什么是句柄?为什么会有句柄?HANDLE

本文详细解释了Windows系统中句柄的概念及其作用,探讨了句柄如何作为索引指向内核对象,以及进程ID和HINSTANCE在系统中的具体含义。

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【前言1】已经感受到了杀气,看来来者不善,看来后续的斗争之路要多加小心。

 

【前言2】这篇文章备受好评,但是感觉进程ID和HINSTANSE说不是很清楚:)

 

【link】http://www.cppblog.com/mymsdn/archive/2009/02/19/handle-in-windows.html

 

从广义上,能够从一个数值拎起一大堆数据的东西都可以叫做句柄。句柄的英文是"Handle",本义就是"柄",只是在计算机科学中,被特别地翻译成"句柄",其实还是个"柄"。从一个小东西拎起一大堆东西,这难道不像是个"柄"吗?

然后,指针其实也是一种"句柄",只是由于指针同时拥有更特殊的含义——实实在在地对应内存里地一个地址——所以,通常不把指针说成是"句柄"。但指针也有着能从一个32位的值引用到一大堆数据的作用,这不是句柄又是什么?

Windows系统中有许多内核对象(这里的对象不完全等价于"面向对象程序设计"一词中的"对象",虽然实质上还真差不多),比如打开的文件,创建的线程,程序的窗口,等等。这些重要的对象肯定不是4个字节或者8个字节足以完全描述的,他们拥有大量的属性。为了保存这样一个"对象"的状态,往往需要上百甚至上千字节的内存空间,那么怎么在程序间或程序内部的子过程(函数)之间传递这些数据呢?拖着这成百上千的字节拷贝来拷贝去吗?显然会浪费效率。那么怎么办?当然传递这些对象的首地址是一个办法,但这至少有两个缺点:

  1. 暴露了内核对象本身,使得程序(而不是操作系统内核)也可以任意地修改对象地内部状态(首地址都知道了,还有什么不能改的?),这显然是操作系统内核所不允许的;
  2. 操作系统有定期整理内存的责任,如果一些内存整理过一次后,对象被搬走了怎么办?

所以,Windows操作系统就采用进一步的间接:在进程的地址空间中设一张表,表里头专门保存一些编号和由这个编号对应一个地址,而由那个地址去引用实际的对象,这个编号跟那个地址在数值上没有任何规律性的联系,纯粹是个映射而已。

在Windows系统中,这个编号就叫做"句柄"。

 

Handle在Windows中的含义很广泛,以下关于谈到的Handle除非特别说明,将仅限于进程、线程的上下文中。

1、先来谈谈Handle

Handle本身是一个32位的无符号整数,它用来代表一个内核对象。它并不指向实际的内核对象,用户模式下的程序永远不可能获得一个内核对象的实际地址(一般情况下)。那么Handle的意义何在?它实际上是作为一个索引在一个表中查找对应的内核对象的实际地址。那么这个表在哪里呢?每个进程都有这样的一个表,叫句柄表。该表的第一项就是进程自己的句柄,这也是为什么你调用GetCurrentProcess()总是返回0x7FFFFFFF原因。

简单地说,Handle就是一种用来"间接"代表一个内核对象的整数值。你可以在程序中使用handle来代表你想要操作的内核对象。这里的内核对象包括:事件(Event)、线程、进程、Mutex等等。我们最常见的就是文件句柄(file handle)。

另外要注意的是,Handle仅在其所属的进程中才有意义。将一个进程拥有的handle传给另一个进程没有任何意义,如果非要这么做,则需要使用DuplicateHandle(),在多个进程间传递Handle是另外一个话题了,与这里要讨论的无关。

2、进程ID

首先,进程ID是一个32位无符号整数,每个进程都有这样的一个ID,并且该ID在系统范围内是唯一的。系统使用该ID来唯一确定一个进程。

深入些说,系统可能使用进程ID来计算代表该进程的内核对象的基地址(及EPROCESS结构的基地址),具体的计算公式你可以去问微软的OS开发人员。

3、HINSTANCE

HINSTANCE也是一个32无符号整数,它表示程序加载到内存中的基地址。

在编程和操作系统中,输出句柄(Output Handle)是一种用于标识输出资源的特殊标识符,它允许程序与操作系统或外部资源进行数据交互。具体来说,输出句柄通常指向一个文件、设备、窗口或其他数据流,程序可以通过该句柄将数据写入目标资源。这种机制的核心在于抽象化底层资源的复杂性,使得程序能够以统一的方式处理输出操作。 在操作系统层面,输出句柄常用于管理标准输出(如控制台输出)、文件输出或设备输出。例如,在Windows系统中,标准输出的句柄可以通过特定的API获取,并用于向控制台窗口写入数据。这种方式使得程序能够直接控制输出的位置和内容,而无需关心底层内存地址或设备的具体实现细节[^4]。 在编程中,输出句柄通常被封装为一种对象或结构,以提供更灵活的使用方式。例如,在面向对象的设计中,可以将文件句柄封装为一个类,提供统一的输出方法。这种封装不仅简化了代码的使用,还增强了程序的可维护性和扩展性。以下是一个简单的代码示例,展示了如何通过封装输出句柄来实现灵活的输出机制: ```perl sub output_method { my ($self, @args) = @_; my $output_fh = $self->get_output_fh; print $output_fh @args; } sub get_output_fh { my ($self) = @_; return $self->{output_fh} || *STDOUT{IO}; } sub set_output_fh { my ($self, $fh) = @_; $self->{output_fh} = $fh; } ``` 在上述代码中,`output_method` 方法通过调用 `get_output_fh` 获取输出句柄,并使用 `print` 将数据写入目标输出流。`get_output_fh` 方法检查是否已经设置了自定义的输出句柄,如果没有,则使用默认的标准输出句柄 `*STDOUT{IO}`。`set_output_fh` 方法允许动态设置输出句柄,从而实现灵活的输出目标切换[^3]。 此外,输出句柄的设计也与操作系统的缓冲区机制密切相关。缓冲区(Buffer)用于临时存储数据,以提高输入输出操作的效率。输出句柄在写入数据时,通常会将数据先写入缓冲区,待缓冲区满或程序主动刷新缓冲区时,再将数据写入目标资源。这种方式减少了直接访问外部资源的频率,从而提高了性能[^2]。 总之,输出句柄在编程和操作系统中扮演了重要的角色,它不仅简化了程序与外部资源的交互方式,还提供了高效的输出管理机制。
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