Windows对象管理

对象管理是Windows Executive的一个子系统实现，用于管理Windows资源。资源包括物理设备、文件、文件目录、注册表条目、正在运行的进程等等。所有子系统访问资源都必须通过对象管理子系统。

## 体系结构

Windows NT操作系统体系结构中，对象管理子系统管理所有的资源。资源被表示为对象。对象管理子系统保持着对每个对象的引用计数。任何访问对象的系统调用都必须通过对象管理子系统。Windows对象可分为内核对象、用户对象、GDI对象：

- 用户对象（User interface object）：支持窗口管理。每个对象仅有一个句柄，句柄不能复制或继承，不能引用其他用户会话中的进程的用户句柄。任何进程只要有对某个用户句柄的安全访问权限，即可以访问该用户对象，即用户对象在当前会话下是全局的。一个进程最多有 65536 个用户对象句柄。用户对象包括：快捷键表HACCEL、插入点HCaret、鼠标指针HCURSOR、DDE 会话、窗口钩子HOOK、图标 HICON、菜单 HMENU、窗口 HWND、窗口位置Window position。
- GDI 对象：支持图形。每个对象仅有一个句柄，句柄为进程私有。一个进程最多有 65536 个 GDI 对象句柄。GDI 对象包括：位图 HBITMAP、画刷 HBRUSH、设备环境HDC、增强型图元文件（EMF）、EMF 设备环境、字体 HFONT、内存 DC、图元文件Metafile、图元文件 DC、调色板 HPALETTE、画笔 HPEN、区域（Region）HRGN。
- 内核对象：支持内存管理、进程执行、进程间通信。内核对象句柄是进程私有的，必须创建或者打开内核对象以获取其句柄。当进程创建或打开内核对象时，进程的句柄表中增加一个条目指向内核对象实例。进程的句柄表的索引称为句柄（handle）。对象管理子系统使用句柄与命名两种方式管理对象实例。句柄在一个进程内部是线程共享的，但在进程之间不是直接可复用，需要特别方式在进程间传递对象句柄。一个进程任何时刻最多拥有 224，即大约 16,000,000 个句柄。句柄按照对象的分类可分为文件句柄、事件句柄、进程句柄等。一个进程对一个对象可以有多个句柄，以便按照不同权限来访问对象。

对象可分为内核对象（Kernel objects）与执行对象（Executive objects）。内核对象表示一些基本资源，如物理设备、同步服务等等。用户态的程序不能访问内核对象。用户态的系统服务与应用程序使用执行对象，这是Windows Executive对外暴露的对象，用来封装一个或多个内核对象。执行对象还用于实现 NT 子系统或 POSIX 子系统的一些功能。

Windows NT 暴露的执行对象包括:

类别｜描述｜创建 / 获取句柄系统调用｜创建 / 获取句柄函数｜释放句柄函数｜未通知状态｜通知状态｜等待成功的副作用

目录｜用来存放内核对象。多级嵌套的目录将所有内核对象组织成一个树形结构｜NtCreateDirectoryObjectNtOpenDirectoryObject｜无

进程｜线程的集合，拥有共同的虚拟内存空间与控制信息｜NtCreateProcessNtOpenProcess｜CreateProcessOpenProcessGetCurrentProcess｜CloseHandleTerminateProcess｜进程仍然活动时｜进程终止运行时（TerminateProcessExitProcess）｜无

线程｜进程内部，执行程序的实体。｜NtCreateThreadNtOpenThread｜CreateThreadCreateThreadExOpenThreadGetCurrentThread｜CloseHandleTerminateThread｜线程仍然活动时｜线程终止运行时（TerminateThreadExitThread）｜无

作业｜进程的集合｜NtCreateJobObjectNtOpenJobObject｜CreateJobObject｜CloseHandle｜当作业的时间尚未结束时｜当作业的时间已经结束时｜无

文件｜一个打开的计算机文件或 I/O 设备。｜NtCreateFileNtOpenFile｜CreateFile｜CloseHandleDeleteFile｜当 I/O 请求正在处理时｜当 I/O 请求处理完毕时｜无

文件映射对象｜一块内存区域，映射到一个文件。｜NtCreateSectionNtOpenSection｜CreateFileMapping｜CloseHandle

访问令牌｜一个对象的访问权。｜NtCreateTokenNtDuplicateTokenNtOpenProcessTokenNtOpenThreadToken｜CreateRestrictedTokenDuplicateTokenDuplicateTokenExOpenProcessTokenOpenThreadToken｜CloseHandle

事件｜封装了某些信息的一个对象，用于通知某些进程。｜NtCreateEventNtOpenEvent｜CreateEventCreateEventExOpenEvent｜CloseHandle｜ResetEvent，或 PulseEvent，或自动重置事件等待成功｜当调用 SetEvent，或 PulseEvent｜自动重置事件等待成功后将自动重置

信号量｜用于串行化访问某些资源的对象。｜NtCreateSemaphoreNtOpenSemaphore｜CreateSemaphoreCreateSemaphoreExOpenSemaphore｜CloseHandle｜当数量 0 时（ReleaseSemaphore）｜数量减 1

互斥锁｜用于串行化访问某些资源的对象。｜无｜CreateMutexCreateMutexExOpenMutex｜CloseHandle｜被其他线程拥有时｜未被其他线程拥有时｜等待成功的线程获得 CPU 所有权

临界区域｜使得指定的代码段被串行执行｜无｜InitializeCriticalSectionInitializeCriticalSectionAndSpinCount｜DeleteCriticalSection｜被其他线程拥有时（试图 EnterCriticalSection）｜未被其他线程拥有时（LeaveCriticalSection）｜等待成功的线程获得 CPU 所有权

定时器｜按照固定时间间隔通知某些进程的对象。｜NtCreateTimerNtOpenTimer｜CreateWaitableTimerCreateWaitableTimerEx｜CloseHandle｜CancelWaitableTimer 或自动重置定时器等待成功｜当时间到时（SetWaitableTimer）｜自动重置定时器等待成功将 reset

Timer queue｜无

Timer-queue timer｜无

注册表键值｜Windows 注册表条目的键值，数据类型不是 HANDLE 而是 HKEY｜RegCreateKeyExRegOpenKeyEx｜RegCloseKey

桌面｜包含 GUI 元素的一个逻辑显示面，数据类型是 HDESK｜无｜CreateDesktopOpenDesktopGetThreadDesktop｜CloseDesktop

WindowStation｜包含一些桌面对象、一块剪贴板对象、以及其他对象的对象，数据类型是 HWINSTA｜无｜CreateWindowStationOpenWindowStationGetProcessWindowStation｜CloseWindowStation

剪贴板｜用于其它对象的临时存储空间。｜无｜OpenClipboard｜CloseClipboard

符号链接｜对其他对象的引用｜NtCreateSymbolicLinkObjectNtOpenSymbolicLinkObject

事件日志｜无｜OpenEventLogRegisterEventSourceOpenBackupEventLog｜CloseEventLog

目录下更改通知｜若指定的目录下发生了文件名、属性等更改，则唤起本事件｜FindFirstChangeNotification｜FindCloseChangeNotification｜没有发生指定监视类型的修改｜发生了指定监视类型的修改｜重置事件状态；若需要监视下一次更改，使用循环搭配 FindNextChangeNotification

堆内存｜无｜HeapCreateGetProcessHeapGetProcessHeaps｜HeapDestroy不应释放进程的缺省堆

I/O 完成端口｜NtCreateIoCompletionNtOpenIoCompletion｜CreateIoCompletionPort｜CloseHandle

Mailslot｜NtCreateMailslotFile｜CreateMailslot｜CloseHandle

内存资源通知｜CreateMemoryResourceNotification｜CloseHandle

模块｜只有自己 LoadLibrary 加载的 DLL 才需要释放；数据类型为 HMODULE；WinMain 函数的 hInstance 参数是指向 EXE 主程序的 HMODULE（数据类型为 HINSTANCE）｜无｜LoadLibraryLoadLibraryExGetModuleHandleGetModuleHandleExWinMain 函数的 hInstance 参数｜FreeLibrary

管道｜管道可以是双工（双向传输）的；创建管道的一方称为服务端，连接到已存在或将要存在的管道的一方称为客户端｜NtCreateNamedPipeFile｜CreateNamedPipeCreatePipeCreateFile｜CloseHandleDisconnectNamedPipe

套接字｜Unix 下的套接字只是普通 fd，而 Windows 下的套接字一般而言和普通（文件系统）文件不一样，推荐使用专门的套接字 API 操作；数据类型是 SOCKET（UINT_PTR）｜无｜WSASocketWSAAccept｜closesocket｜与文件类似

资源更新｜使用 UpdateResource 更新某个 PE 模块中的资源（Resource，包括字符串、图标等）｜无｜BeginUpdateResource｜EndUpdateResource

### 对象结构

每个被对象管理子系统所管理的对象，包含头部和体部。头部是对象管理子系统使用的状态信息。体部是对象相关的数据与暴露的服务。

对象头部对外暴露的信息称为`Properties`, 包括：

- `Object Name`，用来标识对象
- `Object Directory`，对象所属类别
- `Security Descriptors`，对象的访问权限，一般在创建对象时传入，大多数时候传入值为NULL，表示采用默认安全属性。
- `Quota Charges`，对象的资源使用信息
- `Open handle count`，打开的句柄计数
- `Open handle list`，活动引用的进程列表
- `Reference count`，活动引用进程的计数
- `Type`，用来标识对象体部结构

对象管理子系统所管理的对象必须提供下属服务:

- `Close`，关闭对象的一个句柄
- `Duplicate`，创建对象的另一个句柄，用来给另一个进程共享访问该对象
- `Query object`，获得对象的属性与性质等信息
- `Query security`，得到对象的安全描述信息
- `Set security`，改变对象的安全访问信息
- `Wait`，同步一个或多个对象，通过特定事件。

同一类型的对象具有一些相同的属性，如类型名、是否分配在非分页内存、访问权限、同步信息等。这些由一个类型对象（type object）来表示。所有同一类型的对象实例共享这唯一的类型对象。可以创建新的对象类型，这通过把一个对象的属性作为对外暴露的状态，把其方法作为对外暴露的服务来实现。

对象名（`Object name`）是一个对象的描述性标识。对象管理子系统保持一个已经用于表示对象的名字列表，映射每个名字到对象实例。实际上大多数访问对象的行为是通过句柄；通过对象名来查找对象实例仅发生在创建对象时、跨进程共享一个对象时。

`Object directories`用于按照类型来分类对象。预定义的`Object directories`包括：

- `\??` （Win32 设备名，其中只有符号链接）
- `\BaseNamedObjects` （互斥、事件、信号量、可等待计时器和段对象）
- `\Callback` （回调函数）
- `\Device` （设备）
- `\Drivers`
- `\FileSystem`
- `\KnownDlls`
- `\Nls` (language tables)
- `\ObjectTypes` （对象类型对象）
- `\RPC Controls` （RPC端口）
- `\Security` （安全子系统对象）
- `\Windows` （窗口子系统对象）

对象属于命名空间（Namespace）. 每个用户会话（user session）是一个名字空间。这使得多个客户同时运行一个应用程序而不会发生干扰。在所有名字空间共享的对象属于GLOBAL命名空间。例如，在Global命名空间中创建一个事件，名字叫CSAPP：

```
CreateEvent( NULL, FALSE, FALSE, "Global\\CSAPP" );
```

全局命名空间使得多个客户会话间的进程可以通信。例如，一个客户/服务器使用互斥锁来同步，服务器模块在全局命名空间创建一个互斥锁对象，然后客户进程使用"Global\"前缀来打开这个互斥锁对象。客户进程可以明示使用 "Local\"前缀来在客户会话命名空间中创建对象。

OBJECT_ATTRIBUTES 结构:

```cpp
 typedef struct _OBJECT_ATTRIBUTES{
  ULONG Length;
  HANDLE RootDirectory;
  PUNICODE_STRING ObjectName;
  ULONG Attributes;
  PSECURITY_DESCRIPTOR SecurityDescriptor;
  PSECURITY_QUALITY_OF_SERVICE SecurityQualityOfService;
 }OBJECT_ATTRIBUTES;
```

Attributes 成员域可以是 0，或下述标志的组合：

```
OBJ_INHERIT
OBJ_PERMANANT
OBJ_EXCLUSIVE
OBJ_CASE_INSENSITIVE
OBJ_OPENIF
OBJ_OPENLINK
OBJ_KERNEL_HANDLE
```

## 参加

- Windows NT体系结构

## 外部链接

- Object Manager Routines (Windows Drivers)
- Channel9 Interview