深层解析最核心的dll：NTDLL.dll

打开NTDLL.dll,惊奇的发现原来CRT的许多基本函数居然都是在这里实现的！甚至包括qsort,ceil这样的函数，还有臭名昭著的 strcpy（严格来讲，这只能怪使用者不当心）。堆的释放，进城管理，似乎都是在这。于是，我决定，仔细察看以下它，这1410个函数是做什么的. 

　　用户模式的代码在调用系统内核函数的时候，首先把一个叫做system call number的数放在EAX中，把参数放在其它的寄存器中了。然后调用INT 2E中断。但是大部分应用程序并不需要直接这么做。通常都是在调用kernel32.dll等时由他们来调用INT 2E. 

　　内核模式的代码，做法稍微有点不同。他们通常调用由NTOSKRNL.EXE导出的NTDLL.dll中Zw开头的那一系列函数，比如 ZwWaitForSingleObject，　反之，如果是用户级代码需要调用内核，就会利用INT 2E调用WaitForSingleObject.对于许多函数的批量调用，你会明显发现 Zw族要比Rtl族效率高很多。 

　　可惜ntdll.dll中的大部分函数都是undocumented. 
　　对于一部分得知其定义形式的函数，可以这样调用： 
　　1.先将NTDLL.DLL读入 LoadLibrary(TEXT(/"NTDLL.dll/")) 
　　2.利用GetProcAddress 获取其函数入口地址 
　　3.利用得到的函数指针调用 
　　但是可以大致的分为几类吧 
　　1 PropertyLengthAsVariant 它被排在了第一号，但是我就是不明白它是做什么的 
　　2 Csr（configuration status register？ Command and Status Register？）系列 
　　CsrAllocateCaptureBuffer CsrAllocateMessagePointer CsrCaptureMessageBuffer CsrCaptureMessageMultiUnicodeStringsInPlace CsrCaptureMessageString CsrCaptureTimeout CsrClientCallServer CsrClientConnectToServer CsrFreeCaptureBuffer CsrGetProcessId CsrIdentifyAlertableThread CsrNewThread CsrProbeForRead CsrProbeForWrite CsrSetPriorityClass 
　　3 Dbg系列 调试函数 
　　DbgBreakPoint DbgPrint DbgPrintEx DbgPrintReturnControlC DbgPrompt DbgQueryDebugFilterState DbgSetDebugFilterState DbgUiConnectToDbg DbgUiContinue DbgUiConvertStateChangeStructure DbgUiDebugActiveProcess DbgUiGetThreadDebugObject DbgUiIssueRemoteBreakin DbgUiRemoteBreakin DbgUiSetThreadDebugObject DbgUiStopDebugging DbgUiWaitStateChange DbgUserBreakPoint 
　　4 ki系列 
　　KiRaiseUserExceptionDispatcher 
　　KiUserApcDispatcher 
　　KiUserCallbackDispatcher 
　　KiUserExceptionDispatcher 
　　5 Ldr系列 Loader APIs，共34个 
　　API 
　　NTDLL APIs 
　　LoadResource 
　　LdrAccessResource 
　　Ldr*****nateResourcesEnabled 
　　DisableThreadLibraryCalls 
　　LdrDisableThreadCalloutsForDll 
　　LdrEnumResources 
　　LdrFindAppCompatVariableInfo 
　　LdrFindEntryForAddress 
　　EnumResourceTypesW 
　　LdrFindResourceDirectory_U 
　　FindResourceExA 
　　LdrFindResource_U 
　　LdrFlush*****nateResourceModules 
　　LdrGet*****nateResourceModuleHandle 
　　GetModuleHandleForUnicodeString 
　　LdrGetDllHandle 
　　GetProcAddress 
　　LdrGetProcedureAddress 
　　LdrInitializeThunk 
　　LoadLibraryEx (LOAD_LIBRARY_AS_DATAFILE) 
　　LdrLoad*****nateResourceModule 
　　LoadLibrary 
　　LdrLoadDll 
　　LdrProcessRelocationBlock 
　　LdrQueryApplicationCompatibilityGoo 
　　LdrQueryImageFileExecutionOptions 
　　LdrQueryProcessModuleInformation 
　　LdrRelocateImage 
　　ExitProcess 
　　LdrShutdownProcess 
　　ExitThread 
　　LdrShutdownThread 
　　LdrUnload*****nateResourceModule 
　　FreeLibrary 
　　LdrUnloadDll 
　　LdrVerifyImageMatchesChecksum 
　　LdrVerifyMappedImageMatchesChecksum 
　　6 Nls（National Language Support）系列 代码页管理 
　　NlsAnsiCodePage 
　　NlsMbCodePageTag 
　　NlsMbOemCodePageTag 
　　7 Nt系列 共285个，大部分都是kernel32.dll,user32.dll等的核心实现 
　　NtCreateFile, NtOpenFile, NtClose, NtWaitForSingleObject 是kernel32.dll中许多用户级代码的核心实现。 
　　NTSTATUS NtClose( HANDLE Handle); 
　　竟然是CloseHandle 的原身！唯一的缺点是该函数并没有导出库，如果要调用，就必须使用GetProcAddress 来获得其函数指针然后调用。 
　　NtCreateFile 可以说是DDK的核心 
　　RtlUnwind initiates an unwind of procedure call frames 
　　结构化异常（Structured Exception Handling, SEH ）的 核心。 
　　NTSTATUS NtWaitForSingleObject( HANDLE Handle, BOOLEAN Alertable, PLARGE_INTEGER Timeout); 
　　Waits until the specified object attains a state of signaled 
　　我想，信号同步等，应该与之有莫大的联系吧 
　　8 pfx 不明白 
　　PfxFindPrefix 
　　PfxInitialize 
　　PfxInsertPrefix 
　　PfxRemovePrefix 
　　9 RestoreEm87Context SaveEm87Context 
　　10 rtl系列 共506个。我想，rtl应该是runtime library的缩写吧。一个很庞大的函数族，里面包含像 RtlCreateUserProcess 这样的一些很基本的函数，通常供内核模式的driver等调用 
　　下面是一部分示例 
　　APIs Forwarded to NTDLL 
　　API 
　　Destination 
　　DeleteCriticalSection 
　　Forwarded to NTDLL.RtlDeleteCriticalSection 
　　EnterCriticalSection 
　　Forwarded to NTDLL.RtlEnterCriticalSection 
　　HeapAlloc 
　　Forwarded to NTDLL.RtlAllocateHeap 
　　HeapFree 
　　Forwarded to NTDLL.RtlFreeHeap 
　　HeapReAlloc 
　　Forwarded to NTDLL.RtlReAllocateHeap 
　　HeapSize 
　　Forwarded to NTDLL.RtlSizeHeap 
　　LeaveCriticalSection 
　　Forwarded to NTDLL.RtlLeaveCriticalSection 
　　RtlFillMemory 
　　Forwarded to NTDLL.RtlFillMemory 
　　RtlMoveMemory 
　　Forwarded to NTDLL.RtlMoveMemory 
　　RtlUnwind 
　　Forwarded to NTDLL.RtlUnwind 
　　RtlZeroMemory 
　　Forwarded to NTDLL.RtlZeroMemory 
　　SetCriticalSectionSpinCount 
　　Forwarded to NTDLL.RtlSetCriticalSection- SpinCount 
　　TryEnterCriticalSection 
　　Forwarded to NTDLL.RtlTryEnterCriticalSection 
　　VerSetConditionMask 
　　Forwarded to NTDLL.VerSetConditionMask

      11 VerSetConditionMask 用于确认系统信息 
　　The VerSetConditionMask function sets the bits of a 64-bit value to indicate the comparison operator to use for a specified operating system version attribute. This function is used to build the dwlConditionMask parameter of the VerifyVersionInfo function. 
　　12 Zw系列 共284个。前面已经说过，为可执行性系统服务提供内核模式的入口， 为NTOSKRNL.EXE 提供实现。由于是内核模式，所以在执行的时候并不检查用户是否有执行权限 
　　13 内部函数 共116个。具体作用不明，很底层的东西。无法查到任何相关资料。无法得知与其相关的任何信息。 
　　_CIcos _CIlog _CIpow _CIsin _CIsqrt __eCommonExceptions __eEmulatorInit __eF2XM1 __eFABS __eFADD32 __eFADD64 __eFADDPreg __eFADDreg __eFADDtop __eFCHS __eFCOM __eFCOM32 __eFCOM64 __eFCOMP __eFCOMP32 __eFCOMP64 __eFCOMPP __eFCOS __eFDECSTP __eFDIV32 __eFDIV64 __eFDIVPreg __eFDIVR32 __eFDIVR64 __eFDIVRPreg __eFDIVRreg __eFDIVRtop __eFDIVreg __eFDIVtop __eFFREE __eFIADD16 __eFIADD32 __eFICOM16 __eFICOM32 __eFICOMP16 __eFICOMP32 __eFIDIV16 __eFIDIV32 __eFIDIVR16 __eFIDIVR32 __eFILD16 __eFILD32 __eFILD64 __eFIMUL16 __eFIMUL32 __eFINCSTP __eFINIT __eFIST16 __eFIST32 __eFISTP16 __eFISTP32 __eFISTP64 __eFISUB16 __eFISUB32 __eFISUBR16 __eFISUBR32 __eFLD1 __eFLD32 __eFLD64 __eFLD80 __eFLDCW __eFLDENV __eFLDL2E __eFLDLN2 __eFLDPI __eFLDZ __eFMUL32 __eFMUL64 __eFMULPreg __eFMULreg __eFMULtop __eFPATAN __eFPREM __eFPREM1 __eFPTAN __eFRNDINT __eFRSTOR __eFSAVE __eFSCALE __eFSIN __eFSQRT __eFST __eFST32 __eFST64 __eFSTCW __eFSTENV __eFSTP __eFSTP32 __eFSTP64 __eFSTP80 __eFSTSW __eFSUB32 __eFSUB64 __eFSUBPreg __eFSUBR32 __eFSUBR64 __eFSUBRPreg __eFSUBRreg __eFSUBRtop __eFSUBreg __eFSUBtop __eFTST __eFUCOM __eFUCOMP __eFUCOMPP __eFXAM __eFXCH __eFXTRACT __eFYL2X __eFYL2XP1 __eGetStatusWord 
　　14 一些CRT的基本函数 共131个 主要是字符串管理，还有些基本的数学函数 
　　__isascii __iscsym __iscsymf __toascii _alldiv _alldvrm _allmul _alloca_probe _allrem _allshl _allshr _atoi64 _aulldiv _aulldvrm _aullrem _aullshr _chkstk _fltused _ftol _i64toa _i64tow _itoa _itow _lfind _ltoa _ltow _memccpy _memicmp _snprintf _snwprintf _splitpath _strcmpi _stricmp _strlwr _strnicmp _strupr _tolower _toupper _ui64toa _ui64tow _ultoa _ultow _vsnprintf _vsnwprintf _wcsicmp _wcslwr _wcsnicmp _wcsupr _wtoi _wtoi64 _wtol abs atan atoi atol bsearch ceil cos fabs floor isalnum isalpha iscntrl isdigit isgraph islower isprint ispunct isspace isupper iswalpha iswctype iswdigit iswlower iswspace iswxdigit isxdigit labs log mbstowcs memchr memcmp memcpy memmove memset pow qsort sin sprintf sqrt sscanf strcat strchr strcmp strcpy strcspn strlen strncat strncmp strncpy strpbrk strrchr strspn strstr strtol strtoul swprintf tan tolower toupper towlower towupper vDbgPrintEx vDbgPrintExWithPrefix vsprintf wcscat wcschr wcscmp wcscpy wcscspn wcslen wcsncat wcsncmp wcsncpy wcspbrk wcsrchr wcsspn wcsstr wcstol wcstombs wcstoul 

　　众所周知，NT中有很多为公布的api,习惯上大家喜欢把他们称为native api.上面就是一部分。 
　　那么所谓的native api究竟是用来做什么的呢？ 
　　他是主要是用来在受控的状态下调用kernel mode的代码。说的简单点，就是一个通往kernel 的 interface.举个简单的例子，user mode 下，用户是不能直接访问硬件的。即使是像打开，关闭文件这样的简单操作，也需要先从user mode 切换至 kernel mode.然后交给内核来执行。如果这一系列操作都交给用户来做，这中间存在一个很大的问题。那就是user mode和kernel mode的切换，管理的问题。如果仅仅是的内核，问题不大。可是现在的OS不仅都是多进程，而且大部分UNIX kernel 都是抢占式可重入的。这意味着当你从user mode 切换至kernel mode 正在执行 一个很重要的操作时，会突然被另一个应用程序打断。此时进程同步就显得极为重要。 
　　比如，两个进程A和B,A先进入内核，需要向软盘写入一个500k的文件。读取软盘A的剩余空间，800k，够了,但此时被挂起。B进程进入，写入一个400k的文件，然后退出。然后A继续执行。然后。。。 
　　更常见的是，A先读取某资源V的数量，数量为1。然后B进入，占用此资源并将V-1,然后B被挂起，A继续进行，A又将V-1,V成了-1… 
　　最理想的方式是，将诸如此类的操作设为atomic operation.中间不允许打断。但是很多时候这样是不可能的，而且就算可能，性能会打很大的折扣。 

　　于是对于长时期的操作，采取lock,semaphore,Signal等来同步或控制，短操作，就设定一个critical region.一旦进入critical region的process是不可被中断的。 

　　Kernel mode 下的这些同步与控制非常复杂，为了系统安全，大部分程序都是运行在user mode 下，然后由kernel 提供一个interface,交给用户来调用。Unix下这些interface都是well documented,比如很出名的read(),write().但是windows下，如上文所提到，ntdll.dll中提供有 NtCreateFile, NtOpenFile, NtClose三个重要的函数，MSDN中对其仅有少许的说明。 
　　这其实是与NT的架构相关的。NT的kernel,可以算是一个modified microkernel.“Instead of supporting one basic operating system API, NT implements several”。Windows NT 利用其特有的Environment subsystems方式很有效的实现了这一点。整个Environment subsystems由CSRSS.EXE控制。(CSRSS.EXE这个进程你可以在tasklist中看见。你可以用windows sdk中的debug tools在kernel debug mode下debug它，然后选stop,它就会被强行中止掉。^_^).windows core apis被分在一个个的独立的dll中来实现(kernel.dll,usr32.dll,gdi32.dll…)。然后这些dll交给 CSRSS.EXE来调度以给用户提供所需的接口。当用户发出调用请求的时候，首先由CSRSS.EXE找到该dll,然后dll对于其请求的处理，会执 行以下的一个或多个步骤。 
　　1。立即返回。 
　　2。向windows server发送一条消息，请求帮助 。 
　　3。调用native api 去执行该请求。 
　　首先，对于第一种情况，当且仅当该dll本身就可以完成该请求，比如执行GetCurrentProcess(). 
　　对于第二种情况，也很少需要。仅仅是必须要windows server参与的时候，才会如此。比如CreateProcess()。该dll本身是无法完成的。 
　　第三种情况也就算最常见的了。 
　　通常是先由用户调用kernel.dll(or gdi32.dll,user.dll,etc),然后由之调用ntdll.dll,然后ntdll.dll调用kernel mode 的KiSystemService,由之来完成具体操作。