ReactOS-Freeldr镜像加载_ldrprocessrelocationblock-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/cradiator/article/details/6531363

该博客详细解析了ReactOS中WinLdrLoadImage函数加载PE文件的过程，包括加载PE头、分配内存、处理节表、重定位镜像等步骤，确保x86可执行文件正确执行。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Freeldr中镜像加载相关的操作在Freeldr/Freeldr/windows/Peloader.c文件中。

首先来看看如何加载一个PE镜像。这个操作在WinLdrLoadImage函数中。

这个函数的三个参数分别为镜像的Arc路径FileName, 镜像所处内存的内存属性MemoryType, 加载后镜像的基地址由ImageBasePA返回。

BOOLEAN
WinLdrLoadImage(IN PCHAR FileName,
TYPE_OF_MEMORY MemoryType,
OUT PVOID *ImageBasePA)
{
......
/* 在屏幕中央显示 Loading xxx... */
sprintf(ProgressString, "Loading %s...", strchr(FileName, '//') + 1);
UiDrawBackdrop();
UiDrawProgressBarCenter(1, 100, ProgressString);
/*打卡Arc路径的文件，并读取前两个sector。用来读取PE头*/
Status = ArcOpen(FileName, OpenReadOnly, &FileId);
if (Status != ESUCCESS)
{
//UiMessageBox("Can not open the file");
return FALSE;
}
Status = ArcRead(FileId, HeadersBuffer, SECTOR_SIZE * 2, &BytesRead);
if (Status != ESUCCESS)
{
UiMessageBox("Error reading from file");
ArcClose(FileId);
return FALSE;
}
/* 获得NT头指针 */
NtHeaders = RtlImageNtHeader(HeadersBuffer);
if (!NtHeaders)
{
UiMessageBox("Error - no NT header found");
ArcClose(FileId);
return FALSE;
}
/* 检测是否是可执行镜像 */
if (((NtHeaders->FileHeader.Characteristics & IMAGE_FILE_EXECUTABLE_IMAGE) == 0))
{
UiMessageBox("Not an executable image");
ArcClose(FileId);
return FALSE;
}
/* 从PE头中获得section数量, 并且获得节表的首地址 */
NumberOfSections = NtHeaders->FileHeader.NumberOfSections;
SectionHeader = IMAGE_FIRST_SECTION(NtHeaders);
/* 首先以PE头中的ImageBase为基地址申请存放镜像的内存, 如果失败就从任意地址申请内存 */
PhysicalBase = MmAllocateMemoryAtAddress(NtHeaders->OptionalHeader.SizeOfImage,
(PVOID)((ULONG)NtHeaders->OptionalHeader.ImageBase & (KSEG0_BASE - 1)),
MemoryType);
if (PhysicalBase == NULL)
{
/* It's ok, we don't panic - let's allocate again at any other "low" place */
PhysicalBase = MmAllocateMemoryWithType(NtHeaders->OptionalHeader.SizeOfImage, MemoryType);
if (PhysicalBase == NULL)
{
//Print(L"Failed to alloc pages for image %s/n", FileName);
UiMessageBox("Failed to alloc pages for image");
ArcClose(FileId);
return FALSE;
}
}
/* 对于x86而言PaToVa直接返回PhysicalBase */
VirtualBase = PaToVa(PhysicalBase);
/* 把PE头全部读入申请的内存 */
Position.HighPart = Position.LowPart = 0;
Status = ArcSeek(FileId, &Position, SeekAbsolute);
if (Status != ESUCCESS)
{
UiMessageBox("Error seeking to start of file");
ArcClose(FileId);
return FALSE;
}
Status = ArcRead(FileId, PhysicalBase, NtHeaders->OptionalHeader.SizeOfHeaders, &BytesRead);
if (Status != ESUCCESS)
{
//Print(L"Error reading headers %s/n", FileName);
UiMessageBox("Error reading headers");
ArcClose(FileId);
return FALSE;
}
/* 获得刚刚读入的完整的PE头 */
NtHeaders = RtlImageNtHeader(PhysicalBase);
/* 获得节表 */
SectionHeader = IMAGE_FIRST_SECTION(NtHeaders);
/* 输出PysicalBase地址 */
*ImageBasePA = PhysicalBase;
/* 按照节表要求, 把节读入物理内存 */
for (i = 0; i < NumberOfSections; i++)
{
VirtualSize = SectionHeader->Misc.VirtualSize;
SizeOfRawData = SectionHeader->SizeOfRawData;
/* Handle a case when VirtualSize equals 0 */
if (VirtualSize == 0)
VirtualSize = SizeOfRawData;
/* If PointerToRawData is 0, then force its size to be also 0 */
if (SectionHeader->PointerToRawData == 0)
{
SizeOfRawData = 0;
}
else
{
/* Cut the loaded size to the VirtualSize extents */
if (SizeOfRawData > VirtualSize)
SizeOfRawData = VirtualSize;
}
/* Actually read the section (if its size is not 0) */
if (SizeOfRawData != 0)
{
/* Seek to the correct position */
Position.LowPart = SectionHeader->PointerToRawData;
Status = ArcSeek(FileId, &Position, SeekAbsolute);
DPRINTM(DPRINT_PELOADER, "SH->VA: 0x%X/n", SectionHeader->VirtualAddress);
/* Read this section from the file, size = SizeOfRawData */
Status = ArcRead(FileId, (PUCHAR)PhysicalBase + SectionHeader->VirtualAddress, SizeOfRawData, &BytesRead);
if (Status != ESUCCESS)
{
DPRINTM(DPRINT_PELOADER, "WinLdrLoadImage(): Error reading section from file!/n");
break;
}
}
/* Size of data is less than the virtual size - fill up the remainder with zeroes */
if (SizeOfRawData < VirtualSize)
{
DPRINTM(DPRINT_PELOADER, "WinLdrLoadImage(): SORD %d < VS %d/n", SizeOfRawData, VirtualSize);
RtlZeroMemory((PVOID)(SectionHeader->VirtualAddress + (ULONG_PTR)PhysicalBase + SizeOfRawData), VirtualSize - SizeOfRawData);
}
SectionHeader++;
}
/* We are done with the file - close it */
ArcClose(FileId);
/* If loading failed - return right now */
if (Status != ESUCCESS)
return FALSE;
/* 如果内存镜像的基地址和PE头记录的ImageBase不同则需要重定位 */
if (NtHeaders->OptionalHeader.ImageBase != (ULONG_PTR)VirtualBase)
{
DPRINTM(DPRINT_PELOADER, "Relocating %p -> %p/n",
NtHeaders->OptionalHeader.ImageBase, VirtualBase);
return (BOOLEAN)LdrRelocateImageWithBias(PhysicalBase,
(ULONG_PTR)VirtualBase - (ULONG_PTR)PhysicalBase,
"FreeLdr",
TRUE,
TRUE, /* in case of conflict still return success */
FALSE);
}
return TRUE;
}

通过读取PE头获得需要的内存总量。申请SizeOfImage大小的空间, 这里并不要求内存的基地址和PE头中的ImageBase相同。申请完空间后按照PE格式要求镜像文件读入内存。

最后如果内存基地址如果和PE头中记录的ImageBase不能则需要调用LdrRelocateImageWithBias对镜像进行重定位。

函数中使用的RtlImageNtHeader函数用来根据镜像基址获得PE头, 在lib/rtl/Image.c文件中, 非常简单就不列出代码了。而ArcXxx系列的文件操作函数我们之前已经看过了。

现在重点看看Freeldr的PE重定位。重定位表指针可以从NtHeaders->OptionalHeader.DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BASERELOC]获得。它实际是一个变长结构IMAGE_BASE_RELOCATION的数组

typedef struct _IMAGE_BASE_RELOCATION {
ULONG VirtualAddress;
ULONG SizeOfBlock;
USHORT TypeOffset[(SizeOfBlock - 2 * sizeof(ULONG)) / sizeof(USHORT)]
} IMAGE_BASE_RELOCATION, *PIMAGE_BASE_RELOCATION;

首先每一个IMAGE_BASE_RELOCATION至多管理4KB内存的重定位工作。如果需要重定位的内存超过4KB那么将有多个IMAGE_BASE_RELOCATION结构。

这段内存的基地址的RVA就是VirtualAddress, 使用PysicalBase + VirtualAddress可以找到这段内存。

IMAGE_BASE_RELOCATION的结构的大小是SizeOfBlock。

结构最后是一个变成的TypeOffset数组，数组的每一个数据是一个WORD。这个WORD的低12位是着4KB内存中需要重定位地址的偏移, 所以通过PysicalBase + VirtualAddress + (TypeOffset[n] & 0x0fff)可以找到需要重定位的地址。

WORD的高4位是一个标志。

    IMAGE_REL_BASED_ABSOLUTE (0) 该地址需要按照32位对其
    IMAGE_REL_BASED_HIGH (1) 表示这个一个DWORD的高16位
    IMAGE_REL_BASED_LOW (2) 一个DWORD的低16位
    IMAGE_REL_BASED_HIGHLOW (3) 表示一个DWORD
    IMAGE_REL_BASED_HIGHADJ (4) 表示一个QWORD
    IMAGE_REL_BASED_MIPS_JMPADDR (5)        Unknown
    IMAGE_REL_BASED_SECTION (6)        Unknown
    IMAGE_REL_BASED_REL32 (7)        Unknown

下面我们来看代码
LdrRelocateImageWithBias有6个参数，BaseAddress是PE内存镜像的基地址，AdditionalBias是PE头开始的偏移，在X86建构下这个值为0。LoaderName没有使用，看名字应该是输出DEBUG输出信息时的模块名。
Success/Conflict/Invalid分别代表成功、冲突和不成功的返回值。

lib/rtl/Image.c

ULONG
NTAPI
LdrRelocateImageWithBias(
IN PVOID BaseAddress,
IN LONGLONG AdditionalBias,
IN PCCH LoaderName,
IN ULONG Success,
IN ULONG Conflict,
IN ULONG Invalid)
{
....
/*获得nt头*/
NtHeaders = RtlImageNtHeader(BaseAddress);
if (NtHeaders == NULL)
return Invalid;
/*如果没有重定位表, 返回Conflict*/
if (SWAPW(NtHeaders->FileHeader.Characteristics) & IMAGE_FILE_RELOCS_STRIPPED)
{
return Conflict;
}
/× 获得重定位表的起始和结束地址 ×/
RelocationDDir = &NtHeaders->OptionalHeader.DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BASERELOC];
if (SWAPD(RelocationDDir->VirtualAddress) == 0 || SWAPD(RelocationDDir->Size) == 0)
{
return Success;
}
Delta = (ULONG_PTR)BaseAddress - SWAPD(NtHeaders->OptionalHeader.ImageBase) + AdditionalBias;
RelocationDir = (PIMAGE_BASE_RELOCATION)((ULONG_PTR)BaseAddress + SWAPD(RelocationDDir->VirtualAddress));
RelocationEnd = (PIMAGE_BASE_RELOCATION)((ULONG_PTR)RelocationDir + SWAPD(RelocationDDir->Size));
/* 每个IMAGE_BASE_RELOCATION表项循环一次 */
while (RelocationDir < RelocationEnd &&
SWAPW(RelocationDir->SizeOfBlock) > 0)
{
Count = (SWAPW(RelocationDir->SizeOfBlock) - sizeof(IMAGE_BASE_RELOCATION)) / sizeof(USHORT);
Address = (ULONG_PTR)RVA(BaseAddress, SWAPD(RelocationDir->VirtualAddress));
TypeOffset = (PUSHORT)(RelocationDir + 1);
/* 为表里的每一个TypeOffset进行重定位 */
RelocationDir = LdrProcessRelocationBlockLongLong(Address,
Count,
TypeOffset,
Delta);
if (RelocationDir == NULL)
{
DPRINT1("Error during call to LdrProcessRelocationBlockLongLong()!/n");
return Invalid;
}
}
return Success;
}