- •WINDOWS
- •Джеффри Рихтер
- •ЧАCTЬ I МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОБЯЗАТЕЛЬНОГО ЧТЕНИЯ
- •ГЛАВА 1. Обработка ошибок
- •Вы тоже можете это сделать
- •Программа-пример ErrorShow
- •ГЛАВА 2 Unicode
- •Наборы символов
- •Одно- и двухбайтовые наборы символов
- •Unicode: набор широких символов
- •Почему Unicode?
- •Windows 2000 и Unicode
- •Windows 98 и Unicode
- •Windows CE и Unicode
- •В чью пользу счет?
- •Unicode и СОМ
- •Как писать программу с использованием Unicode
- •Unicode и библиотека С
- •Типы данных, определенные в Windows для Unicode
- •Unicode- и ANSI-функции в Windows
- •Строковые функции Windows
- •Ресурсы
- •Текстовые файлы
- •Перекодировка строк из Unicode в ANSI и обратно
- •ГЛАВА 3 Объекты ядра
- •Что такое объект ядра
- •Учет пользователей объектов ядра
- •Защита
- •Таблица описателей объектов ядра
- •Создание объекта ядра
- •Закрытие объекта ядра
- •Совместное использование объектов ядра несколькими процессами
- •Наследование описателя объекта
- •Изменение флагов описателя
- •Именованные объекты
- •Пространства имен Terminal Server
- •Дублирование описателей объектов
- •ЧАСТЬ II НАЧИНАЕМ РАБОТАТЬ
- •ГЛАВА 4 Процессы
- •Ваше первое Windows-приложение
- •Описатель экземпляра процесса
- •Описатель предыдущего экземпляра процесса
- •Командная строка процесса
- •Переменные окружения
- •Привязка к процессорам
- •Режим обработки ошибок
- •Текущие диск и каталог для процесса
- •Текущие каталоги для процесса
- •Определение версии системы
- •Функция CreateProcess
- •Параметры pszApplicationName и pszCommandLine
- •Параметры psaProcess, psaThread и blnheritHandles
- •Параметр fdwCreate
- •Параметр pvEnvironment
- •Параметр pszCurDir
- •Параметр psiStartlnfo
- •Параметр ppiProclnfo
- •Завершение процесса
- •Возврат управления входной функцией первичного потока
- •Функция ExitProcess
- •Функция TerminateProcess
- •Когда все потоки процесса уходят
- •Что происходит при завершении процесса
- •Дочерние процессы
- •Запуск обособленных дочерних процессов
- •Перечисление процессов, выполняемых в системе
- •Программа-пример Processlnfo
- •ГЛАВА 5 Задания
- •Определение ограничений, налагаемых на процессы в задании
- •Включение процесса в задание
- •Завершение всех процессов в задании
- •Получение статистической информации о задании
- •Уведомления заданий
- •Программа-пример JobLab
- •ГЛАВА 6 Базовые сведения о потоках
- •В каких случаях потоки создаются
- •И в каких случаях потоки не создаются
- •Ваша первая функция потока
- •Функция CreateThread
- •Параметр psa
- •Параметр cbStack
- •Параметры pfnStartAddr и pvParam
- •Параметр fdwCreate
- •Параметр pdwThreadlD
- •Завершение потока
- •Возврат управления функцией потока
- •Функция ExitThread
- •Функция TerminateThread
- •Если завершается процесс
- •Что происходит при завершении потока
- •Кое-что о внутреннем устройстве потока
- •Некоторые соображения по библиотеке С/С++
- •Ой, вместо _beginthreadex я по ошибке вызвал CreateThread
- •Библиотечные функции, которые лучше не вызывать
- •Как узнать о себе
- •Преобразование псевдоописателя в настоящий описатель
- •ГЛАВА 7 Планирование потоков, приоритет и привязка к процессорам
- •Приостановка и возобновление потоков
- •Приостановка и возобновление процессов
- •Функция Sleep
- •Переключение потоков
- •Определение периодов выполнения потока
- •Структура CONTEXT
- •Приоритеты потоков
- •Абстрагирование приоритетов
- •Программирование приоритетов
- •Динамическое изменение уровня приоритета потока
- •Подстройка планировщика для активного процесса
- •Программа-пример Scheduling Lab
- •Привязка потоков к процессорам
- •ГЛАВА 8 Синхронизация потоков в пользовательском режиме
- •Кэш-линии
- •Более сложные методы синхронизации потоков
- •Худшее, что можно сделать
- •Критические секции
- •Критические секции: важное дополнение
- •Критические секции и спин-блокировка
- •Критические секции и обработка ошибок
- •Несколько полезных приемов
- •Не занимайте критические секции надолго
- •ГЛАВА 9 Синхронизация потоков с использованием объектов ядра
- •Wait-функции
- •Побочные эффекты успешного ожидания
- •События
- •Программа-пример Handshake
- •Ожидаемые таймеры
- •Ожидаемые таймеры и АРС-очередь
- •И еще кое-что о таймерах
- •Семафоры
- •Мьютексы
- •Отказ от объекта-мьютекса
- •Мьютексы и критические секции
- •Программа-пример Queue
- •Сводная таблица объектов, используемых для синхронизации потоков
- •Другие функции, применяемые в синхронизации потоков
- •Асинхронный ввод-вывод на устройствах
- •Функция WaitForlnputldle
- •Функция MsgWaitForMultipleObjects(Ex)
- •Функция WaitForDebugEvent
- •Функция SignalObjectAndWait
- •ГЛАВА 10 Полезные средства для синхронизации потоков
- •Реализация критической секции: объект-оптекс
- •Программа-пример Optex
- •Создание инверсных семафоров и типов данных, безопасных в многопоточной среде
- •Программа-пример lnterlockedType
- •Синхронизация в сценарии "один писатель/группа читателей"
- •Программа-пример SWMRG
- •Реализация функции WaitForMultipleExpressions
- •Программа-пример WaitForMultExp
- •ГЛАВА 11 Пулы потоков
- •Сценарий 1: асинхронный вызов функций
- •Сценарий 2: вызов функций через определенные интервалы времени
- •Программа-пример TimedMsgBox
- •Сценарий 3: вызов функций при освобождении отдельных объектов ядра
- •Сценарий 4; вызов функций по завершении запросов на асинхронный ввод-вывод
- •ГЛАВА 12 Волокна
- •Работа с волокнами
- •Программа-пример Counter
- •ЧАСТЬ III УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ
- •Виртуальное адресное пространство процесса
- •Как адресное пространство разбивается на разделы
- •Увеличение раздела для кода и данных пользовательского режима до 3 Гб на процессорах x86 (только Windows 2000)
- •Закрытый раздел размером 64 Кб (только Windows 2000)
- •Раздел для общих MMF (только Windows 98)
- •Регионы в адресном пространстве
- •Передача региону физической памяти
- •Физическая память и страничный файл
- •Физическая память в страничном файле не хранится
- •Атрибуты защиты
- •Защита типа «копирование при записи»
- •Специальные флаги атрибутов защиты
- •Подводя итоги
- •Блоки внутри регионов
- •Особенности адресного пространства в Windows 98
- •Выравнивание данных
- •ГЛАВА 14 Исследование виртуальной памяти
- •Системная информация
- •Программа-пример Syslnfo
- •Статус виртуальной памяти
- •Программа-пример VMStat
- •Определение состояния адресного пространства
- •Функция VMQuery
- •Программа-пример VMMap
- •ГЛАВА 15 Использование виртуальной памяти в приложениях
- •Резервирование региона в адресном пространстве
- •Передача памяти зарезервированному региону
- •Резервирование региона с одновременной передачей физической памяти
- •В какой момент региону передают физическую память
- •Возврат физической памяти и освобождение региона
- •В какой момент физическую память возвращают системе
- •Программа-пример VMAIloc
- •Изменение атрибутов защиты
- •Сброс содержимого физической памяти
- •Программа-пример MemReset
- •Механизм Address Windowing Extensions (только Windows 2000)
- •Программа-пример AWE
- •ГЛАВА 16 Стек потока
- •Стек потока в Windows 98
- •Функция из библиотеки С/С++ для контроля стека
- •Программа-пример Summation
- •ГЛАВА 17 Проецируемые в память файлы
- •Проецирование в память EXE- и DLL-файлов
- •Статические данные не разделяются несколькими экземплярами EXE или DLL
- •Программа-пример Applnst
- •Файлы данных, проецируемые в память
- •Метод 1: один файл, один буфер
- •Метод 2: два файла, один буфер
- •Метод 3: один файл, два буфера
- •Метод 4: один файл и никаких буферов
- •Использование проецируемых в память файлов
- •Этап1: создание или открытие объекта ядра «файл»
- •Этап 2: создание объекта ядра «проекция файла»
- •Этап 3: проецирование файловых данных на адресное пространство процесса
- •Этап 4: отключение файла данных от адресного пространства процесса
- •Этапы 5 и 6: закрытие объектов «проекция файла» и «файл»
- •Программа-пример FileRev
- •Обработка больших файлов
- •Проецируемые файлы и когерентность
- •Базовый адрес файла, проецируемого в память
- •Особенности проецирования файлов на разных платформах
- •Совместный доступ процессов к данным через механизм проецирования
- •Файлы, проецируемые на физическую память из страничного файла
- •Программа-пример MMFShare
- •Частичная передача физической памяти проецируемым файлам
- •Программа-пример MMFSparse
- •ГЛАВА 18 Динамически распределяемая память
- •Стандартная куча процесса
- •Дополнительные кучи в процессе
- •Защита компонентов
- •Более эффективное управление памятью
- •Локальный доступ
- •Исключение издержек, связанных с синхронизацией потоков
- •Быстрое освобождение всей памяти в куче
- •Создание дополнительной кучи
- •Выделение блока памяти из кучи
- •Изменение размера блока
- •Определение размера блока
- •Освобождение блока
- •Уничтожение кучи
- •Использование куч в программах на С++
- •Другие функции управления кучами
- •ЧАСТЬ IV ДИНАМИЧЕСКИ ПОДКЛЮЧАЕМЫЕ БИБЛИОТЕКИ
- •ГЛАВА 19 DLL: основы
- •DLL и адресное пространство процесса
- •Общая картина
- •Создание DLL-модуля
- •Что такое экспорт
- •Создание DLL для использования с другими средствами разработки (отличными от Visual C++)
- •Создание ЕХЕ-модуля
- •Что такое импорт
- •Выполнение ЕХЕ-модуля
- •ГЛАВА 20 DLL: более сложные методы программирования
- •Явная загрузка DLL и связывание идентификаторов
- •Явная загрузка DLL
- •Явная выгрузка DLL
- •Явное подключение экспортируемого идентификатора
- •Функция входа/выхода
- •Уведомление DLL_PROCESS_ATTACH
- •Уведомление DLL_PROCESS_DETACH
- •Уведомление DLL_THREAD_ATTACH
- •Уведомление DLL_THREAD_DETACH
- •Как система упорядочивает вызовы DIIMain
- •Функция DllMain и библиотека С/С++
- •Отложенная загрузка DLL
- •Программа-пример DelayLoadApp
- •Переадресация вызовов функций
- •Известные DLL
- •Перенаправление DLL
- •Модификация базовых адресов модулей
- •Связывание модулей
- •ГЛАВА 21 Локальная память потока
- •Динамическая локальная память потока
- •Использование динамической TLS
- •Статическая локальная память потока
- •Пример внедрения DLL
- •Внедрение DLL c использованием реестра
- •Внедрение DLL с помощью ловушек
- •Утилита для сохранения позиций элементов на рабочем столе
- •Внедрение DLL с помощью удаленных потоков
- •Программа-пример lnjLib
- •Библиотека lmgWalk.dll
- •Внедрение троянской DLL
- •Внедрение DLL как отладчика
- •Внедрение кода в среде Windows 98 через проецируемый в память файл
- •Внедрение кода через функцию CreateProcess
- •Перехват API-вызовов: пример
- •Перехват API-вызовов подменой кода
- •Перехват API-вызовов с использованием раздела импорта
- •Программа-пример LastMsgBoxlnfo
- •ЧАСТЬ V СТРУКТУРНАЯ ОБРАБОТКА ИСКЛЮЧЕНИЙ
- •ГЛАВА 23 Обработчики завершения
- •Примеры использования обработчиков завершения
- •Funcenstein1
- •Funcenstein2
- •Funcenstein3
- •Funcfurter1
- •Проверьте себя: FuncaDoodleDoo
- •Funcenstein4
- •Funcarama1
- •Funcarama2
- •Funcarama3
- •Funcarama4: последний рубеж
- •И еще о блоке finally
- •Funcfurter2
- •Программа-пример SEHTerm
- •ГЛАВА 24 Фильтры и обработчики исключений
- •Примеры использования фильтров и обработчиков исключений
- •Funcmeister1
- •Funcmeister2
- •EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER
- •Некоторые полезные примеры
- •Глобальная раскрутка
- •Остановка глобальной раскрутки
- •EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION
- •Будьте осторожны с EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION
- •EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH
- •Функция GetExceptionCode
- •Функция GetExceptionlnformation
- •Программные исключения
- •ГЛАВА 25 Необработанные исключения и исключения С++
- •Отладка по запросу
- •Отключение вывода сообщений об исключении
- •Принудительное завершение процесса
- •Создание оболочки вокруг функции потока
- •Создание оболочки вокруг всех функций потоков
- •Автоматический вызов отладчика
- •Явный вызов функции UnhandledExceptionFilter
- •Функция UnhandledExceptionFilter изнутри
- •Исключения и отладчик
- •Программа-пример Spreadsheet
- •Исключения С++ и структурные исключения
- •Перехват структурных исключений в С++
- •ЧАСТЬ VI ОПЕРАЦИИ С ОКНАМИ
- •ГЛАВА 26 Оконные сообщения
- •Очередь сообщений потока
- •Посылка асинхронных сообщений в очередь потока
- •Посылка синхронных сообщений окну
- •Пробуждение потока
- •Флаги состояния очереди
- •Алгоритм выборки сообщений из очереди потока
- •Пробуждение потока с использованием объектов ядра или флагов состояния очереди
- •Передача данных через сообщения
- •Программа-пример CopyData
- •ГЛАВА 27 Модель аппаратного ввода и локальное состояние ввода
- •Поток необработанного ввода
- •Локальное состояние ввода
- •Ввод с клавиатуры и фокус
- •Управление курсором мыши
- •Подключение к очередям виртуального ввода и переменным локального состояния ввода
- •Программа-пример LISLab
- •Программа-пример LISWatch
адресное пространство, общее для всех 32-разрядных приложений По карте видно, что в него загружены четыре системные DLL., и поэтому они доступны любому процессу
Выравнивание данных
Здесь мы отвлечемся от виртуального адресного пространства процесса и обсудим такую важную тему, как выравнивание данных. Кстати, выравнивание данных — не столько часть архитектуры памяти в операционной системе, сколько часть архитектуры процессора
Процессоры работают эффективнее, когда имеютдело с правильно выровненными данными. Например, значение типа WORD всегда должно начинаться с четного адреса, кратного 2, значение типа DWORD - с четного адреса, кратного 4, и т. д. При попытке считать невыровненные данные процессор сделает одно из двух: либо возбудит исключение, либо считает их в несколько приемов.
Вот фрагмент кода, обращающийся к невыровненным данным:
VOID SomeFunc(PVOID pvDataBuffer)
{
//первый байт в буфере содержит значение типа BYTE char с = * (PBYTE) pvDataBuffer;
//увеличиваем указатель для перехода за этот байт pvDataBuffer = (PVOID)((PBYTE) pvDataBuffer + 1);
//байты 2-5 в буфере содержат значение типа DWORD
DWORD dw = * (DWORD *) pvDataBuffer;
//на процессорах Alpha предыдущая строка приведет к исключению
//из-за некорректного выравнивания данных
...
}
Очевидно, что быстродействие программы снизится, если процессору придется обращаться к памяти в несколько приемов В лучшем случае система потратит на доступ к невыровненному значению в 2 раза больше времени, чем на доступ к выров-
ненному! Так что, если Вы хотите оптимизировать работу своей программы, позаботьтесь о правильном выравнивании данных.
Рассмотрим, как справляется с выравниванием данных процессор типа x86. Такой процессор в регистре EFLAGS содержит специальный битовый флаг, называемый флагом AC (alignment check). По умолчанию, при первой подаче питания на процессор он сброшен Когда этот флаг равен 0, процессор автоматически выполняет инструкции, необходимые для успешного доступа к невыровненным данным. Однако, если этот флаг установлен (равен 1), то при каждой попытке доступа к невыровненным данным процессор инициирует прерывание INT 17h. Версия Windows 2000 для процессоров типа x86 и Windows 98 никогда не изменяют этот битовый флаг процессора. Поэтому в
программе, работающей на процессоре типа x86, исключения, связанные с попыткой доступа к невыровненным данным, никогда не возникают.
Теперь обратим внимание на процессор Alpha. Он не умеет оперировать с невыровненными данными. Когда происходит попытка доступа к таким данным, этот процессор уведомляет операционную систему. Далее Windows 2000 решает, что делать — генерировать соответствующее исключение или самой устранить возникшую проблему, выдав процессору дополнительные инструкции. По умолчанию Windows 2000, установленная на компьютере с процессором Alpha, сама исправляет все ошибки обращения к невыровненным данным. Однако Вы можете изменить ее поведение. При загрузке Windows 2000 проверяет раздел реестра:
HKEY_LOCAL_MACHINE\CurrentControlSet\Control\Session Manager
В этом разделе может присутствовать параметр EnableAlignmentFaultExceptions Если его нет (что чаще всего и бывает), Windows 2000 сама исправляет ошибки, связанные с доступом к невыровненным данным. Но, если он есть, система учитывает сго значение При его нулевом значении система действует так же, как и в отсутствие этого параметра. Если же он равен 1, система нс исправляет такие ошибки, а генерирует исключения. Никогда не модифицируйте этот параметр в реестре бсз особой необходимости, потому что иначе некоторые приложения будут вызывать исключения из-за доступа к невыровненным данным и аварийно завершаться.
Чтобы упростить изменение этого параметра реестра, с Microsoft Visual C++ для платформы Alpha поставляется утилита AXPAlign.exe. Она используется так, как показано ниже.
Alpha AXP alignment fault exception control Usage axpalign [option]
Options:
/enable to enable alignment fault exceptions /disable to disable alignment fault exceptions.
/show to display the current alignment exception setting Enable alignment fault exceptions.
В этом режиме любое обращение к невыровненным данным приведет к исключению Приложение может быть закрыто. В своем коде Вы можете найти источник ошибок, связанных с выравниванием данных, с помощью отладчика. Действие этого параметра распространяется на все выполняемые процессы, и использовать его следует с осторожностью, так как в старых приложениях могут возникать необрабатываемые ими исключения.
Заметьте, что SetErrorMode(SEM_HOALIGNMENTFAULTEXCEPT) позволяет подавить генерацию таких исключений даже в этом режиме.
Disable alignment fault exceptions
Этот режим действует no умолчанию в Windows NT for Alpha AXP версий 3.1 и 3.5 Операционная система сама исправляет любые ошибки связанные с доступом к
невыровненным данным (если таковые ошибки возникают) и приложения или отладчики их не замечают Если программа часто обращается к невыровненным данным производительность ситемы может заметно снизиться Для наблюдения за частотой появлония таких ошибок можно использокать Perfmon или wperf
Эта утилита просто модифицирует нужный параметр реестра или показывает его текущее значение Изменив значение этого параметра, перезагрузие компьютер, чтобы изменения вступили в силу
Но, даже не пользуясь утилитой AXPAhgn, Вы все равно можете заставить систему молча исправлять ошибки обращения к невыровненным данным во всех потоках Вашего процесса Для этого один из потоков должен вызвать функцию SetErrorMode
UINT SetErrorMode(UINT fuErrorMode);
В данном случае Вам нужен флаг SEM_NOAUGNMENTFAULTEXCEPT Когда он установлен, система автоматически исправляет ошибки обращения к невыровненным данным, а когда он сброшен, система вместо этого генерирует соответствующие исключения Заметье, чю изменение этого флага влияет на потоки только того про цесса, из которого была вызвана функция SetErrorMode Иначе говоря, его модификация не отражается на потоках других процессов Также учтите, что любые флаги режимов обработки ошибок наследуются всеми дочерними процессами Поэтому перед вызовом функции CreateProcess Вам может понадобиться временно сбросить этот флаг
SetErrorMode можно вызывать с флагом SEM_NOALIGNMENTFAULTEXCEPT
независимо от того, на какой платформе выполняется Ваше приложение Но результаты ее вызова не всегда одинаковы На платформе x86 сбросить этот флаг просто нельзя, а на платформе Alpha его разрешается сбросить, только если параметр
EnableAlignmentFaultExceptions в реестре равен 1
Для наблюдения за частотой возникновения ошибок, связанных с доступом к невыровненным данным, в Windows 2000 можно использовать Performance Monitor, подключаемый к MMC На следующей иллюстрации показано диалишвое окно Add Counters, которое позволяет добавить нужный показатель в Performance Monitor
Этот показатель сообщает, сколько раз в секунду процессор уведомляет операци онную систему о доступе к невыровненным данным. На компьютере с процессором типа x86 он всегда равен 0 Это связано с тем, что такой процессор сам справляется с проблемами обращения к невыровненным данным и не уведомляет об этом операционную систему А поскольку он обходится без помощи со стороны операционной системы, падение производительности при частом доступе к невыровненным данным не столь значительно, как на процессорах, требующих с той же целью участия операционной системы
Как видите, простого вызова SetErrorMode вполне достаточно для того, чтобы Ваше приложение работало корректно. Но это решение явно не самое эффективное Так, в
AlphaArchitectureReferenceManual, опубликованном Digital Рress, утверждается, что системный код, автоматически устраняющий ошибки обращения к невыровненным данным, может снизить быстродействие в 100 раз! Издержки слишком велики К счастью, есть более эффективное решение этой проблемы.
Компилятор Microsoft С/С++ для процессоров Alpha поддерживает ключевое слово _unaligned Этот модификатор используется так же, как const или volatile, но применим лишь для переменных-указателей Когда Вы обращаетесь к данным через невыровненный указатель (unahgned pointer), компилятор генерирует код, исходя из того, что данные скорее всего не выровнены, и вставляет дополнительные машинные инструкции, необходимые для доступа к таким данным. Ниже показан тот же фрагмент кода, что и в начале раздела, но с использованием ключевого слова _unaligned
VOID SomeFunc(PVOID pvDataBuffer)
{
//первый байт в буфере содержит значение типа BYTE char с = * (PBYTE} pvDataBuffer;
//увеличиваем указатель для перехода за этот байт pvDataBuffer = (PVOID)((PBYTE) pvDataBuffer + 1);
//байты 2-5 в буфере содержат значение типа DWORD
DWORD dw = * (__unaligned DWORD *) pvDataBuffer;
//Предыдущая строка заставит компилятор сгенерировать дополнительные
//машинные инструкции, которые позволят считать значение типа DWORD
//в несколько приемов При этом исключение из-за попытки доступа
//к невыровненным данным не возникнет
}
При компиляции следующей строки на процессоре Alpha, генерируется 7 машинных инструкций
DWORD dw = * (__unaligned DWORD *) pvDataBuffer;
IIo если я уберу ключевое слово _unaligned, то получу всего 3 машинные инструкции Как видите, модификатор _unaligned на процессорах Alpha приводт к увеличению числа генерируемых машинных инструкций более чем в 2 раза. Но инструкции, добавляемые компилятором, все равно намного эффективнее, чем перехват процессором попыток доступа к невыровненным данным и исправление таких ошибок операционной системой.