Windows内核对象(2) -- 内核对象跨进程访问

虽然内核对象位于独立于进程之外的内核区域，我们在开发中却只能通过调用Win32 API传入HANDLE参数来操作内核对象（如SetEvent等）。然而HANDLE句柄只对当前进程有效，离开了当前进程该句柄就无效了（具体原因参考：Windows内核对象(1) – 内核对象与句柄）。所以说，跨进程访问内核对象的关键在于我们怎么跨进程访问句柄HANDLE？

下面介绍几种方法来实现跨进程共享内核对象。

一、使用句柄继承的方式

只有进程之间有父子关系时，才可以使用句柄继承的方式。在这种情况下，父进程可以生成一个子进程，并允许子进程访问父进程的内核对象。为了使这种继承生效，父进程必须执行几个步骤：
（1）. 父进程在创建一个内核对象时，父进程必须向系统指定它希望这个内核对象的句柄是可以继承的。为了创建一个可继承的内核对象，必须分配并初始化一个SECURITY_ATTRIBUTES结构，如：

SECURITY_ATTRIBUTES sa;
sa.nLength = sizeof(SECURITY_ATTRIBUTES);
sa.bInheritHandle = TRUE;  // 可继承的
sa.lpSecurityDescriptor = NULL;

HANDLE h = CreateEvent(&sa, TRUE, FALSE, NULL);

（2）. 父进程通过CreateProcess生成子进程，且指定bInheritHandles为TRUE，从而允许子进程来继承父进程的那些“可继承的句柄”。

// 启动子进程TestB.exe，将句柄h作为启动参数传给进程TestB
//
TCHAR cmd_buf[MAX_PATH];
StringCchPrintf(cmd_buf, MAX_PATH, TEXT("TestB.exe %ld"), (long)h);

STARTUPINFO si = { sizeof(si) };
PROCESS_INFORMATION pi;
BOOL ret = CreateProcess(
	NULL, 
	cmd_buf, 
	NULL, 
	NULL, 
	TRUE,  // 指定子进程可以继承父进程的“可继承句柄”
	0, 
	NULL, 
	NULL, 
	&si, 
	&pi
);


CloseHandle(pi.hProcess);
CloseHandle(pi.hThread);

由于我们传给bInheritHandles参数的值是TRUE，所以系统在创建子进程时会多做一件事情：它会遍历父进程的句柄表，对它的每一项进行检查，凡是包含一个有效的“可继承的句柄”的项，都会将该项完整的复制到子进程的句柄表。在子进程的句柄表中，复制项的位置与它在父进程句柄表中的位置完全一样（包含索引），这个就意味着：在父进程和子进程中，对一个内核对象进行标识的句柄值也是完全一样的。所以我们只需要通过某种方式（如上面示例中的启动参数的方式，或者环境变量的方式等任何进程间通讯的方式）将这个值告诉子进程，子进程就可以将该值转成HANDLE，然后使用这个HANDLE来调用系统API。

二、使用DuplicateHandle方式

明白DuplicateHandle的工作原理，需要先了解进程句柄表，可以参考Windows内核对象(1) – 内核对象与句柄）

2.1 DuplicateHandle功能

DuplicateHandle函数可以将指定“源进程的句柄表”中的某一项复制到“目的进程句柄表”中（除了索引），并且返回该项在目的进程句柄表中的索引（即HADNLE）。
可以在任何时候调用DuplicateHandle函数，DuplicateHandle对源句柄是否是可继承的没有要求。

函数声明如下：

BOOL DuplicateHandle(
  HANDLE hSourceProcessHandle,
  HANDLE hSourceHandle,
  HANDLE hTargetProcessHandle,
  LPHANDLE lpTargetHandle,
  DWORD dwDesiredAccess,
  BOOL bInheritHandle,
  DWORD dwOptions
);

DuplicateHandle详细介绍可以参考MSDN：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms724251(v=vs.85).aspx

2.2 支持的句柄类型

DuplicateHandle函数不能复制所有类型的句柄，只能复制如下类型的句柄（从MSDN复制而来）：

不同的事件类型对应的dwDesiredAccess参数不同，具体参考MSDN。

2.3 使用示例

进程TestA源码

int main(int argc, char** argv) {
	HANDLE h = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);

	// 启动子进程TestB.exe
	//
	TCHAR cmd_buf[MAX_PATH];
	StringCchPrintf(cmd_buf, MAX_PATH, TEXT("D:\\TestB.exe"), (long)h);

	STARTUPINFO si = { sizeof(si) };
	PROCESS_INFORMATION pi;
	BOOL ret = CreateProcess(NULL, cmd_buf, NULL, NULL, TRUE, 0, NULL, NULL, &si, &pi);
	assert(ret);
	assert(pi.hProcess);

	HANDLE duplicated_h = NULL;
	ret = DuplicateHandle(GetCurrentProcess(), h, pi.hProcess, &duplicated_h, 0, FALSE, DUPLICATE_SAME_ACCESS);


	WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);
	CloseHandle(pi.hProcess);
	CloseHandle(pi.hThread);

	bool has_signal = WaitForSingleObject(h, 0) == WAIT_OBJECT_0;
	assert(has_signal == true);

	return 0;
}

子进程TestB源码

int main(int argc, char** argv)
{
	long l = 0;
	printf("Input Handle:");
	scanf("%ld", &l);

	HANDLE h = (HANDLE)l;

	bool has_signal = WaitForSingleObject(h, 0) == WAIT_OBJECT_0;
	assert(has_signal == false);

	SetEvent(h);

    return 0;
}

在父进程TestA中创建一个不可继承的事件 -> 然后启动子进程TestB -> 调用DuplicateHandle复制句柄项到TestB进程句柄表 -> 并向TestB输入句柄值 -> TestB访问该事件句柄，将事件置为有信号状态。

三、使用命名的内核对象的方式

3.1 实现原理

这种方式严格的说已经不是文章开头说到的跨进程访问句柄了，有点类似跨进程直接访问内核对象了。
该方式实现起来比较简单，就是在调用创建内核对象的Create***函数时，通过pszName参数为内核对象取一个名字。
如创建事件Event的函数CreateEvent：

HANDLE WINAPI CreateEvent(
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,
  BOOL bManualReset,
  BOOL bInitialState,
  LPCTSTR lpName  // 指定名称
);

HANDLE h = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, TEXT("TestA_Obj"));

若在其他进程中要访问这个内核对象，只需要使用打开函数Open***打开该内核对象，系统就会在进程的句柄表中插入一条记录，并返回这条记录的索引，也就是句柄。需要注意的是，在打开内核对象时需要留意返回值和GetLastError函数的返回值。由于内核对象是有访问权限的，有时候虽然这个名字的内核对象存在，但该进程却不见得有权限可以打开它，这个时候GetLastError函数会返回失败的原因。

以打开事件的函数OpenEvent为例：

HANDLE h = OpenEvent(READ_CONTROL, FALSE, TEXT("TestA_Obj"));
if (h == NULL) {
	if (GetLastError() == ERROR_ACCESS_DENIED) { // 没有READ_CONTROL权限

	}
}

3.2 全局命令空间

不同的会话（Session）有不同的内核对象命名空间（如windows服务程序位于Session 0，而普通的用户进程位于Session 1），要通过名称访问其他会话中的内核对象，需要在名称前面加上Session\<当前会话ID>。Windows提供了一个全局的内核对象命名空间，处于任何会话中的进程都可以访问该命名空间，将内核对象放入全局命令空间的方式很简单：只需要在内核对象名称前加入Global\即可。

如：

HANDLE h = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, TEXT("Global\\TestA_Obj"));