1.3 虛擬內(nèi)存訪問
每個進(jìn)程都擁有自己的虛擬地址空間，那么怎樣才能訪問這個空間呢？這就需要用到Windows API函數(shù)。這些函數(shù)直接與編寫程序相關(guān)，因而更受軟件工程師的關(guān)注。有關(guān)這方面的函數(shù)較多，這里介紹幾個重要的函數(shù)。
1.3.1 獲取系統(tǒng)信息
在一個程序中不能直接應(yīng)用某個系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)，否則將不利于程序的移植。因此，如果確實需要用到這樣的設(shè)備參數(shù)，則需要一個系統(tǒng)信息函數(shù)來獲得。VC++ 編譯器所提供這樣的函數(shù)為GetSystemInfo()。該函數(shù)需要一個指向SYSTEM_INFO結(jié)構(gòu)的指針作為參數(shù)。其原型表示為：
l
void GetSystemInfo(LPSYSTEM_INFO lpSystemInfo);
l
其中l(wèi)pSystemInfo返回LPSYSTEM_INFO結(jié)構(gòu)的地址，用于裝載適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)信息，這個結(jié)構(gòu)體定義為：
l
typedef struct _SYSTEM_INFO {
union {
DWORD dwOemId;
struct {
WORD wProcessorArchitecture;
WORD wReserved;
};
};
DWORD dwPageSize;
LPVOID lpMinimumApplicationAddress;
LPVOID lpMaximumApplicationAddress;
DWORD_PTR dwActiveProcessorMask;
DWORD dwNumberOfProcessors;
DWORD dwProcessorType;
DWORD dwAllocationGranularity;
WORD wProcessorLevel;
WORD wProcessorRevision;
} SYSTEM_INFO;
l
其中參數(shù)含義如下所述。
dwOemId：是一個過時選項，用于與Windows NT 3.5以及以前的版本兼容。
wProcessorArchitecture：指明處理的結(jié)構(gòu)，如Intel、Alpha、Intel 64位或Alpha 64位。
dwPageSize：用于顯示CPU的頁面大小。在x86 CPU上，這個值是4096字節(jié)。在Alpha CPU上，這個值是8192字節(jié)。在IA-64上，這個值是8192字節(jié)。
lpMinimumApplicationAddress：用于給出每個進(jìn)程可用地址空間的最小內(nèi)存地址。在Windows 98上，這個值是0x400000，因為每個進(jìn)程的地址空間中下面的4MB是不能使用的。在Windows 2K/XP上，這個值是0x10000，因為每個進(jìn)程的地址空間中開頭的64KB總是空閑的。
lpMaximumApplicationAddress：用于給出每個進(jìn)程可用地址空間的最大內(nèi)存地址。在Windows 98上，這個地址是0x7FFFFFFF，因為共享內(nèi)存映射文件區(qū)域和共享操作系統(tǒng)代碼包含在上面的2GB分區(qū)中。在Windows XP上，這個地址是0x7FFEFFFF。
dwActiveProcessorMask：位屏蔽，指明哪個CPU是活動的。
dwNumberOfProcessors：計算機(jī)中CPU的數(shù)目。
dwProcessorType：處理器類型。
dwAllocationGranularity：保留的地址空間區(qū)域的分配粒度。
wProcessorLevel：進(jìn)一步細(xì)分處理器的結(jié)構(gòu)。
wProcessorRevision：用于進(jìn)一步細(xì)分處理器的級別。
wReserved：保留供將來使用。
在以上參數(shù)中只有l(wèi)pMinimumApplicationAddress、lpMaximumApplicationAddress、dwPageSize和dwAllocationGranularity與內(nèi)存有關(guān)。
1.3.2 在應(yīng)用程序中使用虛擬內(nèi)存
對內(nèi)存分配可以采用不同的方法，常用的方法有：用C/C++語言的內(nèi)存分配函數(shù)，例如，用malloc() 和 free()、new 和 delete 函數(shù)分配和釋放堆內(nèi)存；用Windows傳統(tǒng)的全局或者局部內(nèi)存分配函數(shù)，如GlobalAlloc()和GlobalFree()；用Win32的堆分配函數(shù)，如HeapAlloc()和HeapFree()；用Win32的虛擬內(nèi)存分配函數(shù)，如VirtualAlloc()和VirtualFree()。注意，用不同的方法分配內(nèi)存后，要用相對應(yīng)的函數(shù)來釋放所占用的內(nèi)存。這里只介紹Win32的虛擬內(nèi)存分配函數(shù)。
在進(jìn)程創(chuàng)建之初并被賦予地址空間時，其虛擬地址空間尚未分配，處于空閑狀態(tài)。這時地址空間內(nèi)的內(nèi)存是不能使用的，必須通過VirtualAlloc()函數(shù)來分配其中的各個區(qū)域，對其進(jìn)行保留。VirtualAlloc()函數(shù)原型為：
l
LPVOID VirtualAlloc(
LPVOID lpAddress,
DWORD dwSize,
DWORD flAllocationType,
DWORD flProtect
);
l
該函數(shù)用來分配一定范圍的虛擬頁。參數(shù)1指定起始地址；參數(shù)2指定分配內(nèi)存的長度；參數(shù)3指定分配方式，取值MEM_COMMINT或者M(jìn)EM_RESERVE；參數(shù)4指定控制訪問本次分配的內(nèi)存的標(biāo)識，取值為PAGE_READONLY、PAGE_READWRITE或者PAGE_NOACCESS。
分配完成后，即在進(jìn)程的虛擬地址空間中保留了一個區(qū)域，可以對此區(qū)域中的內(nèi)存進(jìn)行保護(hù)權(quán)限許可范圍內(nèi)的訪問。當(dāng)不再需要訪問此地址空間區(qū)域時，應(yīng)釋放此區(qū)域，由VirtualFree()負(fù)責(zé)完成。其函數(shù)原型為：
l
BOOL VirtualFree(
LPVOID lpAddress,
DWORD dwSize,
DWORD dwFreeType
);
l
其中參數(shù)含義如下所述。
lpAddress：指向待釋放頁面區(qū)域的指針。如果參數(shù)dwFreeType指定了MEM_RELEASE，則lpAddress必須為頁面區(qū)域保留由VirtualAlloc()所返回的基地址。
dwSize：指定了要釋放的地址空間區(qū)域的大小，如果參數(shù)dwFreeType指定了MEM_RELEASE標(biāo)志，則將dwSize設(shè)置為0，由系統(tǒng)計算在特定內(nèi)存地址上的待釋放區(qū)域的大小。
dwFreeType：為所執(zhí)行的釋放操作的類型，其可能的取值為MEM_RELEASE和MEM_DECOMMIT，其中MEM_RELEASE標(biāo)志指明要釋放指定的保留頁面區(qū)域，MEM_DECOMMIT標(biāo)志則對指定的占用頁面區(qū)域進(jìn)行占用的解除。
如果VirtualFree()執(zhí)行完成，將回收全部范圍的已分配頁面，此后如再對這些已釋 放頁面區(qū)域內(nèi)存進(jìn)行訪問將引發(fā)內(nèi)存訪問異常。釋放后的頁面區(qū)域可供系統(tǒng)繼續(xù)分配 使用。
1.3.3 獲取虛存狀態(tài)
Windows API函數(shù)GlobalMemoryStatus()可用于檢索關(guān)于當(dāng)前內(nèi)存狀態(tài)的動態(tài)信息。在軟件的About對話框中，通常用這個函數(shù)來獲取系統(tǒng)內(nèi)存的使用情況。其函數(shù)原型為：
l
void GlobalMemoryStatus(LPMEMORYSTATUS lpmstMemStat);
l
其中l(wèi)pmstMemStat返回MEMORYSTATUS結(jié)構(gòu)的地址，這個結(jié)構(gòu)體的定義為：
l
typedef struct MEMORYSTATUS{
DWORD dwLength;
DWORD dwMemoryLoad;
DWORD dwTotalPhys;
DWORD dwAvailPhys;
DWORD dwTotalPageFile;
DWORD dwAvailPageFile;
DWORD dwTotalVirtual;
DWORD dwAvailVirtual;
} MEMORYSTATUS ,* LPMEMORYSTATUS;
l
其中參數(shù)含義如下所述。
dwLength：MEMORYSTATUS結(jié)構(gòu)大小。
dwMemoryLoad：已使用內(nèi)存所占的百分比。
dwTotalPhys：物理存儲器的總字節(jié)數(shù)。
dwAvailPhys：空閑物理存儲器的字節(jié)數(shù)。
dwTotalPageFile：頁文件包含的最大字節(jié)數(shù)。
dwAvailPageFile：用戶模式分區(qū)中空閑內(nèi)存大小。
dwTotalVirtual：用戶模式分區(qū)大小。
dwAvailVirtual：表示當(dāng)前進(jìn)程中還剩下的自由區(qū)域的總和。
在調(diào)用GlobalMemoryStatus()之前，必須將dwLength成員初始化為用字節(jié)表示的結(jié)構(gòu)的大小，即一個MEMORYSTATUS結(jié)構(gòu)的大小。這個初始化操作使得Microsoft能夠在新版本W(wǎng)indows系統(tǒng)中將新成員添加到這個結(jié)構(gòu)中，而不會破壞現(xiàn)有的應(yīng)用程序。當(dāng)調(diào)用GlobalMemoryStatus()時，它將對該結(jié)構(gòu)的其余成員進(jìn)行初始化并返回。
如果某個應(yīng)用程序在內(nèi)存大于4GB的計算機(jī)上運行，或者合計交換文件的大小大于4GB，那么可以使用新的GlobalMemoryStatusEx()函數(shù)。其函數(shù)的原型為：
l
BOOL GlobalMemoryStatusEx(MEMORYSTATUSEX &mst);
l
其中mst返回MEMORYSTATUSEX結(jié)構(gòu)的填充信息，該結(jié)構(gòu)體與原先的MEMORYSTATUS結(jié)構(gòu)基本相同，差別在于新結(jié)構(gòu)的所有成員的大小都是64位寬，因此它的值可以大于4 GB。
1.3.4 確定虛擬地址空間的狀態(tài)
對內(nèi)存的管理除了對當(dāng)前內(nèi)存的使用狀態(tài)信息進(jìn)行獲取外，還經(jīng)常需要獲取有關(guān)進(jìn)程的虛擬地址空間的狀態(tài)信息。例如，如何得到一個進(jìn)程已提交的頁面范圍？這就要用到兩個 API函數(shù)VirtualQuery()或VirtualQueryEx()來進(jìn)行查詢。這兩個函數(shù)的功能相似，不同就是VirtualQuery()只是查詢本進(jìn)程內(nèi)存空間信息，而VirtualQueryEx()可以查詢指定進(jìn)程的內(nèi)存空間信息。VirtualQuery()函數(shù)原型如下：
l
DWORD VirtualQuery(
LPVOID lpAddress,
PMEMORY_BASIC_INFORMATION lpBuffer,
DWORD dwLength
);
l
VirtualQueryEx()函數(shù)原型如下：
l
DWORD VirtualQueryEx(
HANDLE hProcess ,
LPCVOID lpAddress ,
PMEMORY_BASIC_INFORMATION lpBuffer ,
DWORD dwLength
);
l
其中參數(shù)含義如下所述。
hProcess：進(jìn)程的句柄。
lpAddress：想要了解其信息的虛存地址。
lpBuffer：返回MEMORY_ BASIC_INFORMATION結(jié)構(gòu)的地址。
dwLength：返回的字節(jié)數(shù)。
PWEMORY_BASIC_INFORMATION的定義如下：
l
typedef struct _MEMORY_BASIC_INFORMATION{
PVOID BaseAddress;
PVOID AllocationBase;
DWORD AllocationProtect;
DWORD RegionSize;
DWORD State;
DWORD Protect;
DWORD Type;
} MEMORY_BASIC_INFORMATION, * PMEMORY_BASIC_INFORMATION;
l
其中參數(shù)含義如下所述。
BaseAddress：被查詢內(nèi)存塊的基地址。
AllocationBase：用VirtualAlloc()分配該內(nèi)存時實際分配的基地址。
AllocationProtect：分配該頁面時，頁面的一些屬性，如PAGE_READWRITE、PAGE_EXECUTE等（其他屬性可參考 Platform SDK）。
RegionSize：從BaseAddress開始，具有相同屬性的頁面的大小。
State：頁面的狀態(tài)，有3種可能值：MEM_COMMIT、MEM_FREE和MEM_ RESERVE，這個參數(shù)是最重要的，從中可知指定內(nèi)存頁面的狀態(tài)。
Protect：頁面的屬性，它可能的取值與 AllocationProtect 相同。
Type：指明了該內(nèi)存塊的類型，有3種可能值：MEM_IMAGE、MEM_MAPPED和MEM_PRIVATE。
1.3.5 改變內(nèi)存頁面保護(hù)屬性
在進(jìn)行進(jìn)程掛鉤時，經(jīng)常要向內(nèi)存頁中寫入部分代碼，這就需要改變內(nèi)存頁的保護(hù)屬性。有幸的是Win32提供了兩個API函數(shù)VirtualProtect()和VirtualProtectEx()，它們可以對改變內(nèi)存頁保護(hù)。例如，在使用這兩個函數(shù)時，可以先按PAGE_READWRITE屬性來提交一個頁的地址，并且立即將數(shù)據(jù)填寫到該頁中，然后再把該頁的屬性改變?yōu)镻AGE_READONLY，這樣可以有效地保護(hù)數(shù)據(jù)不被該進(jìn)程中的任何其他線程重寫。在調(diào)用這兩個函數(shù)之前最好先了解有關(guān)頁面的信息，可以通過VirtualQuery()來實現(xiàn)。
VirtualProtect()與VirtualProtectEx()函數(shù)的區(qū)別在于VirtualProtect()只適用于本進(jìn)程，而VirtualProtectEx()可以適用于其他進(jìn)程。VirtualProtect()函數(shù)原型如下：
BOOL VirtualProtect(
PVOID pvAddress,
DWORD dwSize,
DWORD flNewProtect,
PDWORD pflOldProtect
);
l
VirtualProtectEx()函數(shù)原型如下：
l
BOOL VirtualProtectEx(
HANDLE hProcess,
PVOID pvAddress,
DWORD dwSize,
DWORD flNewProtect,
PDWORD pflOldProtect
);
l
其中參數(shù)的含義如下所述。
hProcess：要修改內(nèi)存的進(jìn)程句柄。
pvAddress：指向內(nèi)存的基地址（它必須位于進(jìn)程的用戶方式分區(qū)中）。
dwSize：用于指明想要改變保護(hù)屬性的字節(jié)數(shù)。
flNewProtect：代表PAGE_*保護(hù)屬性標(biāo)志中的任何一個標(biāo)志，但PAGE_ WRITECOPY和PAGE_EXECUTE_WRITECOPY這兩個標(biāo)志除外。
pflOldProtect：是DWORD大小的地址，VirtualProtect()和VirtualProtectEx()將用原先與pvAddress位置上的字節(jié)相關(guān)的保護(hù)屬性填入該地址。盡管許多應(yīng)用程序并不需要該信息，但是必須為該參數(shù)傳遞一個有效地址，否則該函數(shù)的運行將會失敗。
1.3.6 進(jìn)行一個進(jìn)程的內(nèi)存讀寫
前面已經(jīng)說明了如何獲得一個進(jìn)程的內(nèi)存屬性、如何分配內(nèi)存和如何改變內(nèi)存頁的保護(hù)屬性，其最終的目的是要對一個進(jìn)程中內(nèi)存內(nèi)容進(jìn)行讀寫。要完成此工作，需要用到兩個函數(shù)：ReadProcessMemory() 和WriteProcessMemory()，這兩個函數(shù)非常有用。如果知道了一個進(jìn)程的句柄和內(nèi)存地址，就可以用ReadProcessMemory()函數(shù)來得到該進(jìn)程和該地址中的內(nèi)容，此函數(shù)的原型為：
l
BOOL ReadProcessMemory(
HANDLE hProcess,
LPCVOID lpBaseAddress,
LPVOID lpBuffer,
DWORD nSize,
LPDWORD lpNumberOfBytesRead
);
l
其中hProcess為要讀入的進(jìn)程句柄，lpBaseAddress為讀內(nèi)存的起始地址，lpBuffer為讀入數(shù)據(jù)的地址，nSize為要讀入的字節(jié)數(shù)，lpNumberOfBytesRead為實際讀入的字 節(jié)數(shù)。
同樣，如果知道了一個進(jìn)程的句柄和內(nèi)存地址，可以用WriteProcessMemory()函數(shù)向該進(jìn)程和該地址中寫入新的內(nèi)容，這個函數(shù)的原型為：
l
BOOL WriteProcessMemory(
HANDLE hProcess,
LPVOID lpBaseAddress,
LPVOID lpBuffer,
DWORD nSize,
LPDWORD lpNumberOfBytesWritten
);
l
其中參數(shù)hProcess為要寫入的進(jìn)程句柄，lpBaseAddress為寫內(nèi)存的起始地址，lpBuffer為寫入數(shù)據(jù)的地址，nSize為要寫入的字節(jié)數(shù)，lpNumberOfBytesWritten為實際寫入的字節(jié)數(shù)。