Windows驅動開發學習筆記（七）—— 多核同步

• • 基礎知識
  • • 并發與同步
    • 分析 InterlockedIncrement
    • 原子操作相關API
    • 內核文件
  • 多核同步
  • • 臨界區
    • • 示例一：錯誤的臨界區
      • 示例二：正確的臨界區
    • 自旋鎖
    • 分析 KeAcquireSpinLockAtDpcLevel
    • 思考
  • 內核重載
  • • 練習

基礎知識

并發與同步

并發：指多個線程在同時執行

• 單核：各個線程分時執行，不是真正意義上的同時
• 多核：在某一時刻，會同時有多個線程在執行

同步：保證在并發執行的環境中各個線程可以有序的執行

示例：

DWORD dwVal = 0; //全局變量

某線程中的代碼：

dwVal++; //只有一行，安全嗎

對應的匯編代碼：

mov eax, [0x12345678] add eax, 1 /*若當一個線程執行完這行代碼時，發生了線程切換*另一個線程在它的時間片中執行了這三行代碼*此時，0x12345678中存儲的是4*當再次發生線程切換，回到原線程，執行第三行代碼后*0x12345678鐘存儲的理應是5*然而由于在第一次發生線程切換時，eax中存儲的是4*因此在回到原線程，執行第三行代碼后，0x12345678中存儲的仍然是4*/ mov [0x12345678], eax

解決方案：LOCK指令

將
add eax, 1
改為
LOCK add eax, 1

參考：kernel32.InterlockedIncrement

分析 InterlockedIncrement

原子操作相關API

InterlockedIncrement InterlockedExchangeAdd InterlockedDecrement InterlockedFlushSList InterlockedExchange InterlockedPopEntrySList InterlockedCompareExchange InterlockedPushEntrySList ...

思考：如何實現多行代碼的原子操作？

關鍵代碼A //N行代碼要求原子操作 關鍵代碼B //單獨加LOCK可以嗎？ 關鍵代碼C ...

內核文件

描述：在同一個操作系統中，單核模式和多核模式的內核文件（ntoskrnl.exe）會有一點小區別

多核同步

臨界區

描述：一次只允許一個線程進入直到離開

示例一：錯誤的臨界區

//實現臨界區的方式就是加鎖 //鎖：全局變量，進去加一，出去減一 DWORD dwFlag = 0;if( dwFlag == 0) //進入臨界區 { ↑↓dwFlag = 1; //進入臨界區...dwFalg = 0; //離開臨界區 }

思考：以上代碼哪里存在問題？
答案：當第一個線程進入if中，但還未執行dwFlag=1時，若發生線程切換，第二個線程仍然能夠進入if中

示例二：正確的臨界區

全局變量：

Flag = 0;

進入臨界區：

Lab：mov eax,1//多核情況下必須加locklock xadd [Flag],eaxcmp eax,0jz endLabdec [Flag]//線程等待Sleep..jmp Lab endLab:ret

離開臨界區：

lock dec [Flag]

自旋鎖

描述：

自旋鎖只對多核有意義

自旋鎖與臨界區、事件、互斥體一樣，都是一種同步機制， 都可以讓當前線程處于等待狀態，區別在于自旋鎖不用切換線程

參考：KeAcquireSpinLockAtDpcLevel

分析 KeAcquireSpinLockAtDpcLevel

思考

如何HOOK高并發的內核函數？
描述：在hook的時候如果使用memcpy等函數寫入長跳轉指令（五個字節），那么在函數內部實現中是逐個字節對內存進行修改的，若在修改的過程中有線程運行到這行指令，必然會引發錯誤，甚至藍屏
答案：

先在附近未使用的內存空間構造一個長跳轉（五個字節），再在要hook的地方構造一個短跳轉（一次性寫入兩個字節）指向長跳轉位置

使用 cmpxchg8b 指令最多可一次性寫入八個字節

若HOOK時需要覆蓋多行指令（例如5個push指令），如何保證此時沒有線程正在執行這幾行指令而引發錯誤
答案：

依然是短跳轉

盡量避免在這些地方進行hook

使用臨界區或者自旋鎖是否可以實現多核HOOK？
答案：不能，因為使用鎖的前提是其它線程也在使用這把鎖，否則鎖是沒有意義的

內核重載

描述：

內核中的很多函數被層層HOOK，重載一份內核可以繞過這些HOOK

內核重載與映射PE文件的方法無異，本質上沒有區別

內核重載就是重新加載一份內核文件（ntkrnlpa.exe）

步驟：

申請內存，按內存對齊展開

根據重定位表修復全局變量

修復IAT表(修復導入表的說法不準確)

山寨系統服務表

貍貓換太子（Hook KiFastCallEntry）

練習

描述：通過代碼實現內核重載
答案：略（待補充）

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Windows驱动开发学习笔记（七）—— 多核同步内核重载的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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