📄 结构化异常处理.htm
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<title>混沌星辰游戏开发基地</title>
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<table width="777" height="255" border="0" align="center" cellpadding="0" cellspacing="0">
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<td bgcolor="#CCCCCC"><img src="image/001.gif" width="1" height="1"></td>
<td width="775" align="center" valign="top"> <img src="image/001.gif" width="1" height="1"> <font color="#666666"> </font>
<table width="90%" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0">
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<td height="40" align="center" class="bt">结构化异常处理(seh) </td>
</tr>
<tr>
<td height="20" align="center" class="zw">作者：tiamo 来源：金点时空 </td>
</tr>
<tr>
<td height="20" align="center" class="zw"> </td>
</tr>
<tr>
<td class="zw"> 毕业的事情终于要搞定了,几个月前就答应要写这么一个文章,现在补上.
<br> 结构化异常处理是一种操作系统提供的机制,用来优化程序的结构,提供更加健壮的程序执行环境.试想想你写程序不用考虑哪里有个内存访问错误,哪里有个空指针等等一类的错误,一直按照程序的逻辑结构向下写,而不用去检查函数是否成功,这会是多么愉悦的事情(这个乃是seh的宣传词,不代表我的观点,这里完全是无责任应景之语).
<br> 结构化异常处理---seh,是一个操作系统级的概念,操作系统为每个线程(windows平台线程是系统调度的基本单元)维护一个异常处理链表,当有异常发生的时候,控制权转移到操作系统手上,操作系统按照一定的方式遍历这个链表,寻找合适的处理函数,执行处理工作,并且进行堆栈的unwind.
<br> 在user mode的线程运行的时候,操作系统让fs寄存器指向线程的环境块(teb),这个teb是一个user mode可访问的数据结构,在他的开头嵌入一个叫NT_TIB结构的tib(线程信息块),这个tib里面保存着seh要用到的链表.
<br> struct _TEB
<br> {
<br> NT_TIB NtTib;
<br> ......
<br> };
<br>
<br> struct NT_TIB
<br> {
<br> EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD *ExceptionList;
<br> .....
<br> };
<br>
<br> struct EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD
<br> {
<br> EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD *Next;
<br> enum _EXCEPTION_DISPOSITION (*Handler)( _EXCEPTION_RECORD *ExceptionRecord,void * EstablisherFrame,_CONTEXT *ContextRecord,void * DispatcherContext);
<br> };
<br>
<br> 在线程运行的时候fs段就指向的是TEB结构.这个能在下面的汇编代码里面看到.
<br> 先具体的说说究竟异常发生的时候操作系统都作了什么吧.
<br> 首先要明白什么是异常,顾名思意,异常就是不寻常的地方(-.-b),cpu在遇到异常的时候,会引发一个中断,操作系统会获取到控制权(具体的情况,我就不能在这里详细的描述了),在经过必要的保存现成等一系列动作以后,操作系统通过fs索引到TEB,也就是TIB,然后访问到ExceptionList,调用他里面的handler函数指针指向的函数,如果函数返回了,就检查函数的返回值,如果返回值表示他不能处理这个异常,那么就通过Next指针索引到下一个record,重复,到了链表的尽头了,还是没有人能处理,就自动的kill掉这个线程.
<br><div style='float:center' class='Affix'><center><img border=0 src='exceptionfig02.gif'></center></div>
<br> 那那个handler是从哪里来的呢?是应用程序在执行的时候给安装的,也许你已经知道了,那个handler一般都指向了一个叫_except_handler3 的函数,从上面已经看出来了,这个函数是整个seh的关键,下面会详细的介绍这个函数.
<br>
<br> 在c语言里面,seh的语法是__try....__except....__finally这样构成的(具体的语法,这里也不详细说了),大家都知道,c语言是会转编译成机器语言,然后由cpu指向的,那这样的一个__try结构都会被转换成什么样子的机器语言呢?和他对等的汇编语言是什么样子的呢?因为seh涉及到太多的底层,特别是内存布局是非常重要的,所以这里必须要讲讲这个转换的过程.
<br>
<br> 编译器遇到了一个__try结构,他就知道应该要进行seh代码生成了,也就是要完成上面的那个EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD的链接,
<br> push _except_handler3 ;这个record构造在栈上面
<br> mov eax,fs:[0] ;原来的record
<br> push eax
<br> mov fs:[0],esp
<br>
<br> 这个代码执行完了,堆栈是什么样子的呢?(低地址在上,高地址在下)
<br>
<br> |原来的record指针| fs:[0]指向这里
<br> |现在的hanlder|
<br>
<br> 正好构成一个record结构,也正好和原来的list连接到了一起.正好满足操作系统的要求.
<br>
<br> 看明白编译器怎么安排record以后,我们就要来看真正的handler了,相对的讲,每个handler都要作不同的事情,如果为每个try都生成一份处理的handler的话,会非常的麻烦,所以vc在实现的时候,让handler指向同一个函数,但是这样一来,handler本身的功能实现就复杂了,因为他必须要区分开究竟当前的异常是属于哪个try的,是属于哪个函数的,这就必须要建立适当的数据结构来让handler获取到这份信息,才能进行正确的处理.
<br>
<br> vc为每个函数维护一个叫scopetable的数据结构,他记载着函数里面使用的try的情况.
<br>
<br> typedef struct _SCOPETABLE
<br> {
<br> DWORD previousTryLevel;// 上一个try链表指针
<br> DWORD lpfnFilter;// __except后面的小括号里面的代码地址
<br> DWORD lpfnHandler;//__except下面的大括号里面的代码地址
<br> } SCOPETABLE, *PSCOPETABLE;
<br>
<br> vc在生成代码的时候,为每个函数都生成了一份scopetable数组,在建立seh record的时候把这个table的指针也放入到堆栈中,同时把当前的trylevel也放如到了堆栈里面,这样__except_handler3就能访问到这些数据,就能正确的处理异常.
<br>
<br> 首先解释下什么是trylevel,trylevel是一个标识,他标记了当前代码执行的位置,他实际上指示了当前位于哪个try里面.
<br> int i = 0;// trylevel = -1
<br> __try
<br> {
<br> i = 1;//执行这个代码之前,让trylevel = 0
<br> __try
<br> {
<br> i = 2;//执行这个代码之前,让trylevel = 1
<br> }
<br> __except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
<br> {
<br> i = 3;
<br> }
<br> __try
<br> {
<br> i = 4;//执行这个代码之前,让trylevel = 2
<br> }
<br> __except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
<br> {
<br> i = 5;
<br> }
<br> }
<br> __except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
<br> {
<br> i = 6;
<br> }
<br> 请无视i这个变量,它完全是为了代码里面有内容而存在.
<br>
<br> trylevel这个就是用来标记当前代码位于哪个try里面,这个值会作为一个下标索引到scopetable里面,scopetable里面就记录了当前try对应的__except表达式,以及except的处理代码的地址.scopetable里面还有一个prevtrylevel成员,它把try block链接起来了,用于向上搜索处理句柄用,比如上面的代码,如果i=2的try里面发生了异常,首先查看的是它对应的__except,这个能从trylevel索引到scopetable得到,如果没有处理,就应该查看上一个try对应的except,也就是i=6的那个,但是怎么知道这个try所在的scopetable呢(因为处理函数和过滤函数地址都记录在table里面),这个就是prevtrylevel的用处了,刚刚的那个table里面的prevtrylevel = 0,这样就索引到了第一个try的scopetable,正是我们要找的.你马上就会想到,i=4对应的scopetable里面的prevtrylevel也是等于0的,yes,you are right.只要你明白了这个部分的道理,剩下的就容易多了.
<br>
<br> 接下来看看真正的汇编代码是怎么生成的.在函数代码的开头,一般是这样的
<br> push ebp
<br> mov ebp,esp
<br> push 0ffffffffh ; 这里就是trylevel了
<br> push xxxx ;这个就是scopetable数组的指针了
<br> push __except_handler3
<br> push fs:[0]
<br> mov fs:[0],esp
<br> sub ebp,20h ;这里不一定是这个数字,它跟函数使用的局部变量有关系
<br>
<br> // 以后碰到try语句的话,就
<br> mov [ebp-4],1;也许是2,也许是3,你应该明白这里的值是干什么用的了吧
<br>
<br> 可以看到,除了handler以外还设置了trylevel和scopetable的指针,因为这个要在handler里面使用.你也许要奇怪了,handler里面怎么获取到trylevel和scopetable的指针呢?这个得看看内存布局了.
<br>
<br> [ebp-0] = prev ebp
<br> [ebp-4] = trylevel
<br> [ebp-8] = scopetable pointer
<br> [ebp-0c] = handler
<br> [ebp-10] = prev registration record
<br>
<br> 啊...如果我们有record的指针的话,向前访问就能访问到trylevel他们了呀,yes,record的指针会作为一个参数传递给你的,这个确实就是访问trylevel等等变量的方式.
<br>
<br> 在说最后一个事情,然后就进入handler函数本体,你应该知道GetExceptionInformation()跟GetExceptionCode()函数吧,你也许很奇怪msdn里面提到说他们只能使用在某些地方,为什么呢?因为他们实现代码非常的奇怪
<br>
<br> GetExceptionInformation的实现代码
<br> mov eax,[ebp-14]
<br> ret
<br> 你应该知道eax是保存函数的返回值的,也就是说这个函数只是返回了[ebp-14]的值,而且它并没有设置ebp的值(ebp是一个函数的frame pointer,你也应该知道,ebp-xx多少情况下是表示了一个函数的局部变量),也就是说它返回的是调用者的某个局部变量的值.呵呵,这里其实跟trylevel差不多的.vc在建立代码的时候保留了这样一个空间,而handler在执行的时候动态的设置了这个值,指向了合适的地址.
<br>
<br> ok,进入handler本体吧,先看它的几个参数,第一个不用说了,操作系统会帮你填充这个值,并且你能用GetExceptionInformation获取到这些信息,第二个是个void*参数,实际上,操作系统把当前的registeration record地址传递给了你,这个是一个很关键的指针,第三个也不用多说,它是一个跟体系结构有关系的context.最后一个参数有些时候其实也指向了scopetable,不过这个参数并没有使用到.
<br>
<br> 下面给出handler的伪代码,在这之前,我们先看看handler都要作些什么.
<br>
<br> handler主要的任务就是要查找合适的__except语句,检查它的返回值,如果是EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER(当然还有continue execute)的话就要执行except后面的代码,否则的转到上一个继续搜索,至于怎么转到上一个try,上面已经说得很清楚了.
<br> handler还要处理一种情况,就是进行unwind.操作系统会两次得调用你得handler函数,在第一个参数得某个成员里面告诉你要作的是查找处理还是进行unwind.
<br>
<br> // 对比上面的布局想想这个结构的由来
<br> struct _EXCEPTION_REGISTRATION
<br> {
<br> struct _EXCEPTION_REGISTRATION *prev;
<br> void (*handler)(PEXCEPTION_RECORD,PEXCEPTION_REGISTRATION,PCONTEXT,PEXCEPTION_RECORD);
<br> struct scopetable_entry *scopetable;
<br> int trylevel;
<br> int _ebp;
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