 执行下列操作：当进程终止运行时，系统会自动扫描进程的句柄表。如果该表拥有任何无效项目（即在终止进程运行前没有关闭的对象），系统将关 闭这些对象句柄。如果这些对象中的任何对象的使用计数降为0 ，那么内核便撤消该对象。

5、跨越进程边界共享内核对象：

    许多情况下，在不同进程中运行的线程需要共享内核对象。下面是为何需要共享的原因： • 文件映射对象使你能够在同一台机器上运行的两个进程之间共享数据块。 • 邮箱和指定的管道使得应用程序能够在连网的不同机器上运行的进程之间发送数据块。 • 互斥对象、信标和事件使得不同进程中的线程能够同步它们的连续运行，这与一个应用程序在完成某项任务时需要将情况通知另一个应用程序的情况相同。

    由于内核对象句柄与进程相关，因此这些任务的执行情况是不同的。不过，M i c r o s o f t 公司有若干很好的理由将句柄设计成与进程相关的句 柄。最重要的理由是要实现它的健壮性。如果内核对象句柄是系统范围的值，那么一个进程就能很容易获得另一个进程使用的对象的句柄，从而对该 进程造成很大的破坏。另一个理由是安全性。内核对象是受安全性保护的，进程在试图操作一个对象之前，首先必须申请获得操作该对象的许可权。 对象的创建人只需要拒绝向用户赋予许可权，就能防止未经授权的用户接触该对象。 在下面的各节中，将要介绍允许进程共享内核对象的3 个不同的机制。

6、对象句柄的继承性：

    只有当进程具有父子关系时，才能使用对象句柄的继承性。在这种情况下，父进程可以使用一个或多个内核对象句柄，并且该父进程可以决定生成一 个子进程，为子进程赋予对父进程的内核对象的访问权。若要使这种类型的继承性能够实现，父进程必须执行若干个操作步骤。

    首先，当父进程创建内核对象时，必须向系统指明，它希望对象的句柄是个可继承的句柄。请记住，虽然内核对象句柄具有继承性，但是内核对象本 身不具备继承性。

    应该知道，对象句柄的继承性只有在生成子进程的时候才能使用。如果父进程准备创建带有可继承句柄的新内核对象，那么已经在运行的子进程将无法继承这些新句柄。

    对象句柄的继承性有一个非常奇怪的特征，那就是当使用它时，子进程不知道它已经继承了任何句柄。只有在另一个进程生成子进程时记录了这样一个情况，即它希望被赋予对内核对象的访问权时，才能使用内核对象句柄的继承权。通常，父应用程序和子应用程序都是由同一个公司编写的，但是，如果另一个公司记录了子应用程序期望的对象，那么该公司也能够编写子应用程序。

    子进程为了确定它期望的内核对象的句柄值，最常用的方法是将句柄值作为一个命令行参数传递给子进程，该子进程的初始化代码对命令行进行分析（通常通过调用s s c a n f 函数来进行分析），并取出句柄值。一旦子进程拥有该句柄值，它就具有对该对象的无限访问权。请注意，句柄继承权起作用的唯一原因是，父进程和子进程中的共享内核对象的句柄值是相同的，这就是为什么父进程能够将句柄值作为命令行参数来传递的原因。

    当然，可以使用其他形式的进程间通信，将已继承的内核对象句柄值从父进程传送给子进程。方法之一是让父进程等待子进程完成初始化（使用第9 章介绍的Wa i t F o r I n p u I d l e 函数），然后，父进程可以将一条消息发送或展示在子进程中的一个线程创建的窗口中。

    另一个方法是让父进程将一个环境变量添加给它的环境程序块。该变量的名字是子进程知道要查找的某种信息，而变量的值则是内核对象要继承的值。这样，当父进程生成子进程时，子进程就继承父进程的环境变量，并且能够非常容易地调用G e t E n v i r o n m e n t Va r i a b l e 函数，以获取被继承对象的句柄值。如果子进程要生成另一个子进程，那么使用这种方法是极好的，因为环境变量可以被再次继承。