Введение
Последние 10 лет Windows – самая популярная (91,02%[1]) операционная система на рынке персональных компьютеров. Операционные системы Windows работают на платформах x86, AMD64, IA-64. Существовали также версии для DEC Alpha, MIPSи PowerPC.
Семейство Windows NT:
Операционные системы этого семейства работали на процессорах с архитектурой IA-32 и некоторых RISC-процессорах: Alpha, MIPS, Power PC (до версии 2000, которая вышла только в версии для IA-32). Windows NT являются полностью 32-битными операционными системами, и, в отличие от версий 1.0–3.x и 9x, не нуждаются в поддержке со стороны MS-DOS.
Windows NT 3.1 (1993)
Windows NT 3.5 (1994)
Windows NT 3.51 (1995)
Windows NT 4.0 (1996)
Windows 2000 (2000) – Windows NT 5.0
Windows XP (2001) – Windows NT 5.1
Windows XP 64-bit Edition (2006) – Windows NT 5.2
Windows Server 2003 (2003) – Windows NT 5.2
Windows Vista (2006) – Windows NT 6.0
Windows Home Server (2007)
Windows Server 2008
Windows 7 (2009) – Windows NT 7.0 (Актуальная версия – 6.1)
В основу семейства Windows NT положено разделение адресных пространств между процессами. Каждый процесс имеет возможность работать с выделенной ему памятью. Однако он не имеет прав для записи в память других процессов, драйверов и системного кода.
Семейство Windows NT относится к операционным системам с вытесняющей многозадачностью, а не к операционным системам реального времени. Разделение процессорного времени между потоками происходит по принципу «карусели». Ядро операционной системы выделяет квант времени (в Windows 2000 квант равен примерно 20 мс) каждому из потоков по очереди при условии, что все потоки имеют одинаковый приоритет. Поток может отказаться от выделенного ему кванта времени. В этом случае, система перехватывает у него управление (даже если выделенный квант времени не закончен) и передаёт управление другому потоку. При передаче управления другому потоку система сохраняет состояние всех регистров процессора в особой структуре в оперативной памяти. Эта структура называется контекстом потока. Сохранение контекста потока достаточно для последующего возобновления его работы.
API (Application Programming Interface – интерфейс прикладных программ) – это множество функций, организованных, обычно, в виде DLL. Функции API позволяют организовать интерфейс между прикладной программой и средой, в которой работает эта программа. Вызов функций API позволяет программе получать доступ к ресурсам среды и управлять ее работой. Как правило, API задает стандарт взаимодействия среды и прикладной программы.
Win32 – это название интерфейса, ориентированного на 32-х разрядные приложения и реализованного на таких известных платформах как Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows CE. Функции, составляющие этот интерфейс, позволяют прикладной программе получать доступ к ресурсам операционной системы и управлять ее работой. Более ранние версии Windows используют интерфейс, известный как Win16. Конечно, не все функции, составляющие интерфейс Win32, реализованы в полной мере на всех платформах, так что вызов одной и той же функции под NT приведет к определенному результату, а под Windows 95 работает как вызов заглушки. Любое из приложений, работающее в среде Windows, прямо или косвенно вызывает функции, входящие в Win32 API.
Функции, составляющие Win32 интерфейс, организованы в виде нескольких динамически подключаемых библиотек (DLL) и исполняемых файлов.
API функции не обязательно входят в состав Win32 интерфейса. Например, MAPI интерфейс (Messaging Application Programming Interface) составляют функции, предназначенные для обработки сообщений электронной почты, TAPI (Telephone API) – функции работы с телефонными сообщениями. MAPI, TAPI, также как и Win32 это некоторый набор функций, задающий определенный стандарт взаимодействия
Функции, образующие API, обычно, организованы в виде DLL – динамически подключаемых библиотеках. Одно из достоинств DLL состоит в том, что, сколько бы приложений (процессов) не работало с функциями одной и той же DLL, код DLLсуществует в единственном экземпляре.
1. Теоретическая часть
1.1 Возможности Win32 для нахождения списка запущенных процессов
программа алгоритм библиотека пользователь
Win32 предоставляет несколько способов перечисления запущенных процессов. К сожалению, нет единого способа, который бы работал на всех Win32-платформах. Программистам приходится комбинировать несколько методов в одной программе, чтобы она работала на всех версиях Windows.
1. Рассмотрим следующие методы:
2. Спомощьюбиблиотеки Process Status Helper (PSAPI)
3. С помощью ToolHelp32 API
4. С помощью недокументированной функции ZwQuerySystemInformation
5. Через счетчики производительности
6. Сиспользованиеминтерфейсов Windows Management Instrumentation
7. Функции интерфейса сокетов
1.2 Использованиебиблиотеки Process Status Helper
Библиотека Process Status Helper, известная также под названием PSAPI, предоставляет набор функций, позволяющих получить информацию о процессах и драйверах устройств. Библиотека поставляется в составе Windows 2000/XP и доступна в качестве устанавливаемой компоненты для Windows NT 4.0.
Для перечисления процессов библиотека предоставляет функцию EnumProcesses, которая возвращает массив идентификаторов запущенных процессов. Ниже приведен текст функции EnumProcesses_PsApi, реализующей перечисление процессов с помощью PSAPI.
Функция EnumProcesses не позволяет узнать, сколько места нужно для того, чтобы принять весь массив идентификаторов. Поэтому мы вызываем ее в цикле, увеличивая размер буфера, до тех пор, пока размер возвращенного массива не будет меньше размера буфера.
Поскольку мы хотим помимо идентификаторов процессов получить и имена процессов, мы должны проделать дополнительную работу. Для каждого процесса мы сначала получаем его описатель (handle) c помощью функции OpenProcess и затем используем функцию ЕnumProcessModules, которая возвращает список модулей, загруженных в адресное пространство процесса. Первым модулем в списке всегда является модуль, соответсвующий EXE-файлу программы. Наконец, мы вызываем функцию GetModuleFileNameEx (которая также является частью PSAPI), чтобы получить путь к EXE-файлу по описателю модуля. Мы используем имя EXE-файла без пути в качестве имени процесса.
Нужно обратить внимание на специальную обработку для двух процессов. Мы вынуждены обрабатывать отдельно процесс бездействия системы (Idle) с идентификатором 0, и системный процесс (System), который имеет идентификатор 2 на Windows NT 4 и 8 – на Windows 2000/XP, потому что OpenProcess не позволяет открыть описатель для этих процессов, возвращая код ошибки ERROR_ACCESS_DENIED.
1.3 Использование ToolHelp32 API
Корпорация Microsoft добавила набор функций под названием ToolHelp API в Windows 3.1, чтобы позволить сторонним разработчикам получить доступ к системной информации, которая ранее была доступна только программистам Microsoft. При создании Windows 95, эти функции перекочевали в новую систему под названием ToolHelp32 API. Операционная система Windows NT c cамого создания содержала средства для получения подобной информации под названием «данные производительности». Интерфейс для доступа к данным производительности был крайне запутанным и неудобным (справедливости ради надо отметить, что начиная с Windows NT 4.0, Microsoft предоставляет библиотеку Performance Data Helper, значительно облегчающую получение данных производительности; мы воспользуемся этой библиотекой при реализации соответствующего метода перечисления процессов). Говорят, команда Windows NT долгое время сопротивлялась включению ToolHelp32 API в систему, тем не менее, начиная с Windows 2000, ToolHelp32 API присутствует и в этой операционной системе.
Используя ToolHelp32 API, мы сначала создаем моментальный снимок (snapshot) списка процессов с помощью функции CreateToolhelp32Snapshot, а затем проходим по списку используя функции Process32First и Process32Next. Структура PROCESSENTRY32, заполняемая этими функциями, содержит всю необходимую информацию. Ниже приведен код функции EnumProcesses_ToolHelp, реализующей перечисление процессов с помощью ToolHelp32.
1.4 Использование функции ZwQuerySystemInformation
В данной курсовой использовался этот метод.
Несмотря на наличие документированного способа получения списка процессов в Windows NT с помощью данных производительности, Windows NT Task Manager никогда не использовал этот интерфейс. Вместо этого он использовал недокументированную функцию ZwQuerySystemInformation, экспортируемую из NTDLL.DLL, которая позволяет получить доступ к самой разнообразной системной информации и списку процессов в том числе.
Функция ZwQuerySystemInformation имеет следующий прототип [2]:
| NTSYSAPINTSTATUSNTAPIZwQuerySystemInformation (IN SYSTEM_INFORMATION_CLASS SystemInformationClass,IN OUT PVOID SystemInformation,IN ULONG SystemInformationLength,OUT PULONG ReturnLength); |
где
SystemInformationClass – задает тип получаемой информации, нас интересует SystemProcessesAndThreadsInformation;
SystemInformation – указатель на буфер, принимающий запрошенную информацию;
SystemInformationLength – задает длину приемного буфера в байтах;
ReturnLength – указатель на переменную, в которую заносится количество байтов, записанных в выходной буфер
Формат информации о процессах и потоках описывается структурой SYSTEM_PROCESSES, которая содержит почти всю информацию, отображаемую Task Manager. Ниже привeден код функции EnumProcesses_NtApi, реализующей перечисление процессов с использованием функции ZwQuerySystemInformation.
При вызове ZwQuerySystemInformation трудно заранее определить, какой размер выходного буфера будет достаточным, поэтому мы начинам с буфера размером 32K и увеличиваем его по необходимости.
1.5 Использование cчетчиков производительности
Как уже отмечалось, операционная система Windows NT с самого создания содержала интерфейс для получения разнообразной информации о системе в виде счетчиков производительности. Этот интерфейс является, скажем, далеко не интуитивным. Для получения той или иной информации нужно прочитать из ключа реестра HKEY_PERFORMANCE_DATA значение со специально сформированным именем. В результате возвращается набор глубоко вложенных структур, многие из которых переменного размера, и разбор этих данных требует определенной усидчивости.
Ситуация изменилась в лучшую сторону с появлением в Windows NT 4.0 библиотеки Performance Data Helper (PDH), которая предоставляет более удобный интерфейс к данным производительности. Эта библиотека, однако, не входила в комплект поставки Windows NT 4.0, она распространялась в составе Microsoft Platform SDK. В Windows 2000 PDH.DLL присутствует по умолчанию.