Блог программистов

Здравствуй, уважаемый читатель. В первой статье про хуки речь шла об основах механизмов хуков и о клавиатурных хуках. Во второй статье про хуки в Windows я расскажу про слежение событий создания, активации, уничтожения окон. Также много внимания будет уделено методам межпроцессорного взаимодействия с использованием разделяемой памяти (мэпинга) и синхронизации потоков с использованием мьютексов. Также будет написана программа на Delphi для осуществления мониторинга окон.

   Итак, начнём сначала. Для создания хука для мониторинга событий окон надо указать тип хука WH_CBT в первом параметре функции SetWindowsHookEx. Хук типа WH_CBT позволяет отслеживать следующие события окон: создание, уничтожение, активация, установку фокуса, минимизация, максимизация и прочее.
   Формат обработчика хука такой же, какой и у других типов хуков

LRESULT CALLBACK CBTProc(
    int nCode,	// код события
    WPARAM wParam,	// depends on hook code
    LPARAM lParam 	// depends on hook code
   );

Назначение параметров wParam и lParam полностью зависит от типа события. Обработчик хука всегда вызывается до осуществления события. Если обработчик хука не вызовет следующий обработчик хука (функция CallNextHookEx), то перехватываемое действие не произойдёт, таким образом можно блокировать некоторые действия. Но тем не менее, отменять события в хуках такого типа не рекомендуется, так как это будет очень неожиданно для приложения. Представьте себе ситуацию, когда программа хочет уничтожить окно, а у него не получается, или же хочет создать окно, но не получается, намного корректнее было бы уничтожить окно после его создания (к примеру, через 10 мс). Далее приведены наиболее часто используемые типы событий.
   Если код события равен HCBT_ACTIVATE, то произошло событие активации окна. В данном случае параметр wParam содержит хендл искомого окна, а параметр lParam будет указывать на структуру CBTACTIVATESTRUCT. Далее приведено описание этой структуры:

typedef struct tagCBTACTIVATESTRUCT { // cas  
    BOOL fMouse; 
    HWND hWndActive; 
} CBTACTIVATESTRUCT;

Если событие произошло вследствие клика мыши, то поле fMouse будет равно TRUE. Поле hWndActive содержит хендл окна, активного в данный момент.
   При коде события HCBT_CREATEWND параметр wParam содержит хендл нового окна, а lParam указывает на структуру CBT_CREATEWND

typedef struct tagCBT_CREATEWND { // cbtcw  
    LPCREATESTRUCT lpcs; 
    HWND           hwndInsertAfter; 
} CBT_CREATEWND;

Поле hwndInsertAfter содержит хендл окна, которое по Z координате находится сразу же за вновь создаваемым. Изменив этот хендл можно изменить Z координату вновь создаваемого окна. Поле lpcs указывает на структуру CREATESTRUCT, она имеет следующий формат:

typedef struct tagCREATESTRUCT { // cs  
    LPVOID    lpCreateParams; 
    HINSTANCE hInstance; 
    HMENU     hMenu; 
    HWND      hwndParent; 
    int       cy; 
    int       cx; 
    int       y; 
    int       x; 
    LONG      style; 
    LPCTSTR   lpszName; 
    LPCTSTR   lpszClass; 
    DWORD     dwExStyle; 
} CREATESTRUCT;

Я думаю здесь всё понятно.
   При коде события HCBT_DESTROYWND wParam содержит хендл уничтожаемого окна, lParam ничего не содержит. Как было уже сказано, функция обработчик вызывается до осуществления события, а следовательно когда мы в обработчике окно ещё существует и можно получить параметр уничтожаемого окна.
   Помимо указанных кодов событий ещё есть следующие:

HCBT_CLICKSKIPPED — Фильтр вызывается при удалении сообщения мыши из системной очереди сообщений, при условии, что дополнительно определен фильтр WH_MOUSE.

HCBT_KEYSKIPPED – Фильтр вызывается при удалении клавиатурного сообщения из системной очереди сообщений, при условии, что дополнительно определен фильтр WH_KEYBOARD.

HCBT_MINMAX — минимизация/максимизация окна

HCBT_MOVESIZE – окно будет перемещено либо будет изменён размер окна

HCBT_QS — Система извлекла сообщение WM_QUEUESYNC из системной очереди сообщений

HCBT_SETFOCUS – окно получило фокус ввода.

HCBT_SYSCOMMAND – будет обработана системная команда.

   Итак, хук WH_CBT мы изучили. Теперь надо подумать как вести лог. В примере прошлой статьи у нас было окно-сервер, которое принимало специальные сообщения и заносило их в лог. Как ни хвали этот метод, он всё равно имеет ограничения и не всегда приемлем. На этот раз мы используем другой более гибкий и универсальный метод. Для ведения лога мы будем использовать технику файлового мэпинга. С помощью этой техники можно создать кусок виртуальной памяти, который будет доступен нескольким процессам.
   Начнём сначала. Принцип файлового мэпинга является одним из основополагающих принципов работы с виртуальной памятью в Windows. С помощью техники файлового мэпинга можно создать область памяти, которая при нехватке физической памяти будет сбрасываться не в файл подкачки, а в какой-нибудь указанный нами файл. Таким образом, при изменении памяти, выделенной и спроецированной с помощью механизма мэпинга, содержимое файла тоже будет изменено (разумеется, не сразу). Чтобы создать файл-мэппинг объект надо использовать функцию CreateFileMapping. Её формат:

HANDLE CreateFileMapping(
    HANDLE hFile,	 
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpFileMappingAttributes, 
    DWORD flProtect,	 
    DWORD dwMaximumSizeHigh,	  
    DWORD dwMaximumSizeLow,	  
    LPCTSTR lpName 
   );

Первый параметр это хендл файла, который будет использован как файл подкачки для этой области памяти. Если хендл файла равен значению INVALID_HANDLE_VALUE, то выделенная область памяти при необходимости будет сбрасываться в файл подкачки (как и любая другая область памяти). Второй параметр это атрибуты защиты. Третий параметр задаёт параметры доступа к выделенной памяти: PAGE_READONLY — только чтение, файл в этом случае должен быть открыт как минимум с флагом GENERIC_READ; PAGE_READWRITE – чтение и запись, файл должен быть открыт как минимум с флагами GENERIC_READ и GENERIC_WRITE; PAGE_WRITECOPY – тоже самое, что и с предыдущим флагом, но все выделенные страницы помечаются как копируемые при записи. В этом случае изменения в выделенной памяти не будут отражаться на искомом файле, и в случае необходимости область памяти будет сбрасываться в файл подкачки. В общем, не будем слишком сильно заморачиваться этим флагом, лучше всего использовать флаг PAGE_READWRITE. Третий и четвёртый параметры задают максимальный размер создаваемого объекта, соответственно старшую и младшую часть. Последний параметр задаёт имя создаваемого объекта, через которое смогут обратиться к нему другие процессы.
   Для открытия имеющего файл-мэпинг объекта по имени существует функция OpenFileMapping.

HANDLE OpenFileMapping(
    DWORD dwDesiredAccess,	 
    BOOL bInheritHandle,	 
    LPCTSTR lpName 	 
   );

Первый параметр задаёт тип доступа к объекту, может принимать следующие значения: FILE_MAP_WRITE – чтение и запись, объект должен быть создан с атрибутом PAGE_READWRITE; FILE_MAP_READ – только чтение, объект должен быть создан к минимум с атрибутом PAGE_READONLY; FILE_MAP_ALL_ACCESS- тоже самое, что и FILE_MAP_WRITE; FILE_MAP_COPY – копирование при записи, объект должен быть создан с атрибутом PAGE_WRITECOPY. Второй параметр это флаг наследования. Третий параметр задаёт имя отрываемого файл-мэпинг объекта.
   Для проецирования файл-мэпинг объекта на память используется функция MapViewOfFile. Её описание:

LPVOID MapViewOfFile(
    HANDLE hFileMappingObject,	
    DWORD dwDesiredAccess,	 
    DWORD dwFileOffsetHigh, 
    DWORD dwFileOffsetLow,	 
    DWORD dwNumberOfBytesToMap 	 
   );

Первый параметр это хендл файл-мэпинг объекта. Второй параметр задаёт атрибуты доступа, требования полностью идентичны требованиям первого параметра для функции OpenFileMapping. Третий и четвёртый параметры задают начальное смещение в файле, с которого начнётся проецирование на память, соответственно старшая и младшая часть смещения. Последний параметр задаёт количество байт для проецирования на память. Функция в случае успеха возвращает указатель на выделенную память.
   Для освобождения выделенной памяти и сохранения изменений в искомый файл (если это нужно было) надо вызвать функцию UnmapViewOfFile, она принимает единственный параметр, это начальный адрес, куда был спроецирован объект.
   Итак, у нас имеется общая для всех область памяти. Мы в неё можем записывать наш лог, в конце мониторинга нам надо будет сбросить эту память в некоторый файл. Возникает вопрос: как нам узнать в какое место буфера писать. Для этого мы в первых четырёх байтах буфера будем держать переменную, в которой будет храниться текущее смещение, куда надо писать новые данные. Перед записью мы получаем смещение, записываем по этому смещению новые данные и увеличиваем нашу переменную на размер записанных данных.
   Итак, общий алгоритм известен, но возникает новая проблема. Так как процессов и окон много, возникает проблема синхронизации записи в буфер. А именно надо сделать так, чтобы записывать в лог в некоторый момент времени мог только один поток, иначе результаты будут непредсказуемыми. Эксклюзивного доступа к общим данным можно добиться, используя критические секции, но их можно использовать только для синхронизации потоков в одном процессе. Заменой критических секций в «межпроцессорном масштабе» являются объекты взаимоисключения – мьютексы. (конечно же, есть и другие варианты, но этот вариант наиболее простой).
   Мьютексы могут находиться в двух состояниях в захваченном и свободном. Также мьютексы, как и любые другие объекты в Windows, могут находиться в двух состояниях: сигнальном и несигнальном состоянии. Когда мьютекс захвачен каким-либо потоком, он находится в несигнальном состоянии, когда мьютекс свободен, он находится в сигнальном состоянии.
   Для создания мьютекса надо вызвать функцию CreateMutex, её заголовок:

HANDLE CreateMutex(
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,	 
    BOOL bInitialOwner,	 
    LPCTSTR lpName 	  
   );

Первый параметр этой функции задаёт параметры защиты объекта. Второй параметр задаёт начальное состояние мьютекса, если оно равно TRUE (-1) то начальное созданный мьютекс сразу же захватывается создающим потоком, иначе начальное состояние создаваемого мьютекса свободное. Третий параметр задаёт имя мьютекса, чтобы к созданному мьютексу могли обратиться другие процессы.
   Чтобы открыть существующий мьютекс необходимо использовать функцию OpenMutex.

HANDLE OpenMutex(
    DWORD dwDesiredAccess,	// access flag 
    BOOL bInheritHandle,	// inherit flag 
    LPCTSTR lpName 	// pointer to mutex-object name 
   );

Первый параметр задаёт флаги доступа к мьютексу, второй параметр задаёт флаг наследования, третий имя мьютекса. Первый параметр может принимать следующие значения: MUTEX_ALL_ACCESS — полный доступ, SYNCHRONIZE – только для синхронизации. (впрочем, так и непонятно чем они друг от друга отличаются)
   Если хендл мьютекса передан какой-либо ждущей функции (например, WaitForSingleObject), то эта функция проверяет его состояние, если он свободен (в сигнальном состоянии), то помечает его как занятый (переводит его в несигнальном состоянии) и возвращает управление. Если мьютекс находится в занятом состоянии (несигнальном), то она ждет, когда он перейдёт в свободное (сигнальное) состояние, либо ждёт окончания указанного интервала и только потом возвращает управление. Для освобождения мьютекса необходимо вызывать функцию ReleaseMutex, передав ей единственный параметр – хендл мьютекса.
   Допустим у нас есть некоторый код который работает с общими данными и необходим эксклюзивный доступ к ним, шаблон кода будет таким:

WaitForSingleObject(MutexHandle,INFINITE);
//код работающий с общими данными
ReleaseMutex(MutexHandle);

   Итак, все знания необходимые для написания монитора окон мы получили, настало время написать программу для мониторинга окон. Сначала приведу код DLL который устанавливает и снимает хук:

procedure SetKeyHook; stdcall; export;
begin
  if HookHandle=0 then
   begin
    HookHandle:=SetWindowsHookEx(WH_CBT, @CBTHook, hInstance, 0);
    FileMappingHandle :=OpenFileMapping(FILE_MAP_WRITE, false, FileMappingName);
    SharedBuffer :=MapViewOfFile(FileMappingHandle, FILE_MAP_WRITE, 0,0, MaxBufferSize);
    SyncMutexHandle :=OpenMutex(SYNCHRONIZE,False,MutexName);
   end;
end;

procedure DelKeyHook; stdcall; export;
begin
  if HookHandle  0 then
   begin
    UnhookWindowsHookEx(HookHandle);
    HookHandle:=0;
    UnmapViewOfFile(SharedBuffer);
    CloseHandle(FileMappingHandle);
    CloseHandle(SyncMutexHandle);
    FileMappingHandle:=0;
   end; 
end;

Проблем с этим кодом быть не должно: при установке хука мы открываем нужные нам объекты и проецируем в нашу память общий буфер. Далее приведён код функции фильтра.

function CBTHook(CODE, WParam, LParam: DWORD): DWORD; stdcall;
var
  ServerWnd: THandle;
  CurrentOffsetInBuffer:DWORD;
  CurrentPointer:pointer;
  NewStr:string;
  WindowName:array[0..MAX_PATH-1] of char;
begin
  Result:=CallNextHookEx(HookHandle, CODE, WParam, LParam);
  case CODE of
   HCBT_ACTIVATE:
    begin
     GetWindowText(WParam,@WindowName,MAX_PATH);
     if WindowName='' then exit;
     NewStr:='Window activated at '+GetTime;
     NewStr:=NewStr+'. Window name '+WindowName+#13#10;
    end;
   HCBT_CREATEWND:
    begin
     if PCBTCreateWnd(LParam)^.lpcs^.hwndParent0 then exit;
     NewStr:='Window created at ' +GetTime;
     if PCBTCreateWnd(LParam)^.lpcs^.lpszNamenil then
      NewStr:=NewStr +'. Window name '+ PCBTCreateWnd(LParam)^.lpcs^.lpszName +#13#10
                                                   else
      NewStr:=NewStr+#13#10;
    end;
   HCBT_DESTROYWND:
    begin
     GetWindowText(WParam, @WindowName,MAX_PATH);
     if WindowName='' then exit;
     NewStr:='Window destoyed at '+GetTime;
     NewStr:=NewStr+'. Window name '+ WindowName+#13#10;
    end;
  end;
  WaitForSingleObject(SyncMutexHandle,INFINITE);
  CurrentOffsetInBuffer:=DWORD(SharedBuffer^);
  CurrentPointer :=pointer(DWORD(SharedBuffer) + CurrentOffsetInBuffer);
  CopyMemory(CurrentPointer,PChar(NewStr),length(NewStr));
  DWORD(SharedBuffer^):=CurrentOffsetInBuffer+length(NewStr);
  ReleaseMutex(SyncMutexHandle); 
end;

В начале мы сразу же вызываем следующий обработчик в цепочке обработчиков. Потом обрабатываем данные в зависимости от типа события. В событии HCBT_CREATEWND мы поучаем имя окна из структуры PCBTCreateWnd на которую указывает параметр lParam, в остальных двух случаях мы получаем имя окна, используя её хендл который находится в параметре wParam. В событии HCBT_CREATEWND мы получаем имя окна только в том случае если оно главное, т.е. не имеет родителя, в остальных двух случаях мы производим обработку только в случае, если имя окна не является пустой строкой. После того как мы получили строку нам необходимо её добавить в буфер. Добавление производится между вызовами функций WaitForSingleObject и ReleaseMutex чтобы обновление мог производить только один поток одновременно.
   Осталось написать приложение сервер, которое будет запускать и останавливать мониторинг.

procedure RunHook;
begin  FileMappingHandle :=CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE, 0, PAGE_READWRITE, 0, MaxBufferSize,FileMappingName);
  SharedBuffer :=MapViewOfFile(FileMappingHandle, FILE_MAP_WRITE, 0, 0, MaxBufferSize);
  ZeroMemory(SharedBuffer,MaxBufferSize);
  DWORD(SharedBuffer^):=4;
  SyncMutexHandle:=CreateMutex(0,false,MutexName);
  SetKeyHook;  
end;

procedure StopHook;
begin
  DelKeyHook;
  DumpBuffer;
  UnmapViewOfFile(SharedBuffer);
  CloseHandle(FileMappingHandle);
  CloseHandle(SyncMutexHandle);
end;

procedure DumpBuffer;
var
  FH:THandle;
  _WR:DWORD;
  _Buff:pointer;
begin
  _Buff:=pointer(DWORD(SharedBuffer)+4);
  FH :=CreateFile(LogFileName,GENERIC_WRITE or GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, 0, OPEN_ALWAYS,0,0);
  SetFilePointer(FH,0,0,FILE_END);
  WriteFile(FH, _Buff^, lstrlen(_Buff),_WR,0);
  CloseHandle(FH);
  ZeroMemory(SharedBuffer, MaxBufferSize);
end;

Я думаю, ничего сложного в этом коде нет. Функция DumpBuffer скидывает содержимое буфера в файл. При создании объекта файлового мэпинга мы не указываем никакого файла. Сразу возникает вопрос: почему? Смысл в том, что размера выделяемого буфера может не хватить и придётся его время от времени сбрасывать в файл, а если выделять сразу большой буфер, то хук станет слишком ресурсоёмким. Хотя в данном примере не реализован сброс буфера в файл при нехватке места в буфере, об этом нельзя забывать и это надо будет обязательно реализовать в своих программах.
   Полный код примера к находится в архиве прилагающемуся к этой статье. Пример, не претендует на звание самого лучшего и является всего лишь шаблоном для написания программ для мониторинга окон.

Скачать пример-исходник к статье