纵谈进程枚举

当程序出现异常而失去响应，我们通常的做法是打开Windows任务管理器强行将其"杀死"。Windows任务管理器是个好东西，它能显示当前系统中执行的全部进程，以及它们的实时性能參数。可是作为程序猿，你知道这些功能是怎么实现的吗？

"这有什么难的？。"你可能会说，"不就是调用那几个进程枚举函数嘛！

"是啊。单纯实现Windows任务管理器相似的功能是不难。

可是，你先别急，关于进程枚举。可能你仅仅知其一，不知其二。更何况。我们这里还有其三、其四。除此之外，我们这里还要增强功能。显示与各个进程相关联的模块（即DLL，动态链接库）信息。

进程与DLL的基础知识
大家知道，Windows 98/2000/XP都是多任务操作系统。所谓多任务，就是系统中能够同一时候执行多个进程。而所谓进程。就是应用程序的执行实例。通俗地讲，进程就是一个执行起来的.EXE程序。

系统中的进程都用一个DWORD类型的数据来唯一标识。我们称之为PID。

即使同一个应用程序执行多个实例。它们的PID也是不一样的。

另外。进程拥有自己私有的虚拟地址空间，进程与进程之间不会相互干扰；每一个进程都至少包括一条线程。

那么，DLL与进程又有什么关系呢？大家知道，自Windows诞生之日起，Windows操作系统就使用DLL来支持公共函数调用。DLL中实现的函数代码不出如今.EXE文件里，但能够被各个进程所使用。

使用DLL的优点包括：
1)    能够显著地减小每一个组件的大小（特别是对于一些大型软件系统）。
2)    使升级更为简单。假设我们想要使用新版本号的函数，改变DLL中的函数后，仅仅需又一次编译DLL项目，然后再连接使用该函数的各个应用程序；而应用程序本身不须要又一次编译。
3)    便于功能模块化，乃至开发任务的团队协作。

一般来说。一个进程总是调用这个或那个DLL中的函数。进程与DLL是一种依赖关系。

在我们的演示程序中，我们不仅要做进程枚举。我们还要来揭示进程与DLL的这样的依赖关系。

演示程序的用户界面例如以下：

图1 演示程序之用户界面 

好了，言归正转，我们直奔主题。接下去。我们就来逐一介绍各种进程枚举方法。

方法一：使用工具库（Tool Help Library）函数
这是一种历史最悠久、也是最主要的方法（从Windows 95開始就支持这样的方法）。这些API函数中。最重要的当属CreateToolhelp32Snapshot。它的函数原型例如以下：
HANDLE WINAPI CreateToolhelp32Snapshot(
  DWORD dwFlags,       
  DWORD th32ProcessID  
);

这个函数的功能就是给系统拍"快照"。拍照的对象由參数dwFlags决定，比方dwFlags值为TH32CS_SNAPPROCESS表示对象为系统中的全部进程，值为TH32CS_SNAPMODULE表示对象为由th32ProcessID參数指定的进程调用的全部模块（也就是DLL）。

当调用CreateToolhelp32Snapshot函数给指定的对象拍完快照之后，我们就能够使用Process32First、Process32Next、Module32First、Module32Next等函数进行"取片"工作了。就是遍历刚才拍下来的全部进程、进程调用的全部模块。

我们的演示程序提供了完整的代码实现：

BOOL CToolHelpSpy::BuildProcessList(void)
{
    // 给系统中全部进程拍快照
    HANDLE hProcessSnap = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPPROCESS, 0); 
    if (hProcessSnap == INVALID_HANDLE_VALUE) 
    {
        return FALSE; 
    }
    
    PROCESSENTRY32 pe32 = {0}; 
    pe32.dwSize = sizeof(PROCESSENTRY32); 

    // 遍历拍下来的全部进程 
    if (Process32First(hProcessSnap, &pe32)) 
    {
        do 
        { 
            if (pe32.th32ProcessID && strcmp(pe32.szExeFile, "System"))
            {
                // 保存进程的名字、PID
                CProcessItem  processItem;
                processItem.SetProcessName(pe32.szExeFile);    
                processItem.SetProcessId(pe32.th32ProcessID);
                // 添加列表保存
                mProcList.AddTail(processItem);
            }
        } while (Process32Next(hProcessSnap, &pe32)); 
    } 
    CloseHandle(hProcessSnap); 

    return TRUE;
}

BOOL CToolHelpSpy::BuildModuleList(CProcessItem& inProcess)
{
    // 给指定的进程调用的全部模块拍快照
    HANDLE hModuleSnap = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPMODULE, 
        inProcess.GetProcessId());
    if (hModuleSnap == INVALID_HANDLE_VALUE) 
    {
        return FALSE; 
    }

    MODULEENTRY32 me32 = {0}; 
    me32.dwSize = sizeof(MODULEENTRY32);
    
    inProcess.CleanupModuleList();
    // 遍历全部模块
    if (Module32First(hModuleSnap, &me32)) 
    {
        do
        {
            // 保存模块文件全路径
            inProcess.AddModuleItem(me32.szExePath);
        } while (Module32Next(hModuleSnap, &me32));
    }
    CloseHandle(hModuleSnap); 

    return TRUE;
}

注：工具库函数在Kernel32.dll中实现。程序开发中。我们须要包括头文件Tlhelp32.h，连接库文件Kernel32.lib。

注：我们这里使用自己定义类CProcessItem来描写叙述一个进程，它保存了进程的名字、PID等信息。另外还维持一个该进程调用的全部模块的列表。相应地。我们也使用一个自己定义类CModuleItem来描写叙述模块。它保存模块文件的全路径、版本号号、文件大小、说明信息、所属产品名等。（下同）

方法二：使用PSAPI （Process Status API）函数
这是一种Windows NT/2000下的方法。核心是使用EnumProcesses函数。

它的原型例如以下：
BOOL EnumProcesses(
  DWORD *lpidProcess,    // 用于保存全部进程的PID的数组
  DWORD cb,                     // 上述数组的大小
  DWORD *cbNeeded        // PID数组中实际返回的（有效）字节数
);

当获得系统中全部进程的PID后，我们就能够使用OpenProcess函数打开指定的进程，再调用GetModuleBaseName获得该进程的名字，调用EnumProcessModules枚举该进程调用的全部模块。调用GetModuleFileNameEx获得模块文件的全路径。

我们的演示程序提供了完整的代码实现：

BOOL CPSApiSpy::BuildProcessList(void)
{
    // 枚举获得系统中的全部进程的PID
    DWORD  processes[1024], needed;
    if (!EnumProcesses(processes, sizeof(processes), &needed))
    {
        return FALSE;
    }

    char  szName[MAX_PATH]   = "";
    DWORD actualProcessCount = needed / sizeof(DWORD);
    for (DWORD i = 0; i < actualProcessCount; i++)
    {
        // 保存进程的PID
        CProcessItem  processItem;
        processItem.SetProcessId(processes[i]);

        // 打开当前进程以获得进程操作句柄
        HANDLE hProcess = OpenProcess(PROCESS_QUERY_INFORMATION | PROCESS_VM_READ,
            FALSE, processes[i]);
        if (hProcess)
        {
            HMODULE hModule;
            DWORD   needed;
            // 枚举当前进程调用的全部模块
            if (EnumProcessModules(hProcess, &hModule, sizeof(hModule), &needed))
            {
                // 获得并保存进程的名字
                GetModuleBaseName(hProcess, hModule, szName, sizeof(szName));
                processItem.SetProcessName(szName);    
                mProcList.AddTail(processItem);
            }
            CloseHandle(hProcess);
        }
    }
    return TRUE;
}

BOOL CPSApiSpy::BuildModuleList(CProcessItem& inProcess)
{
    // 依据PID打开该进程，获得一个进程操作句柄
    HANDLE hProcess = OpenProcess(PROCESS_QUERY_INFORMATION | PROCESS_VM_READ,
        FALSE, inProcess.GetProcessId());
    if (hProcess)
    {
        HMODULE modules[1024];
        DWORD   needed;
        // 枚举当前进程调用的全部模块
        if (EnumProcessModules(hProcess, modules, sizeof(modules), &needed))
        {
            char szName[MAX_PATH] = "";
            inProcess.CleanupModuleList();
            DWORD actualModuleCount = needed / sizeof(DWORD);
            // 获得各个模块文件的全路径
            for (DWORD i = 1; i < actualModuleCount; i++)
            {
                GetModuleFileNameEx(hProcess, modules[i], szName, sizeof(szName));
                inProcess.AddModuleItem(szName);
            }
        }
        CloseHandle(hProcess);
    }
    
    return TRUE;
}

注：PSAPI函数在Psapi.dll中实现。程序开发中。我们须要包括头文件Psapi.h，连接库文件Psapi.lib。这些文件在安装了微软的Platform SDK后就可获得。

方法三：利用系统收集的性能数据（Performance Data）
这也是一种Windows NT/2000下的方法。首先，我们须要介绍一些关于性能监视（Performance Monitoring）的背景知识。

所谓性能监视。实际上是Windows NT/2000提供的一种系统功能。它能实时採集、分析系统内的应用程序、服务、驱动程序等的性能数据。以此来分析系统的瓶颈、监视组件的表现。终于帮助用户进行系统的合理调配。这里。还要引入一个性能对象（Performance Object）的概念，即被监视者。一般系统中的性能对象包括处理器（Processor）、进程（Process）、线程（Thread）、网络通讯（如TCP、UDP、ICMP、IP等）、系统服务（如ACS/RSVP Service）等。

（本文我们关心的是进程，即名为"Process"的对象。）以下。我们给出系统性能数据的结构參考图：

图2 系统性能数据的结构 

性能对象有两种：一种仅仅支持一个实例，还有一种支持多个实例。（我们关心的进程对象支持多个实例。而每一个实例相应系统中的一个进程。）一个对象能够有多个性能指标；每一个性能指标都用一个计数器（Counter）来记录。就进程对象而言，它拥有的计数器种类包括ID Process（进程的PID）、Thread Count（线程数）、Priority Base（进程优先级）、IO Read Bytes/sec（每秒IO读取字节数）、IO Writer Bytes/sec（每秒IO写出字节数）等。

（本文我们仅仅关心ID Process计数器的值。）

支持单一实例的对象数据结构例如以下（也就是图2中各个对象数据块的展开形式）：

图3 支持单一实例的对象数据结构

支持多实例的对象数据结构例如以下（添加了各个实例的定义部分）：

图4 支持多实例的对象数据结构

知道了性能数据结构。接下去我们怎么来读取它们呢？最主要的方法就是通过注冊表函数，如RegOpenKeyEx、RegQueryValueEx、RegCloseKey等。值得注意的是，这里尽管使用的是注冊表函数，但性能数据并不存储在注冊表数据库中。读取性能数据时调用函数RegOpenKeyEx。主键值应该是HKEY_PERFORMANCE_DATA。

而当性能数据获得之后。依据各部分数据结构的定义，计算偏移量，我们就能获取我们感兴趣的数据了。

我们的演示程序提供了完整的代码实现：

#define INITIAL_SIZE        51200
#define EXTEND_SIZE         25600
#define REGKEY_PERF         _T("Software\Microsoft\Windows NT\Currentversion\Perflib")
#define REGSUBKEY_COUNTERS  _T("Counters")
#define PROCESS_COUNTER     _T("process")
#define PROCESSID_COUNTER   _T("id process")

BOOL CPerformanceSpy::BuildProcessList(void)
{
    // 步骤一：从特定的注冊表路径下获取系统中全部的对象、计数器的名字
    LANGID lid = MAKELANGID(LANG_ENGLISH, SUBLANG_NEUTRAL);
    TCHAR  szSubKey[1024];
    _stprintf(szSubKey, _T("%s\%03x"), REGKEY_PERF, lid);
    HKEY  hSubKey;
    DWORD rt = RegOpenKeyEx(HKEY_LOCAL_MACHINE, szSubKey, 0, 
        KEY_READ, &hSubKey);
    if (rt != ERROR_SUCCESS)
    {
        return FALSE;
    }

    DWORD  dwType = 0;
    DWORD  dwSize = 0;
    LPBYTE buffer = NULL;
    BOOL   pass = FALSE;
    // 获得装载全部计数器名字的缓冲大小
    rt = RegQueryValueEx(hSubKey, REGSUBKEY_COUNTERS, NULL,
        &dwType, NULL, &dwSize);
    if (rt == ERROR_SUCCESS)
    {
        buffer = (LPBYTE) malloc(dwSize);
        memset(buffer, 0, dwSize);
        rt = RegQueryValueEx(hSubKey, REGSUBKEY_COUNTERS, NULL,
            &dwType, buffer, &dwSize);
    }

    LPSTR  p, p2;
    DWORD  dwProcessIdTitle; 
    DWORD  dwProcessIdCounter; 
    PPERF_DATA_BLOCK             pPerf;
    PPERF_OBJECT_TYPE            pObj;
    PPERF_INSTANCE_DEFINITION    pInst;
    PPERF_COUNTER_BLOCK          pCounter;
    PPERF_COUNTER_DEFINITION     pCounterDef;
    if (rt == ERROR_SUCCESS)
    {
        pass = TRUE;
        // 步骤二：查找名为"Process"的对象以及名为"ID Process"的计数器
        // 获取它们的索引值（由于对象、计数器在性能数据中是靠索引来标识的）
        p = (LPSTR) buffer;
        while (*p) 
        {
            if (p > (LPSTR) buffer) 
            {
                for (p2 = p - 2; _istdigit(*p2); p2--)
                    ;
            }

            if (_tcsicmp(p, PROCESS_COUNTER) == 0)
            {
                // 获取"Process"对象的索引
                for (p2 = p - 2; _istdigit(*p2); p2--) 
                    ;
                _tcscpy(szSubKey, p2+1);
            } 
            else if (stricmp(p, PROCESSID_COUNTER) == 0) 
            {
                // 获取"ID Process"计数器的索引
                for (p2 = p - 2; _istdigit(*p2); p2--) 
                    ; 
                dwProcessIdTitle = atol(p2 + 1);
            }
            // Point to the next string
            p += (_tcslen(p) + 1);
        }

        // 步骤三：获取进程对象的全部性能数据
        free(buffer);
        buffer = NULL;
        dwSize = INITIAL_SIZE;
        buffer = (LPBYTE) malloc(dwSize);
        memset(buffer, 0, dwSize);
        while (pass)
        {
            rt = RegQueryValueEx(HKEY_PERFORMANCE_DATA, szSubKey, NULL,
                &dwType, buffer, &dwSize);
            pPerf = (PPERF_DATA_BLOCK) buffer;
            // 性能数据块开头以四个字符"PERF"标识
            if ((rt == ERROR_SUCCESS) && (dwSize > 0) &&
                pPerf->Signature[0] == (WCHAR)'P' &&
                pPerf->Signature[1] == (WCHAR)'E' &&
                pPerf->Signature[2] == (WCHAR)'R' &&
                pPerf->Signature[3] == (WCHAR)'F')
            {
                break;
            }

            // 假设缓冲不够大，扩大缓冲后再试
            if (rt == ERROR_MORE_DATA)
            {
                dwSize += EXTEND_SIZE;
                buffer  = (LPBYTE) realloc(buffer, dwSize );
                memset(buffer, 0, dwSize );
            }
            else
            {
                pass = FALSE;
            }
        }
    }

    if (pass)
    {
        pObj = (PPERF_OBJECT_TYPE) ((DWORD)pPerf + pPerf->HeaderLength);
        // 步骤四：在进程对象数据的计数器定义部分寻找"ID Process"计数器 
        pCounterDef = (PPERF_COUNTER_DEFINITION) ((DWORD)pObj + pObj->HeaderLength); 
        for (DWORD i = 0; i < (DWORD)pObj->NumCounters; i++) 
        { 
            if (pCounterDef->CounterNameTitleIndex == dwProcessIdTitle) 
            { 
                dwProcessIdCounter = pCounterDef->CounterOffset; 
                break; 
            } 
            pCounterDef++; 
        } 
        
        // 步骤五：遍历全部实例，获取实例的名字（即进程名）以及PID
        TCHAR  szProcessName[MAX_PATH];
        pInst = (PPERF_INSTANCE_DEFINITION) ((DWORD)pObj + pObj->DefinitionLength);
        for (i = 0; i < (DWORD)pObj->NumInstances; i++)
        {
            // 获取进程名
            p  = (LPSTR) ((DWORD)pInst + pInst->NameOffset);
            rt = WideCharToMultiByte(CP_ACP, 0, (LPCWSTR)p, -1, szProcessName,
                sizeof(szProcessName), NULL, NULL);
            // 获取进程PID
            pCounter = (PPERF_COUNTER_BLOCK) ((DWORD)pInst + pInst->ByteLength);
            DWORD processId = *((LPDWORD) ((DWORD)pCounter + dwProcessIdCounter));
            if (strcmp(szProcessName, "System") && processId)
            {
                CProcessItem  processItem;
                processItem.SetProcessId(processId);
                processItem.SetProcessName(szProcessName);    
                mProcList.AddTail(processItem);
            }
            // Point to the next process 
            pInst = (PPERF_INSTANCE_DEFINITION) ((DWORD)pCounter + pCounter->ByteLength);
        }
    }

    if (buffer) 
    {
        free(buffer);
        buffer = NULL;
    }
    RegCloseKey(hSubKey);
    RegCloseKey(HKEY_PERFORMANCE_DATA);
    return pass;
}

注：方法三用到的仅仅是注冊表操作函数，而这些函数在advapi32.dll中实现。程序开发中。我们须要包括头文件winperf.h。另外，该方法中各个进程所调用的模块。仍然用法二的PSAPI函数获得。这里就不再列出。

方法四：使用PDH （Performance Data Helper）函数
这样的方法的底层实现跟方法三事实上是一样的。

但我们看到，方法三实现起来非常繁琐。

为了简化应用，PDH函数对方法三的实现进行了一层封装。我们这里的进程枚举，主要使用PdhEnumObjectItems函数，它的函数原型例如以下：
PDH_STATUS PdhEnumObjectItems(
  LPCTSTR szDataSource,                      // 数据源
  LPCTSTR szMachineName,                 // 机器名
  LPCTSTR szObjectName,                    // 对象名
  LPTSTR mszCounterList,                    // 计数器列表
  LPDWORD pcchCounterListLength,   // 计数器列表长度
  LPTSTR mszInstanceList,                    // 实例列表
  LPDWORD pcchInstanceListLength,   // 实例列表长度
  DWORD dwDetailLevel,                      // 获取信息的级别
  DWORD dwFlags                                 // 保留为0
);

对于每一个获得的进程实例，我们还要得到它的PID。也就是得到"ID Process"计数器的值。这时，我们会用到其它的PDH函数。包括：PdhOpenQuery、PdhAddCounter、PdhCollectQueryData、PdhGetFormattedCounterValue、PdhCloseQuery等。

我们的演示程序提供了完整的代码实现：

BOOL CPDHSpy::BuildProcessList(void)
{
    LPTSTR      szCounterListBuffer     = NULL;
    DWORD       dwCounterListSize       = 0;
    LPTSTR      szInstanceListBuffer    = NULL;
    DWORD       dwInstanceListSize      = 0;
    
    BOOL pass = FALSE;
    // 第一次调用PdhEnumObjectItems以获取须要的列表长度 
    PDH_STATUS pdhStatus = PdhEnumObjectItems(NULL, NULL, TEXT("Process"),
        szCounterListBuffer, &dwCounterListSize, szInstanceListBuffer,
        &dwInstanceListSize, PERF_DETAIL_WIZARD, 0); 
    if (pdhStatus == ERROR_SUCCESS) 
    {
        szCounterListBuffer  = (LPTSTR) malloc((dwCounterListSize * sizeof (TCHAR)));
        szInstanceListBuffer = (LPTSTR) malloc((dwInstanceListSize * sizeof (TCHAR)));
        // 第二次调用PdhEnumObjectItems
	// 获得"Process"对象的全部计数器和实例
        pdhStatus = PdhEnumObjectItems(NULL, NULL, TEXT("Process"),
            szCounterListBuffer, &dwCounterListSize, szInstanceListBuffer,
            &dwInstanceListSize, PERF_DETAIL_WIZARD, 0);     
        if (pdhStatus == ERROR_SUCCESS) 
        {
            pass = TRUE;
            LPTSTR  pInst = szInstanceListBuffer;
            // 获得每一个实例名，也就是进程名
            for (; *pInst != 0;    pInst += lstrlen(pInst) + 1) 
            {
                if (strcmp(pInst, "System") && strcmp(pInst, "Idle") &&
                    strcmp(pInst, "_Total"))
                {
                    CProcessItem  processItem;
                    // 获得进程的PID
                    processItem.SetProcessId(GetPIDCounterValue(pInst));
                    processItem.SetProcessName(pInst);    
                    mProcList.AddTail(processItem);
                }
            }
        }
    }

    if (szCounterListBuffer != NULL) 
    {
        free(szCounterListBuffer);
        szCounterListBuffer = NULL;
    }
    if (szInstanceListBuffer != NULL) 
    {
        free(szInstanceListBuffer);
        szInstanceListBuffer = NULL;
    } 
    return pass;
}

DWORD CPDHSpy::GetPIDCounterValue(LPTSTR inInstanceName)
{
    // 打开一个查询对象
    HQUERY   hQuery   = NULL;
    PDH_STATUS pdhStatus = PdhOpenQuery (0, 0, &hQuery);

    HCOUNTER hCounter = NULL;
    char szPathBuffer[MAX_PATH];
    sprintf(szPathBuffer, "\Process(%s)\ID Process", inInstanceName);
    pdhStatus = PdhAddCounter(hQuery, szPathBuffer, 0, &hCounter);
    pdhStatus = PdhCollectQueryData(hQuery);

    // 获得当前实例的"ID Process"计数器的值
    DWORD                  ctrType;
    PDH_FMT_COUNTERVALUE   fmtValue;
    pdhStatus = PdhGetFormattedCounterValue(hCounter, PDH_FMT_LONG, 
        &ctrType, &fmtValue);

    // 关闭查询对象
    pdhStatus = PdhCloseQuery (hQuery);

    return fmtValue.longValue;
}

注：PDH函数在Pdh.dll中实现。程序开发中，我们须要包括头文件Pdh.h，连接库文件Pdh.lib。

演示程序说明
我们的演示程序使用VC6.0开发完毕，是一个基于对话框的MFC程序。程序设计秉承OOP风格，以及用户界面（User Interface）与业务逻辑（Business Logic）分离的原则，结构简单、条理清晰，相信大家非常easy能够读懂代码。

由于本文总共介绍了四种进程枚举的方法，我们设计了例如以下一个逻辑控制类继承结构：

图5 演示程序逻辑控制类结构

另外。演示程序对于进程调用的模块採用了延后枚举（Lazy Enumerating）的策略。即在程序启动的时候并没有将全部进程调用的模块都枚举好，而仅在须要的时候进行。这样能够显著节省程序启动的时间。

写在最后
进程隐藏（与其相对的就是进程枚举）一直是一个非常热门的话题，思路有非常多，当中有一种就是拦截系统API函数EnumProcesses的调用。通读本文后，你认为这样的思路可行吗？或者你有了其它新的想法。这些都是笔者写作此文的初衷。（注：成文于2004年，发表于《CSDN开发高手》。）