windows消息机制详解

sandalwood

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前言

windows是一个消息驱动的系统，windows的消息提供了应用程序之间、应用程序与windows 系统之间进行通信的手段。要想深入理解windows，消息机制的知识是必不可少的。

基础

进程接收来自于鼠标、键盘等其他消息都是通过消息队列进行传输的

常规模式下，有一个专用的进程来接收这些消息，然后再插入某个进程的消息队列，但是这样的话会涉及到频繁的进程间的通信，效率很差

windows为了解决这一问题，因为高2G的内核空间每个进程都是共用的，所以微软想到把消息的接收放到了0环，使用GUI线程

<1> 当线程刚创建的时候，都是普通线程，指向的是SSDT表

Thread.ServiceTable-> KeServiceDescriptorTable

<2> 当线程第一次调用Win32k.sys时，会调用一个函数：PsConvertToGuiThread，我们知道在3环进0环的过程中会取得一个调用号，当调用号在100以下的时候，在ntosknl.exe里面，当调用号大于100则是图形处理函数，调用Win32k.sys

如果是一个GUI线程，win32Thread指向的就是THREADINFO结构，如果是普通线程，这里就是一个空指针

主要做几件事：

a. 扩充内核栈，必须换成64KB的大内核栈，因为普通内核栈只有12KB大小。

b.创建一个包含消息队列的结构体，并挂到KTHREAD上。对应的就是MessageQueue属性

c.Thread.ServiceTable-> KeServiceDescriptorTableShadow，把Thread.ServiceTable指向SSDTShadow表，这个表既包含了SSDT表里面的函数，又包含了win32k.sys里面的图形函数

d.把需要的内存数据映射到本进程空间

总结：

<1> 消息队列存储在0环,通过KTHREAD.Win32Thread可以找到

<2> 并不是所有线程都要消息队列，只有GUI线程才有消息队列

<3> 一个GUI线程对应1个消息队列

窗口与线程

我们知道创建windows窗口使用的是CreateWindow，而这个函数底层调用的是CreateWindowExA和CreateWindowExW，我们逆向分析一下CreateWindowExW

首先调用CreateWindowEx

然后调用VerNtUserCreateWindowEx

再调用NtUserCreateWindowEx

通过NtUserCreateWindowEx进入0环

windows窗口都在0环有一个结构体，就是WINDOW_OBJECT，pti即窗口对象指向的线程。一个线程可以对应多个窗口，但是在同一个程序里面多个窗口只能对应一个线程

总结

1、窗口是在0环创建的

2、窗口句柄是全局的

3、一个线程可以用多个窗口，但每个窗口只能属于一个线程

一个GUI线程只有一个消息队列，一个线程可以有很多个窗口，一个线程中所有的窗口共享同一个消息队列

消息的接收

首先在3环创建窗口和窗口类的对象，对应0环的_WINDOW_OBJECT结构

消息队列的结构

<1> SentMessagesListHead //接到SendMessage发来的消息

<2> PostedMessagesListHead //接到PostMessage发来的消息

<3> HardwareMessagesListHead //接到鼠标、键盘的消息

如果要取所有队列的消息，则第二个参数设置为NULL，后两个参数全部设置为0

GetMessage的主要功能：循环判断是否有该窗口的消息，如果有，将消息存储到MSG指定的结构，并将消息从列表中删除。

GetMessage(  LPMSG lpMsg,  //返回从队列中摘下来的消息

  HWND hWnd,  //过滤条件一：发个这个窗口的消息

  UNIT wMsgFilterMin, //过滤条件

  UNIT wMsgFilterMax //过滤条件

);

使用GetMessage()获取信息，另外一个程序利用SendMessage发送给窗口，这里GetMessage会接收到消息并直接处理

NtUserGetMessage

User32!GetMessage 调用 w32k!NtUserGetMessage

do

{

//先判断SentMessagesListHead是否有消息 如果有处理掉

do

{

  ....

  KeUserModeCallback(USER32_CALLBACK_WINDOWPROC,

                               Arguments,

                               ArgumentLength,

                               &ResultPointer,

                               &ResultLength);

  ....

}while(SentMessagesListHead != NULL)

//以此判断其他的6个队列，里面如果有消息 返回  没有继续

}while(其他队列!=NULL)

SendMessage/PostMessage

SendMessage为同步，PostMessage为异步，GetMessage只处理第一个链表即SentMessagesListHead里面的消息

当一个程序利用SendMessage向另外一个程序发送消息时，另外一个程序会用GetMessage接收，这个过程GetMessage会在0环的SentMessagesListHead链表里面搜索是否存在SendMessage，如果存在SendMessage，GetMessage就会在两个程序的共享内存里面向发送消息的程序发送一个结果，在这个过程中，发送消息的程序是一直处于等待状态的，只有接收到返回的消息才会结束，这称为同步

如果利用PostMessage发送消息，处于第二个链表里面，GetMessage不会处理，而程序发完消息之后也会立即结束，不会有等待的过程，这成为异步，如果要处理，使用DispatchMessage()处理

MSG msg;

while(GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))

{

    TranslateMessage(&msg);

    DispatchMessage(&msg);

}

消息的分发

这里如果只有GetMessage的话，关闭窗口是关闭不了的

DispatchMessage

User32!DispatchMessage 调用 w32k!NtUserDispatchMessage

<1> 根据窗口句柄找到窗口对象

<2> 根据窗口对象得到窗口过程函数，由0环发起调用

如果使用DispatchMessage分发消息，根据窗口句柄调用相关的窗口过程，即可关闭

因为很多个消息共用一个消息队列，所以通过GetMessage取出消息之后，需要用DispatchMessage进行消息的分发

DispatchMessage通过GetMessage取出的句柄，进入0环找到Window_Object对象，再找到对应的窗口过程调用

TranslateMessage是用来处理键盘输出的函数，定义一个函数

case WM_CHAR:

  {

   sprintf(szBuffer, "Down : %c", wParam);

   MessageBox(hwnd, szBuffer, "", 0);

   return 0;

  }

这里如果不使用TranslateMessage，则没有WM_CHAR这个消息，需要自己定义WM_KEYDOWN

case WM_KEYDOWN:

  {

   sprintf(szBuffer, "Down : %d", wParam);

   MessageBox(hwnd, szBuffer, "", 0);

   return 0;

  }

消息有很多，但是不是每个消息都需要我们自己去处理，所以与我们无关的消息就使用windows提供的DefWindowProc让微软替我们处理即可

内核回调机制

窗口过程函数除了GetMessage和DispatchMessage 能够调用，一些在0环的函数也能够直接进行调用。例如CreateWindow不向消息队列里面发送消息，而是直接调用3环提供的函数

这些消息类型可以被直接调用

这里对WM_CREATE进行修改，当创建成功的时候弹窗

这里并没有执行到GetMessage和TranslateMessage就弹窗，说明被CreateWindow调用0环函数，0环函数通过回调机制(KeUserModeCallBack)，再调用窗口过程函数

所以调用窗口过程只能是以下三种情况

<1> GetMessage()在处理SentMessagesListHead中消息时

<2> DispatchMessage()在处理其他队列中的消息时

<3> 内核代码

1、从0环调用3环函数的几种方式：

APC、异常、内核回调

2、凡是有窗口的程序就有可能0环直接调用3环的程序。回调机制中0环调用3环的的代码是函数：KeUserModeCallback

3、回到3环的落脚点：

APC：ntdll!KiUserApcDispatcher

异常：ntdll!KiUserExceptionDispatcher

KeUserModeCallback

KeUserModeCallback在0环对应NtUserDispatchMessage，调用IntDispatchMessage。通过UserGetWindowObject获得一个Window_Object类型，通过对象得到当前窗口的对应的窗口函数，然后调用co_IntCallWindowProc。

调用KeUserModeCallback，第一个值为索引，第二个值为窗口回调过程中所有有用的信息。第一个索引值， KeUserModeCallback函数的第一个参数就是索引，其实它是一个宏，有很多个对应的值

内核回调在3环的落脚点，有很多个地方，我们拿着索引去3环里面找回调函数地址表，如果索引为0，则取表里面的第一个函数，如果索引为1，则取表里面的第二个函数

    PEB+0x2C  回调函数地址表，由user32.dll提供

这里打开一个exe，通过fs:[0]找到TEB

TEB的0x30偏移为PEB

PEB的0x2C偏移即为回调地址函数表

这里通过KeUserModeCallback的第一个值，即索引找到函数之后，这个函数再去调用窗口过程函数，窗口过程函数已经通过Arguments放在了堆栈里面