进程间同步的案例研究

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引言

当这个新网站出现时——这是一个绝佳的举措——我决定通过编写一个“小型”示例项目来支持它，该项目试图回答许多关于进程间通信的问题。后来，越来越多的功能被添加进来，直到您今天看到 IPS 现在的样子。

进程间通信

它将向您展示

• 如何通过 `CreateProcess` 调用启动子进程（基于 Joseph M. Newcomer 的代码，我已移除资源泄漏）。
• 如何通过进程句柄来同步（在此情况下，“等待进程结束”）。
• 如何“尝试”干净地结束一个进程（如果不行，就干掉那个罪犯）。
• 如何创建一个带有线程框架解决方案的窗口，用于监视进程。

除了关于进程信息检索的一些高级功能（这些功能是通过调用未文档化的 API 和读取 NT/W2K 系统表获得的），大多数关于进程间同步的事情都相当简单。

本文中我们演示的发现或“技术”基于 Sven B. Schreiber 的工作，该工作发表在 1999 年 11 月的 Dr. Dobb's Journal #305 [ (c) 1999 Miller Freeman, Inc., San Francisco (CA) ] 上。 (www.ddj.com)。

在“Win32Ext”文件中实现了一些 C 函数，用于以操作系统无关的方式（此处仅涉及 MS OS）检索进程信息。更有趣的函数包括：

• DWORD WINAPI GetProcessModuleName(DWORD dwProcessId, PWORD p_UnicodeString, DWORD dwMaxLength);
• DWORD WINAPI GetParentProcessId(DWORD dwProcessId, PDWORD p_dwParentPId);
• DWORD WINAPI GetChildProcesses (DWORD dwProcessId, PDWORD p_dwChildPIds, DWORD dwMaxLength, PDWORD p_dwNrChildren);
• DWORD WINAPI GetNumberOfProcesses(PDWORD p_dwNrProcesses);
• DWORD WINAPI GetProcessCommitCharge(DWORD dwProcessId, PDWORD p_dwCommitCharge);
• DWORD WINAPI GetProcessUserTime(DWORD dwProcessId, PLARGE_INTEGER p_UserTime);
• DWORD WINAPI GetProcessKernelTime(DWORD dwProcessId, PLARGE_INTEGER p_KernelTime);
• DWORD WINAPI GetProcessThreadIds(DWORD dwProcessId, PDWORD p_dwThreadIds, DWORD dwMaxLength, PDWORD p_dwNrThreads);
• DWORD WINAPI GetProcessCreationTime DWORD dwProcessId, PSYSTEMTIME p_SystemTime);
• DWORD WINAPI GetProcessBasePriority(DWORD dwProcessId, PDWORD p_dwBasePriority);

通过消息分发进行的进程间通信（例如，用于礼貌地请求应用程序停止）是通过向进程窗口发送消息来完成的，该功能基于 Martin-Pierre Frenette 发布的代码。（仅凭进程句柄向另一个应用程序的主框架窗口发送消息）。

您还会注意到，有些程序**不遵循**标准的父子进程规则：如果您从“IPS.exe”中启动“Explorer.exe”，您会发现 explorer 进程**不是** IPS 的子进程。

进程对象和进程调试器对象

我重写了原始的 IPS 代码，使其具有一定的结构（坦白说，它很糟糕的 C++，即使现在也是如此……）。所以我想到了 `ProcessObject` 类。它提供了一种简单的方式来处理您对进程想要做的绝大多数事情。提供了启动和终止进程、更改其基本优先级、向其发送消息（如果它有窗口）等功能……

另外，……您可以通过使用 `ProcessDebugger` 对象附加到目标进程并将其作为调试器。

进程调试器通过 C++ 回调机制接收以下事件的通知：     

void OnException(DebugEvent_Exception* pDE);
void OnProcessStart(DebugEvent_Process* pDE);
void OnProcessExit(DebugEvent_Process* pDE);
void OnThreadStart(DebugEvent_Thread* pDE);
void OnThreadExit(DebugEvent_Thread* pDE);
void OnDllLoad(DebugEvent_DLL* pDE);
void OnDllUnload(DebugEvent_DLL* pDE);
void OnDebugOutput(DebugEvent_Output* pDE);

各自的 `DebugEvent` 对象指针在事件期间提供了所有必要的信息。让调试函数正常工作可能很容易出错，所以如果您想了解 VC 调试器是如何工作的，可以参考一下。

进程调试器还有一个巧妙的线程堆栈转储器对象（通过聚合），当您想知道异常的确切上下文时，它会很有用。我在 Felix Kaska 的 Win32 页面（http://mvps.org/win32/）上找到了我的堆栈转储功能示例。我（几乎完全）重写了该功能，并将其放入相应的 `StackFrame` 和 `ThreadFunctionStack` 类中。它提供了在进程内转储线程堆栈的功能，可能作为对异常的响应（但不仅限于此），并且还可以转储另一个进程中线程的堆栈（当然，前提是您拥有必要的 DEBUG 权限）。调试符号（如果可用）仅在需要时加载。软件工程师需要决定是否要在可执行文件中包含最少量的调试信息。如果链接步骤生成了“.map”文件，则堆栈转储信息与 map 文件结合应该足以弄清楚函数上下文，即使可执行文件中没有包含调试信息。（如果不确定如何添加和选择调试信息类型，请阅读 MSDN）。如果可执行文件中提供了更多的调试符号信息（除了寄存器和指令指针），它将被使用（通过 IPS 和 ImageHlp dll）并记录下来，这样更容易弄清楚出了什么问题。

跟踪

为了内部错误跟踪，IPS 使用 `TraceLogger` 类，它可以将函数（以及函数返回）、错误和未处理的异常记录或跟踪到日志文件中。通过使用宏，我们可以将额外的信息放入日志文件中，以便在现场更容易地进行调试任务。如果需要，日志文件可以分成独立的部分（用于文件使用轮换目的，因此日志记录器使用的最大文件大小是有限的），可以使用例如 CryptLib 或内部开发的流加密算法进行加密。IPS 不加密日志文件，因为源代码对所有人可见。如果发生未处理的异常，IPS 自然会在终止之前转储其自身有问题的线程的堆栈。（如果您愿意，请在发生这种情况时将日志文件发送给我。）

跟踪级别可以在运行时调整（请参阅 IPS 的关于框）。

您也可以通过将宏重新定义为空语句（并重新编译应用程序）来删除一些函数跟踪。

LOGTRACE(l, s) 
LOGTRACEFUNC(s)
LOGTRACEERROR(e, s)
LOGTRACEFUNCRETURN(e, s)
LOGTRACEDUMPSTACK()
LOGTRACEOSTREAM(s)
LOGTRACEPROGRESSWITHOSTREAM() 

实时调试输出窗口

为了记录调试事件，我使用了一个 Ben Ashley 制作的 `TOutputWnd` 的略微修改版本。原始版本可以在 CodeGuru（www.codeguru.com）上找到。IPS 用户可以将日志文件转储为文本格式，用于向支持部门或崩溃程序的开发者指出有问题的代码。（真是的！）

未来增强功能

系统范围挂钩 `CreateProcess`（和 `CreateThread`）调用，以提高性能，而不是使用简单的计时器。

只是想知道在程序崩溃时是否需要转储所有线程……

提供真正的 UNICODE 兼容代码。

其他（有什么建议吗？）

关于所用编译器的说明

我使用了 Intel 5.0 编译器的评估版本，该版本为 Intel PI/PII/PIII 系列生成（更大）更快且自动优化的代码。它无缝集成到 MS VC 开发环境中，并且与 MS VC 编译器完全（？）兼容。

Gert Boddaert, 别名 GBO。