替换运行中的文件

by dancefire: dancefire at 263 dot net

2004/06/17

这是今天瞎琢磨的一点收获。

一、引入

凡事总喜欢刨根问底，一直问自己为什么，问到实在没什么可问了为止，当然也有问到自己是在懒得再问了为止的时候。因为一个软件的自动更新老出问题，有时候出现无法自动更新，分析后发现原来是在替换正在运行的程序时出了问题。无知的我就开始对替换正在运行中的程序的方法进行分析。

虽大言不惭自称深入浅出，其实只不过对一个问题想深入进去，分析到自己因技术不佳无法继续分析的时候，浅浅的出来而已。但是仍旧希望这篇文章能够对和我一样思考这个问题的人有一点点帮助。

言归正传，首先从xfocus的bgate的文章《在Win2000/XP上安静地替换正在使用的系统文件》中获得启发。

他对替换正在使用的系统文件进行了研究，分析了微软的一个工具zap，这个工具可以替换系统文件。经过分析后，这个工具其实是先把正在使用的文件移动到一个临时目录中去，然后再把这个文件删除，但是标记为下次启动的时候删除。此时系统文件目录已经腾出了空间，这样再把新的文件移动过来就可以了。

实现部分代码示意如下：

    if(szFileToDel[1] == ':'){
        sprintf(cTempPathName, "%c://", szFileToDel[0]);
    }
    else{
        GetModuleFileName(NULL, cFileName, 0x100);
        sprintf(cTempPathName, "%c://", cFileName[0]);
    }

    if(GetTempFileName(cTempPathName, "_@", 0, cTempFileName) == 0) return FALSE;
    if(MoveFileEx(szFileToDel, cTempFileName, MOVEFILE_REPLACE_EXISTING) == 0) return FALSE;
    if(MoveFileEx(cTempFileName, NULL, MOVEFILE_DELAY_UNTIL_REBOOT) == 0) return FALSE;
if(MoveFileEx(szSrcFile, cTempPathName) == 0) return FALSE;

其中
winbase.h:

#define MOVEFILE_REPLACE_EXISTING   0x00000001
#define MOVEFILE_COPY_ALLOWED       0x00000002
#define MOVEFILE_DELAY_UNTIL_REBOOT 0x00000004
#define MOVEFILE_WRITE_THROUGH      0x00000008

二、MoveFileEx分析

为了了解MoveFileEx()到底是如何在下次重新启动的时候进行的文件移动操作的，我查阅了操作系统源代码。
1、MoveFileEx()实际上是调用的MoveFileWithProgressW()，只不过NULL了两个回调参数。
2、MoveFileWithProgressW()中针对dwFlag=MOVEFILE_DELAY_UNTIL_REBOOT的，调用了BasepMoveFileDelayed()函数
3、BasepMoveFileDelayed()是通过修改注册表的方法，让操作系统重新启动时进行文件操作的。
它修改的键值是
HKEY_LOCAL_MACHINE/SYSTEM/CurrentControlSet/Control/Session Manager/PendingFileRenameOperations
这是一个REG_MULTI_SZ的键值。
格式是：

szDstFile/0/0
szSrcFile/0szDstFile/0/0
szSrcFile/0!szDstFile/0/0

有些文章中所说的源文件和目标文件中间是换行，这并不是最合理的，虽然也可以，中间是Unicode的/0，也就是 00 00

而且需要注意的是，如果指定了MOVEFILE_REPLACE_EXISTING属性的话，目标文件前会加注一个叹号。

这个键值我是在分析完源代码后，才发现原来MSDN中已经给出这个键值了。

后来我打开我的这个键值，发现里面有一堆，还没有来得及删除的文件，在等着我下一次重新启动的时候删除呢。

根据关于MOVEFILE_DELAY_UNTIL_REBOOT的解释，操作系统会在系统重新启动的时候，在Autochk检查完成后，并且在建立任何PageFile文件之前，立即进行指定的文件移动。而且要确保所要操作的文件能够被LocalSystem或者管理员组所操作。

我同时也注意到了另外一个我不熟悉的问题，就是为什么文件被移动了，但是应用程序还可以继续执行，而删除则不行。我没有细考虑这个问题，但是我感觉一定是有什么东西没有变化，比如某种链接。虽然位置变了，但是链接依旧能够跟踪到映像的位置，所以所有指向该链接的操作都是生效的。但是删除文件的时候，该链接就会被删除，从而会导致操作失败，为了避免这种失败，所以禁止删除正在被占用的文件。

三、操作系统启动过程中相关操作

关注了一下NT的启动过程，想了解系统在启动的时候是如何执行上面提到的移动或者删除行为的。

在初始化内核阶段，ntoskrnl.exe从NTLDR手中接管了控制权，在最后一步，Session Manager启动了Windows XP的高级子系统以及服务，Session Manager启动控制所有输入、输出设备以及访问显示器屏幕的Win32子系统以及Winlogon进程，初始化内核完毕。

Session Manager实际上就是smss.exe，我们经常可以在内存进程中看到他的身影。反汇编的时候，在sub_48584D01中看到XP有考虑识别的CPU有:

0 x86
1 MIPS
2 ALPHA
3 PPC
4 IA64
5 ALPHA64
other UNKNOWN

我在smss.exe里面找到了PendingFileRenameOperations，可见应该是此文件负责了在引导的时候执行其中的文件移动操作。只可惜，我没有找到何处调用了PendingFileRenameOperations，反汇编功底不佳啊。

从sysinternals.com中看到一段关于Session Manager调用PendingFileRenameOperations的话

[http://www.sysinternals.com/ntw2k/info/regboot.shtml]

After you pass the point in the log where boot and system driver initialization is complete you'll begin to see records created by the smss.exe process, which is called the Session Manager. Session Manager is the first user-mode process launched during a boot. You'll see it immediately check to see if there are any rename operations it should perform before the system is up and running by looking at the value HKLM/System/CurrentControlSet/Control/Session Manager/PendingFileRenameOperations. Next you'll see it determine what DOS device mappings it should create (e.g. COM1, LPT1), what environment variables are defined, what DLL's it "knows about" (standard DLLs in the system32 directory), and which protected subsystems it should start (e.g. OS/2, POSIX).

Session Manager typically launches Chkdsk (autocheck.exe), which is specified in the Session Manager's BootExecute value along with direction to run other boot-time native applications. After Autocheck finishes Session Manager starts Winlogon and the Win32 subsystem (CSRSS.EXE). Both of these generate interleaved Registry accesses as they start up concurrently. Winlogon can be seen querying the .Default key's display settings, including colors and mouse settings under HKU/.Default/Control Panel. The .Default key's contents are user preferences that are active when no one is logged in, and Winlogon uses them for the screen on which it displays the logon dialog box.

不过这个和微软所说的先Autochk，然后再PendingFileRenameOperations，不同。

从另一份文档中(http://freehost02.websamba.com/brittanyfoo/BootProcess.html)，提到了初始化进程问题：

Smss 的主线程进行以下的初始化步骤：

1、创建 LPC 端口对象( /SmApiPort )和两个等待客户请求的线程。客户请求包括装载一个新的子系统或者创建一个会话等。

2、为 MS-DOS 设备名，如 COM1 和 LPT1 定义符号链接。

3、如果安装了终端服务（Terminal Services），在对象管理器的名字空间创建 /Sessions 目录。

4、运行 HKLM/SYSTEM/CurrentControlSet/ Control/Session Manager/BootExecute 定义的程序，典型的是运行 Autochk （Chkdsk在引导其间的版本）。

5、按照 HKLM/SYSTEM/CurrentControlSet/Control/Session Manager/PendingFileRenameOperations 的指令，进行延迟文件改名操作。挂起文件删除在 PendingFileRenameOperations2 。

6、打开已知的 DLL 。

7、创建另外的分页文件。

8、初始化注册表。配置管理器刷新注册表， 为HKLM/SAM, HKLM/SECURITY, 和 HKLM/SOFTWARE 关键字装载注册文件。HKLM/SYSTEM/ CurrentControlSet/Control/hivelist 在硬盘上搜索注册表文件，配置管理器在 /Winnt/System32/Config 寻找。

9、创建系统环境变量。

10、装载Win32子系统内核模式部分（Win32k.sys）。Smss 在 HKLM/SYSTEM/CurrentControlSet/Control/Session Manager 下寻找 Win32k.sys 和其它要装载组件的路径，确定它们的位置。Win32k.sys 中的初始化代码使用视频驱动程序，屏幕的分辨率转换到缺省概貌文件定义的值。因此，屏幕从引导视频驱动程序使用的VGA模式转到系统选择的缺省的分辨率。

11、启动子系统进程，包括 Csrss 。

12、启动登陆进程 (Winlogon) 。

13、为调试事件信息创建LPC口(DbgSsApiPort 和 DbgUiApiPort)，并创建监听这些口的线程。

这个算是描述最清楚的了。

四、总结

至此，对替换正在使用中的文件有了初步的理解。

既MoveFileExW -> MoveFileWithProgressW -> BasepMoveFileDelayed -> HKLM/System/CurrentControlSet/Control/Session Manager/PendingFileRenameOperations

然后，ntldr引导，ntoskrnl.exe结果引导权，启动smss.exe(Session Manager)，在Autochk之后，检查PendingFileRenameOperations，然后执行其中的文件替换操作。最后smss启动Winlogon进程，允许用户登录。

因此此种方法可以替换几乎所有的系统文件，因为smss是系统的第一个UserMode的进程，此时被使用的文件极少，不可能有人在它之前占用文件。

如果是替换系统文件的话，比如smss.exe，就使用微软的办法，先把smss.exe移动到临时文件夹去，然后把新的smss.exe放到正确的目录中。把临时文件家里的smss.exe移动到NULL，并且是MOVEFILE_DELAY_UNTIL_REBOOT。这样如果系统重新启动的话，自然使用的是新的smss.exe，然后它再把临时文件夹里的垃圾清除掉即可。其实此时不清除，等起来之后再清除也是可以的了，因为已经没有东西在占用那个临时文件夹里的垃圾了。

如果是替换普通应用程序的话，只需要重新启动应用程序即可，因为此时应用程序目录里的东西已经为新的文件了。重新启动只不过是为了删除那个临时文件夹里的垃圾而已。