第四章 探索 Windows 2000 的内存管理机制
翻译： Kendiv( [url=http://www.pccode.net].net"fcczj@263.net )
更新： Sunday, February 17, 2005
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内存 Dump 工具 ---- 本书示例程序
现在你已经学完了复杂和让人困惑的内存 Spy 设备的 IOCTL 函数的代码，你可能想看这些函数运行起来是什么样子。因此，我创建了一个控制台模式的工具，名为：“ SBS Windows 2000 Memory Spy ”，该工具会加载 Spy 驱动程序，根据命令行出入的参数，它会调用多个 IOCTL 函数。该程序的可执行文件为： w2k_mem.exe ，其源代码位于本书光盘的 \src\w2k_mem 目录下。
命令行格式
你可以从光盘中运行内存 Spy 工具： d:\bin\w2k_mem.exe ，这里 d: 应该由你的 CD-ROM 盘符代替。如果无参数启动 w2k_mem.exe ，将会列出冗长的命令信息，如 示列 4-1 所示。 W2k_mem.exe 基本的命令体系是：一个命令包含一个或多个数据请求，每个命令都至少提供一个线性基址，内存 Dump 将从该地址开始。如果你愿意还可指定内存块的大小，不过这是可选的，内存块的默认大小是 256 。命令中的内存大小必须以“ # ”开始。可通过增加多个选项来改变命令的默认行为。一个选项包括一个单字符的选项 ID 和一个“ + ”或“ - ”前缀。“ + ”或“ - ”表示允许或禁止该选项。默认情况下，所有选项都是允许的。
// w2k_mem.exe
// SBS Windows 2000 Memory Spy V1.00
// 08-27-2000 Sven B. Schreiber
// sbs@orgon.com
Usage: w2k_mem { { [+option|-option] [/<path>] } [#[[0]x]<size>] [[0]x]<base> }
<path> specifies a module to be loaded into memory.
Use the +x/-x switch to enable/disable its startup code.
If <size> is missing, the default size is 256 bytes.
Display address options (mutually exclusive):
+z -z zero-based display on / OFF
+r -r physical RAM addresses on / OFF
Display mode options (mutually exclusive):
+w -w WORD data formatting on / OFF
+d -d DWORD data formatting on / OFF
+q -q QWORD data formatting on / OFF
Addressing options (mutually exclusive):
+t -t TEB-relative addressing on / OFF
+f -f FS-relative addressing on / OFF
+u -u user-mode FS:[<base>] on / OFF
+k -k kernel-mode FS:[<base>] on / OFF
+h -h handle/object resolution on / OFF
+a -a add bias to last base on / OFF
+s -s sub bias from last base on / OFF
+p -p pointer from last block on / OFF
System status options (cumulative):
+o -o display OS information on / OFF
+c -c display CPU information on / OFF
+g -g display GDT information on / OFF
+i -i display IDT information on / OFF
+b -b display contiguous blocks on / OFF
Other options (cumulative):
+x -x execute DLL startup code on / OFF
Example: The following command displays the first 64
bytes of the current Process Environment Block (PEB)
in zero-based DWORD format, assuming that a pointer to
the PEB is located at offset 0x30 inside the current
Thread Environment Block (TEB):
w2k_mem +t #0 0 +pzd #64 0x30
Note: Specifying #0 after +t causes the TEB to be
addressed without displaying its contents.
示列 4-1. 内存 Spy 工具的帮助信息
每个命令行所执行的数据请求不等同于选项，数据大小的说明，路径或任何其他的命令修饰成分。命令中的每个无格式的数字都被假定是一个线性地址，并且将从该地址开始，按 16 进制显示其内容。数字默认按 10 进制格式解释，如果有前缀“ 0x ”或“ x. ”则按照 16 进制格式解释。
如果提供一些简单的示例，很容易掌握 w2k_mem.exe 采用的复杂命令行选项，下面就给出一些：
l w2k_mem 0x80400000 显示从线性地址 0x80400000 开始的 256 个字节，产生的内容可能会类似于示列 4-2 。顺便说一下，这是 ntoskrnl.exe 的 DOS stub （注意开始的“ MZ ” ID ）。
l w2k_mem #0x40 0x80400000 显示从线性地址 0x80400000 开始的 64 个字节， #0x40 表示要显示的块大小为 64
l w2k_mem +d #0x40 0x80400000 在前一命令的基础上，按照 32 位的 DWORD Chunk 来显示，这就是 +d 选项的作用。在同一个命令中，首先出现的 + 选项将会一直有效，除非使用相应的 - 选项或使用其互斥选项。如 +d 的互斥选项为： +w 、 +q 。
l w2k_mem +wz #0x40 0x10000 +d –z 0x200000 包含两个数据请求。首先，线性地址范围： 0x10000----0x1003F 中的内容将按照 16 位 WORD 格式来显示，随后的 0x20000---0x2003F 按照 32 位 DWORD 格式显示（见 示列 4-3 ）。第一个请求中还包含一个 +z 选项，该选项将使“ Address ”列的数字从 0 开。在第二个请求中，通过 -z 选项，禁用了从 0 开始的显示模型。
l w2k_mem +rd #4096 0xC0300000 以 DWORD 格式显示起始于 0xC0300000 的系统页目录。 +r 选项表示在“ Address ”列中以物理内存地址代替线性地址。
现在，你应该基本上明白命令行格式是如何工作的了。在下一小节中，将详细讨论一些比较特别的选项和特性。它们中的大多数会改变对出现在它们之前的地址的解释方式。在默认情况下，指定的地址是一个线性基址，内存 Dump 将从那里开始。选项： +t 、 +f 、 +u 、 +k 、 +h 、 +a 、 +s 和 +p 将以多种方式改变这种默认解释方式。
示列 4-2. 数据请求示列
示列 4-3. 以指定格式显示数据
与 TEB 相关的地址
进程中的每个线程都有其自己的线程环境块（ Thread Environment Block ， TEB ），系统在此 TEB 中保存频繁使用的线程相关的数据。在用户模式下，当前线程的 TEB 位于独立的 4KB 段，可通过 CPU 的 FS 寄存器来访问该段。而在内核模式下， FS 却指向不同的段，下面将解释之。一个进程的所有 TEB 都以堆栈的方式，存放在从 0x7FFDE000 开始的线性内存中，每 4KB 为一个完整的 TEB ，不过该内存区域是向下扩展的。这意味着，第二个线程的 TEB 的地址将是 0x7FFDC000 ，这和堆栈类似。在第七章，我们会详细讨论 TEB 的内容和进程环境块（ Process Environment Block ， PEB ）的地址 0x7FFDF000 （参见 列表 7-18 和 7-19 ）。这里知道 TEB 的存在，而且知道其地址由 FS 寄存器给出就足够了。
如果在一个地址之前出现了 +t 选项， w2k_mem.exe 将自动把 FS 段的基地址加到该地址上， 示列 4-4 展示了 w2k_mem +dt #0x38 0 命令执行后的输出。这一次我省略了 w2k_mem.exe 输出的标题和状态信息。
示列 4-4. 显示第一个线程环境块（ TEB ）
与 FS 相关的地址
我前面已经提到过，在用户和内核模式下， FS 将指向不同的段。 +t 选项将选择用户模式下 FS 所指向的地址， +f 选项则使用在内核模式下 FS 指向的地址。当然， Win32 应用程序没有办法获取该地址，因此，需要再次请求 Spy 设备。 w2k_mem.xe 调用 IOCTL 函数 SPY_IO_CPU_INFO ，来读去 CPU 的状态信息，这包括所有段寄存器在内核模式下的值。从此开始，所有的事情和 +t 选项相同。
内核模式的 FS 指向另一个线程相关的结构， Windows 2000 内核回经常使用该结构，其名称为：内核的处理器控制区域（ Kernel's Processor Control Region ， KPCR ）。该结构在讨论 IOCTL 函数 SPY_IO_OS_INFO 时已经提及过，在第七章我们还会再次提到它（见 列表 7-16 ）。再次强调，现在你只需要知道该结构存在于线性地址 0xFFDFF000 处即可，使用 +f 选项就可访问它。在 示列 4-5 中，我使用命令： w2k_mem +df #0x54 0 来演示，在实际情况下，使用 +f 选项的结果。
示列 4-5. 显示内核的处理器控制区域（ KPCR ）
FS:[Base] 寻址方式
在察看 Windows 2000 内核代码时，你会经常遇到像 MOV EAX, FS:[18h] 这样的指令。这些指令用于取出属于 TEB 或 KPCR 的成员的值，或者是属于其他包含在 FS 段中的结构体的成员的值。它们中的大多数都指向其他的内部结构。命令行选项 +u 和 +k 允许你； +u 表示使用用户模式下的 FS 段； +k 表示使用内核模式下的 FS 段。例如，命令： w2k_mem +du #0x1E8 0x30 （见 示列 4-6 ）将在用户模式下，从位于 FS:[30h] 处的内存块中转储（ dump ） 488 个字节。而命令： w2k_mem +dk #0x1C 0x20 （见 示列 4-7 ）将显示由内核模式下的 FS:[20h] 指向的内存块的前 28 个字节，这实际上是指向 KPRCB 的一个指针。如果你不知道 PEB 或 KPRCB 是什么，不要着急，读完本书你就会一目了然了。
示列 4-6. 显示进程环境块（ PEB ）
示列 4-7. 显示内核的处理器控制区域（ KPRCB ）
句柄 / 对象 解析
假设你有一个对象句柄，而且你想要看看该句柄对应的对象在内存中是什么样子。如果你使用 +h 选项，你就会发现完成这一任务太简单了，该选项将调用 Spy 设备的 SPY_IO_HANDLE_INFO 函数（见 列表 4-26 ）来查找给定句柄的对象体（ Object Body ）。 Windows 2000 对象世界是一个令人惊讶的主题，我将在第七章深入剖析它。所以，现在先把它丢掉一边去。
相对寻址
有时使用这种寻址方式可以很容易显示一系列内存块，这些内存块间隔相同大小的字节。这很有可能，比如，一个数组结构，像朵线程程序中的 TEB 堆栈。 +a 和 +s 选项通过将给定的地址解释为一个偏移量，来进行对寻址。这两个选项的区别是： +a （ add bias ）将产生一个正的偏移量， +s （ subtract bias ）则产生一个负的偏移量。 示列 4-8 展示了命令： w2k_mem +d #32 0xC0000000 +a 4096 4096 的输出结果。它将取出三个连续 4KB 页中的前 32 个字节，起始地址为： 0xC0000000 ，系统的页表就位于此处。注意， +a 选项接近命令的结尾处。它将使随后的“ 4096 ”将被解释为偏移量，该偏移量将被加到前面的基地址上。
示列 4-8. 页表样本
示列 4-8 还展示了如果传入一个无效的线性地址会发生什么。显然，第一对页表涉及的 4MB 地址范围： 0x00000000----0x003F0000 和 0x00400000-----0x007F0000 是有效的。而第三对页表则是无效的。 w2k_mem.exe 会通过显示一个空表来反映这一现实。程序知道那个地址范围是有效的，因为 Spy 设备的 SPY_IO_MEMORY_DATA 函数将此信息放入作为结果的 SPY_MEMORY_DATA 结构中（参见 列表 4-25 ）。
间接寻址
我所钟爱的命令选项之一就是： +p ，因为在我准备这本书的时候，它为我节省了很多打字的时间。该选项和 +u 和 +k 的工作方式类似，但不使用 FS 段，而是使用先前显示过的数据块。这是一个很棒的特性，如果你想向下寻找链表上的对象，例如，读取下一个成员的地址，随该命令一起，键入一个新的命令等等，通过简单在命令中加入 +p 选项和一系列偏移量，就可以指定下一个对象的链接在前一个 16 进制 Dump 表中的位置。
在 示列 4-9 中，我使用该选项来向下遍历当前活动进程的链表。首先，我告诉通过内核调试器获取系统内部变量 PsActiveProcessHead 的地址，该地址是一个 LIST_ENTRY 结构，用于标识进程链表的开始。 LIST_ENTRY 结构中包含一个 Flink （向前指针）成员和一个 Blink （向后）成员。 Flink 成员位于偏移量 0 处， Blink 成员位于偏移量 4 处（参见 列表 2-7 ）。命令： w2k_mem #8 +d 0x8046A180 +p 0 0 0 0 首先转储 PsActiveProcessHead （这是一个 LIST_ENTRY 结构），然后从 +p 选项出开始转为间接寻址。选项后的四个 0 是用来告诉 w2k_mem.exe 提取前一个数据块中偏移量为 0 的值，这正是 Flink 所在的位置。注意， 示列 4-9 中的 Blink 成员在偏移量为 4 的位置上，它指向前一个 LSIT_ENTRY 之后，就像我们期望的那样。
译注：
对于 w2k_mem #8 +d 0x8046A180 +p 0 0 0 0 命令
0x8046A180 需要由你自己系统中的 PsActiveProcessHead 的地址来替代。
可通过内核调试器来查找 PsActiveProcessHead 的地址，我在这里使用的是 livekd ，命令为： ln PsActiveProcessHead
如果命令中加入了足够的值为 0 的参数， 16 进制转储最终会回到 PsActiveProcessHead ，它用来标识进程链表的开始和结束。就像第二章里解释的那样， Windows 2000 维护的双向链表实际上是一个环；也就是说，链表中最后一个成员的 F
