Модификация базовых адресов модулей
У каждого EXE и DLL-модуля есть предпочтительный базовый адрес (preferred base address) — идеальный адрес, по которому он должен проецироваться на адресное пространство процесса. Для ЕХЕ-модуля компоновщик выбирает в качестве такого адреса значение 0x00400000, а для DLL-модуля — 0x10000000. Выяснить этот адрес позволяет утилита DumpBin с ключом /Headers. Вот какую информацию сообщает DumpBin о самой себе:
С \>DUMPBIN /headers dumpbin.exe
Microsoft (R} COFF Binary File Dumper Version 6 00.8168 Copyright (C) Microsoft Corp 1992-1998. All rights reserved
Dump of file dumpbin.exe
PE signature found
File Type: EXECUTABLE_IMAGE
File HEADER VALUES
14C machine (i386)
3 number of sections
3588004A time date stamp Wed Jun 17 10'43-38 1998 0 file pointer to symbol table 0 number of symbols E0 size of optional header 10F characteristics
Relocations stripped
Executable
Line numbers stripped
Symbols stripped
32 bit word machine
OPTIONAL HEADER VALUES
108 magic #
6.00 linker version
1000 size of code
2000 size of initialized data
0 size of uninitialized data
1320 RVA of entry point
1000 base of code
2000 base of data
400000 image base <-- предпочтительный базовый адрес модуля
1000 section alignment
1000 file alignment 4.00 operating system verbion 0.00 image version 4.00 subsystem version
0 Win32 version 4000 size of image 1000 size of headers 127E2 checksum
3 subsystem (Windows CUI)
0 DLL characteristics
100000 size of stack reserve 1000 size of stack commit
При запуске исполняемого модуля загрузчик операционной системы создает виртуальное адресное пространство нового процесса и проецирует этот модуль по адресу 0x00400000, а DLL-модуль — по адресу 0x10000000. Почему так важен предпочтительный базовый адрес? Взгляните на следующий фрагмент кода.
int g_x;
void Func()
{
g_x = 5; // нас интересует эта строка
}
После обработки функции Func компилятором и компоновщиком полученный машинный код будет выглядеть приблизительно так:
MOV [0x00414540], b
Иначе говоря, компилятор и компоновщик "жестко зашили" в машинный код адpеc переменной g_x: в адресном пространстве процесса (0x00414540). Но, конечно, этот адрес корректен, только ссли исполняемый модуль будет загружен по базовому адресу 0x00400000
А что получится, если тот же исходный код будет помещен в DLL? Тогда машинный код будет иметь такой вид
MOV [0x10014b40], 5
Заметьте, что и на этот paз виртуальный адрес переменной g_x "жестко зашит" в машинный код. И опять жс этот адрес будет правилен только при том условии, что DLL загрузится по своему базовому адресу.
О'кэй, а теперь представьте, что Вы создали приложение с двумя DLL. По умолчанию компоновщик установит для ЕХЕ-модуля предпочтительный базовый адрес 0x00400000, а для обеих DLL — 0x10000000. Если Вы затем попытаетесь запустить исполняемый файл, загрузчик создаст виртуальное адресное пространство и спроецирует ЕХЕ-модуль по адресу 0x00400000 Далее первая DLL будет спроецирована по адресу 0x10000000, но загрузить вторую DLL по предпочтительному базовому адресу не удастся — ee придется проецировать по какому-то другому адресу.
Переадресация (relocation) в EXE- или DLL-модуле операция просто ужасающая, и Вы должны сделать все, чтобы избежать ее. Почему? Допустим, загрузчик переместил вторую DLL по адресу 0x20000000. Тогда код, который присваивает переменной
g_x значение 5, должен измениться на:
MOV [0x20014540], 5
Но в образе файла код остался прежним:
MOV [0x10014540], 5
Если будет выполнен именно этот кол, он перезапишет какое-то 4-байтовое значение в первой DLL значением 5 Но, по идее, такого не должно случиться. Загрузчик исправит этот код. Дсло в том, что, создавая модуль, компоновщик встраивает в конечный файл раздел переадресации (relocation section) co списком байтовых смещений. Эти смещения идентифицируют адреса памяти, используемые инструкциями машинного кода. Если загрузчику удастся спроецировать модуль по его предпочтительному базовому адресу, раздел переадресации не понадобится Именно этого мы и хотим.
С другой стороны, если модуль не удастся спроецировать по базовому адресу, загрузчик обратится к разделу переадресации и последовательно обработает все его записи. Для каждой записи загрузчик обращается к странице памяти, где содержится машинная команда, которую надо модифицировать, получает используемый ею на данный момент адрес и добавляет к нему разницу между предпочтительным базовым адресом модуля и сго фактическим адресом.
В предыдущем примере вторая DLL была спроецирована по адресу 0x20000000, тогда как ее предпочтительный базовый адрес — 0x10000000 Получаем разницу (0х 10000000), добавляем ее к адресу в машинной команде и получаем.
MOV [0x20014540], 5
Теперь и вторая DLL корректно ссылается на переменную g_x. Невозможность загрузить модуль по предпочтительному базовому адресу создает две крупные проблемы
Вторая проблема особенно неприятна, поскольку теперь страницы с кодом модуля больше нельзя выгружать из памяти и перезагружать из его файла на диске Вместо этого страницы будут постоянно сбрасываться в страничный файл и подгружаться из него. Это тоже отрицательно скажется па производительности Но и это еще не все. Поскольку все страницы с кодом модуля размещаются в страничном файле, в системе сокращается объем общей памяти, доступной другим процессам, а это ограничивает размер электронных таблиц, документов текстовых процессоров, чертежей CAD, растровых изображений и т. д.
Кстати, Вы можете создать EXE- или DLL-модуль без раздела переадресации, указав при сборке ключ /FIXED компоновщика. Тогда у модуля будет меньший размер, но загрузить сго по другому базовому адресу, кроме предпочтительного, уже не удастся.
Если загрузчику понадобится модифицировать адреса в модуле, в котором пет раздела переадресации, он уничтожит весь процесс, и пользователь увидит сообщение "Abnormal Process Termination" ("аварийное завершение процесса")
Для DLL, содержащей только ресурсы, это тоже проблема. Хотя в ней нет машинного кода, отсутствие раздела переадресации не позволит загрузить ее по базовому
адресу, отличному от предпочтительного Просто нелепо. Но, к счастью, компонов щик может встроить в заголовок модуля информацию о том, что в модуле нет раздела переадресации, так как он вообще не нужен. А загрузчик Windows 2000, обнаружив эту информацию, может пагрупить DLL, которая содержит только ресурсы, без дополнительной нагрузки на страничный файл.
Для создания файла с немодифицируемыми адресами предназначен ключ /SUBSYSTEM:WINDOWS, 5 0 или /SUBSYSTEM:CONSOLE, 5 0; ключ /FIXED при этом не нужен. Если компоновщик определяет, что модификация адресов в модуле не понадобится, он опускает раздел переадресации и сбрасывает в заголовке специальный флаг IMAGEFILERELOCS_STRIPPED Тогда Windows 2000 увидит, что данный модуль можно загружать по базовому адресу, отличному от предпочтительного, и что ему не требуется модификация адресов. Но все, о чем я только что рассказал, поддерживается лишь в Windows 2000 (вот почему в ключе /SUBSYSTEM указывается значение 50)
Теперь Вы понимаете, насколько важен предпочтительный базовый адрес. Загружая несколько модулей в одно адресное пространство, для каждого из них приходится выбирать свои базовые адреса. Диалоговое окно Project Settings в среде Microsoft Visual Studio значительно упрощает решение этой задачи. Вам нужно лишь открыть вкладку Link, в списке Category указать Output, а в поле Base Address ввести предпочтительный адрес. Например, на следующей иллюстрации для DLL установлен базовый адрес 0x20000000
Кстати, всегда загружайте DLL, начиная со старших адресов; это позволяет уменьшить фрагментацию адресного пространства.
NOTE:
Предпочтительные базовые адреса должны быть кратны гранулярности выделения памяти (64 Кб на всех современных платформах).
В будущем эта цифра может измениться Подробнее о гранулярности выделения памяти см. главу 13
О'кэй, все это просто замечательно, но что делать, если понадобится загрузить кучу модулей в одно адресное пространство? Было бы неплохо "одним махом" задать правильные базовые адреса для всех модулей. К счастью, такой способ есть
В Visual Studio есть утилита Rebase.exe. Запустив ее без ключей в командной строке, Вы получите информацию о том, как ею пользоваться. Она описана в документации Platform SDK, и я не буду ее здесь детально рассматривать Добавлю лишь, что в ней нет ничего сверхъестественного: она просто вызывает функцию ReBaselmage для каждого указанного файла. Вот что представляет собой эта функция:
BOOL ReBaseImage(
PSIR CurrentImageName; // полное имя обрабатываемого файла
PSTR SymbolPath; // символьный путь к файлу (необходим для корректности отладочной информации)
BOOL fRebase; // TRUE = выполнить реальную модификацию адреса;
// FALSE - имитировать такую модификацию
BOOL fRebasoSysFileOk; // FALSE = не модифицировать адреса системных файлов
BOOL fGoingDown; // TRUE = модифицировать адрес модуля,
// продвигаясь в сторону уменьшения адресов
ULONG CheckImageSize; // ограничение на размер получаемого в итоге модуля
ULONG* pOldImageSize; // исходный размер модуля
ULONG* pOldImageBase; // исходный базовый адрес модуля
ULONG* pNewIinageSize; // ноеый размер модуля
ULONG* pNfiwImageRase; // новый базовый адрес модуля
ULONG TirneStamp); // новая временная мегка модуля
Когдя Вы запускаете утилиту Rebase, указывая ей несколько файлов, она выполняет следующие операции.
Rebase — отличная утилита, и я настоятельно рекомендую Вам пользоваться ею. Вы должны запускать ее ближе к концу цикла сборки, когда уже созданы все модули приложения. Кроме того, применяя утилиту Rebase, можно проигнорировать настройку базового адреса в диалоговом окне Pro)cct Settings. Она автоматически изменит базовый адрес 0x10000000 для DLL, задаваемый компоновщиком по умолчанию
Но ни при каких обстоятельствах не модифицируйте базовые адреса системных модулей. Их адреса уже оптимизированы Microsoft, так что при загрузке в одно адресное пространство системные модули не перекрываются
Я, кстати, добавил специальный инструмент в свою программу ProcessInfoexe (см. главу 4) Он показывает список всех модулей, находящихся в адресном пространстве процесса. В колонке BaseAddr сообщается виртуальный адрес, по которому загружен модуль. Справа от BaseAddr расположена колонка ImagAddr Обычно оиа пуста, указывая, что соответствующий модуль загружен по его предпочтительному базовому адресу. Так и должно быть для всех модулей Однако, ссли в этой колонке присутствует адрес в скобках, значит, модуль загружен не по предпочтительному базовому адресу, и в колонке ImagAddr показывается базовый адрес, взятый из заголовка его файла на диске.
Ниже приведена информация о процессе Acrord32.exe, предоставленная моей программой ProcessInfo Обратите внимдние, что часть модулей загружена по предпочтительным базовым адресам, а часть — нет. Для последних сообщается один и тот же базовый адрес, 0x10000000; значит, автор этих DLL не подумал о проблемах модификации базовых адресов — пусть ему будет стыдно.
