ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА VISUAL C++

Выпуск No. 38 от 24 марта 2001 г.

Приветствую!

Сегодня мы с вами углубимся в особенности систем Windows NT/2000 - а именно, научимся создавать под них особые программы, называемые службами или сервисами.

/ / / / СТАТЬЯ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

Службы Windows NT: назначение и разработка
Зачем и как создавать службы (сервисы) Windows NT/2000.

Автор: Михаил Плакунов
Источник: СофтТерра

Службы Windows NT, общие понятия

Служба Windows NT (Windows NT service) - специальный процесс, обладающий унифицированным интерфейсом для взаимодействия с операционной системой Windows NT. Службы делятся на два типа - службы Win32, взаимодействующие с операционной системой посредством диспетчера управления службами (Service Control Manager - SCM), и драйвера, работающие по протоколу драйвера устройства Windows NT. Далее в этой статье мы будем обсуждать только службы Win32.

Применение служб

Одним из важнейших свойств службы является неинтерактивность. Типичное «поведение» службы - это незаметная для обычного пользователя работа в фоновом режиме. В силу этого службы наиболее подходят для реализации следующих типов приложений:

• Сервера в архитектуре клиент-сервер (например, MS SQL, MS Exchange Server)
• Сетевые службы Windows NT (Server, Workstation);
• Серверные (в смысле функциональности) компоненты распределенных приложений (например, всевозможные программы мониторинга).

Основные свойства служб

От обычного приложения Win32 службу отличают 3 основных свойства. Рассмотрим каждое из них.

Во-первых, это возможность корректного останова (приостанова) работы службы. Пользователь или другое приложение, использующие стандартные механизмы, имеют возможность изменить состояние службы - перевести ее из состояния выполнения в состояние паузы или даже остановить ее работу. При этом служба перед изменением своего состояния получает специальное уведомление, благодаря которому может совершить необходимые для перехода в новое состояние действия, например, освободить занятые ресурсы.

Во-вторых, возможность запуска службы до регистрации пользователя и, как следствие, возможность работы вообще без зарегистрированного пользователя. Любая служба может быть запущена автоматически при старте операционной системы и начать работу еще до того как пользователь произведет вход в систему.

И, наконец, возможность работы в произвольном контексте безопасности. Контекст безопасности Windows NT определяет совокупность прав доступа процесса к различным объектам системы и данным. В отличие от обычного приложения Win32, которое всегда запускается в контексте безопасности пользователя, зарегистрированного в данный момент в системе, для службы контекст безопасности ее выполнения можно определить заранее. Это означает, что для службы можно определить набор ее прав доступа к объектам системы заранее и тем самым ограничить сферу ее деятельности. Применительно к службам существует специальный вид контекста безопасности, используемый по умолчанию и называющийся Local System. Служба, запущенная в этом контексте, обладает правами только на ресурсы локального компьютера. Никакие сетевые операции не могут быть осуществлены с правами Local System, поскольку этот контекст имеет смысл только на локальном компьютере и не опознается другими компьютерами сети.

Взаимодействие службы с другими приложениями

Любое приложение, имеющее соответствующие права, может взаимодействовать со службой. Взаимодействие, в первую очередь, подразумевает изменение состояния службы, то есть перевод ее в одно из трех состояний - работающее (Запуск), приостанов (Пауза), останов и осуществляется при помощи подачи запросов SCM. Запросы бывают трех типов - сообщения от служб (фиксация их состояний), запросы, связанные с изменением конфигурации службы или получением информации о ней и запросы приложений на изменение состояния службы.

Для управления службой необходимо в первую очередь получают ее дескриптор с помощью функции Win32 API OpenService. Функция StartService запускает службу. При необходимости изменение состояния службы производится вызовом функции ControlService.

База данных службы

Информация о каждой службе хранится в реестре - в ключе HKLM \ SYSTEM \ CurrentControlSet \ Services \ ServiceName. Там содержатся следующие сведения:

• Тип службы. Указывает на то, реализована ли в данном приложении только одна служба (эксклюзивная) или же их в приложении несколько. Эксклюзивная служба может работать в любом контексте безопасности. Несколько служб внутри одного приложения могут работать только в контексте LocalSystem.
• Тип запуска. Автоматический - служба запускается при старте системы. По требованию - служба запускается пользователем вручную. Деактивированный - служба не может быть запущена.
• Имя исполняемого модуля (EXE-файл).
• Порядок запуска по отношению к другим службам. В некоторых случаях для корректной работы службы требуется, чтобы была запущена одна или несколько других служб. В этом случае в реестре содержится информация о службах, запускаемых перед данной.
• Контекст безопасности выполнения службы (сетевое имя и пароль). По умолчанию контекст безопасности соответствует LocalSystem.

Приложения, которым требуется получить информацию о какой-либо службе или изменить тот или иной параметр службы, по сути должны изменить информацию в базе данных службы в реестре. Это можно сделать посредством соответствующих функций Win32 API:

• OpenSCManager, CreateService, OpenService, CloseServiceHandle - для создания (открытия) службы;
• QueryServiceConfig, QueryServiceObjectSecurity, EnumDependentServices, EnumServicesStatus - для получения информации о службе;
• ChangeServiceConfig, SetServiceObjectSecurity, LockServiceDatabase, UnlockServiceDatabase, QueryServiceLockStatus - для изменения конфигурационной информации службы.

Внутреннее устройство службы.

Для того, чтобы «быть службой», приложение должно быть устроено соответствующим образом, а именно - включать в себя определенный набор функций (в терминах C++) с определенной функциональностью. Рассмотрим кратко каждую из них.

Функция main

Как известно функция main - точка входа любого консольного Win32 приложения. При запуске службы первым делом начинает выполняться код этой функции. Втечение 30 секунд с момента старта функция main должна обязательно вызвать StartServiceCtrlDispatcher для установления соединения между приложением и SCM. Все коммуникации между любой службой данного приложения и SCM осуществляются внутри функции StartServiceCtrlDispatcher, которая завершает работу только после остановки всех служб в приложении.

Функция ServiceMain

Помимо общепроцессной точки входа существует еще отдельная точка входа для каждой из служб, реализованных в приложении. Имена функций, являющихся точками входа служб (для простоты назовем их всех одинаково - ServiceMain), передаются SCM в одном из параметров при вызове StartServiceCtrlDispatcher. При запуске каждой службы для выполнения ServiceMain создается отдельный поток.

Получив управление, ServiceMain первым делом должна зарегистрировать обработчик запросов к службе, функцию Handler, свою для каждой из служб в приложении. После этого в ServiceMain обычно следуют какие-либо действия для инициализации службы - выделение памяти, чтение данных и т.п. Эти действия должны обязательно сопровождаться уведомлениями SCM о том, что служба все еще находится в процессе старта и никаких сбоев не произошло. Уведомления посылаются при помощи вызовов функции SetServiceStatus. Все вызовы, кроме самого последнего должны быть с параметром SERVICE_START_PENDING, а самый последний - с параметром SERVICE_RUNNING. Периодичность вызовов определяется разработчиком службы, исходя их следующего условия: продолжительность временного интервала между двумя соседними вызовами SetServiceStatus не должна превышать значения параметра dwWaitHint, переданного SCM при первом из двух вызовов. В противном случае SCM, не получив во-время очередного уведомления, принудительно остановит службу. Такой способ позволяет избежать ситуации «зависания» службы на старте в результате возникновения тех или иных сбоев (вспомним, что службы обычно неинтерактивны и могут запускаться в отсутствие пользователя). Обычная практика заключается в том, что после завершения очередного шага инициализации происходит уведомление SCM.

Функция Handler

Как уже упоминалось выше, Handler - это прототип callback-функции, обработчика запросов к службе, своей для каждой службы в приложении. Handler вызывается, когда службе приходит запрос (запуск, приостанов, возобновление, останов, сообщение текущего состояния) и выполняет необходимые в соответствии с запросом действия, после чего сообщает новое состояние SCM.

Один запрос следует отметить особо - запрос, поступающий при завершении работы системы (Shutdown). Этот запрос сигнализирует о необходимости выполнить деинициализацию и завершиться. Microsoft утверждает, что для завершения работы каждой службе выделяется 20 секунд, после чего она останавливается принудительно. Однако тесты показали, что это условие выполняется не всегда и служба принудительно останавливается до истечения этого промежутка времени.

Система безопасности служб

Любое действие над службами требует наличия соответствующих прав у приложения. Все приложения обладают правами на соединение с SCM, перечисление служб и проверку заблокированности БД службы. Регистрировать в сиситеме новую службу или блокировать БД службы могут только приложения, обладающие административными правами.

Каждая служба имеет дескриптор безопасности, описывающий какие пользователи имеют права на ту или иную операцию. По умолчанию:

• Все пользователи имеют права SERVICE_QUERY_CONFIG, SERVICE_QUERY_STATUS, SERVICE_ENUMERATE_DEPENDENTS, SERVICE_INTERROGATE и SERVICE_USER_DEFINED_CONTROL;
• Пользователи, входящие в группу Power Users и учетная запись LocalSystem дополнительно имеют права SERVICE_START, SERVICE_PAUSE_CONTINUE и SERVICE_STOP;
• Пользователи, входящие в группы Administrators и System Operators имеют право SERVICE_ALL_ACCESS.

Службы и интерактивность

По умолчанию интерактивные службы могут выполняться только в контексте безопасности LocalSystem. Это связано с особенностями вывода на экран монитора в Windows NT, где существует, например, такой объект как “Desktop”, для работы с которым нужно иметь соответствующие права доступа, которых может не оказаться у произвольной учетной записи, отличной от LocalSystem. Несмотря на то, что в подавляющем большинстве случаев это ограничение несущественно однако иногда существует необходимость создать службу, которая выводила бы информацию на экран монитора и при этом выполнялась бы в контексте безопасности отличном от LocalSystem, например, серверная компонента приложения для запуска приложений на удаленном компьютере.

Следующий фрагмент кода иллюстрирует такую возможность.

// Функция, аналог MessageBox Win32 API
int ServerMessageBox(RPC_BINDING_HANDLE h, LPSTR lpszText,
 LPSTR lpszTitle, UINT fuStyle)
{
 DWORD dwThreadId;
 HWINSTA hwinstaSave;
 HDESK hdeskSave;
 HWINSTA hwinstaUser;
 HDESK hdeskUser;
 int result;

 // Запоминаем текущие объекты “Window station” и “Desktop”.
 GetDesktopWindow();
 hwinstaSave = GetProcessWindowStation();
 dwThreadId = GetCurrentThreadId();
 hdeskSave = GetThreadDesktop(dwThreadId);

 // Меняем контекст безопасности на тот,
 // который есть у вызавшего клиента RPC
 // и получаем доступ к пользовательским
 // объектам “Window station” и “Desktop”.
 RpcImpersonateClient(h);
 hwinstaUser = OpenWindowStation(“WinSta0”,
 FALSE, MAXIMUM_ALLOWED);
 if (hwinstaUser == NULL)
 {
 RpcRevertToSelf();
 return 0;
 }
 SetProcessWindowStation(hwinstaUser);
 hdeskUser = OpenDesktop(“Default”, 0, FALSE, MAXIMUM_ALLOWED);
 RpcRevertToSelf();
 if (hdeskUser == NULL)
 {
 SetProcessWindowStation(hwinstaSave);
 CloseWindowStation(hwinstaUser);
 return 0;
 }
 SetThreadDesktop(hdeskUser);

 // Выводим обычное текстовое окно.
 result = MessageBox(NULL, lpszText, lpszTitle, fuStyle);

 // Восстанавливаем сохраненные объекты
 // “Window station” и “Desktop”.
 SetThreadDesktop(hdeskSave);
 SetProcessWindowStation(hwinstaSave);
 CloseDesktop(hdeskUser);
 CloseWindowStation(hwinstaUser);

 return result;
}

В этом фрагменте в ответ на запрос, посланный клиентской частью приложения последством RPC, служба выводит текстовое сообщение на экран монитора.

Пример службы (ключевые фрагменты)

Рассмотрим на примере ключевые фрагменты приложения на языке С++, реализующего службу Windows NT. Для наглядности несущественные части кода опущены.

Функция main

Вот как выглядит код функции main:

void main()
{
 SERVICE_TABLE_ENTRY steTable[] =
 {
 {SERVICENAME, ServiceMain},
 {NULL, NULL}
 };

 // Устанавливаем соединение с SCM. Внутри этой функции
 // происходит прием и диспетчеризация запросов.
 StartServiceCtrlDispatcher(steTable);
}

Функция ServiceMain

Особенностью кода, содержащегося в ServiceMain, является то, что часто невозможно заранее предсказать время выполнения той или иной операции, особенно, если учесть, что ее выполнение происходит в операционной системе с вытесняющей многозадачностью. Если операция продлится дольше указанного в параметре вызова SetServiceStatus интервала времени, служба не сможет во-время отправить следующее уведомление, в результате чего SCM остановит ее работу. Примерами потенциально «опасных» операций могут служить вызовы функций работы с сетью при больших таймаутах или единовременное чтение большого количества информации с медленного носителя. Кроме того, такой подход совершенно не применим при отладке службы, поскольку выполнение программы в отладчике сопровождается большими паузами, необходимыми разработчику.

Для преодоления этой проблемы все операции по взаимодействию с SCM следует выполнять в отдельном потоке, не зависящем от действий, происходящих на этапе инициализации.

Алгоритм корректного запуска службы, использующий вспомогательный поток:

void WINAPI ServiceMain(DWORD dwArgc, LPSTR *psArgv)
{
 // Сразу регистрируем обработчик запросов.
 hSS = RegisterServiceCtrlHandler(SERVICENAME, ServiceHandler);

 sStatus.dwCheckPoint = 0;
 sStatus.dwControlsAccepted = SERVICE_ACCEPT_STOP |
 SERVICE_ACCEPT_PAUSE_CONTINUE;
 sStatus.dwServiceSpecificExitCode = 0;
 sStatus.dwServiceType = SERVICE_WIN32_OWN_PROCESS;
 sStatus.dwWaitHint = 0;
 sStatus.dwWin32ExitCode = NOERROR;

 // Для инициализации службы вызывается функция InitService();
 // Для того, чтобы в процессе инициализации система не
 // выгрузила службу, запускается поток, который раз в
 // секунду сообщает, что служба в процессе инициализации.
 // Для синхронизации потока создаётся событие.
 // После этого запускается рабочий поток, для
 // синхронизации которого также
 // создаётся событие.

 hSendStartPending = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);

 HANDLE hSendStartThread;
 DWORD dwThreadId;

 hSendStartThread = CreateThread(NULL, 0, SendStartPending,
 NULL, 0, &dwThreadId);

 //Здесь производится вся инициализация службы.
 InitService();

 SetEvent(hSendStartPending);

 if(
 WaitForSingleObject(hSendStartThread, 2000)
 != WAIT_OBJECT_0)
 {
 TerminateThread(hSendStartThread, 0);
 }

 CloseHandle(hSendStartPending);
 CloseHandle(hSendStartThread);

 hWork = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);

 hServiceThread = CreateThread(NULL, 0, ServiceFunc,
 0, 0, &dwThreadId);

 sStatus.dwCurrentState = SERVICE_RUNNING;

 SetServiceStatus(hSS, &sStatus);
}

// Функция потока, каждую секунду посылающая уведомления SCM
// о том, что процесс инициализации идёт. Работа функции
// завершается, когда устанавливается
// событие hSendStartPending.

DWORD WINAPI SendStartPending(LPVOID)
{
 sStatus.dwCheckPoint = 0;
 sStatus.dwCurrentState = SERVICE_START_PENDING;
 sStatus.dwWaitHint = 2000;

 // “Засыпаем” на 1 секунду. Если через 1 секунду
 // событие hSendStartPending не перешло
 // в сигнальное состояние (инициализация службы не
 // закончилась), посылаем очередное уведомление,
 // установив максимальный интервал времени
 // в 2 секунды, для того, чтобы был запас времени до
 // следующего уведомления.
 while (true)
 {
 SetServiceStatus(hSS, &sStatus);
 sStatus.dwCheckPoint++;
 if(WaitForSingleObject(hSendStartPending,
 1000)!=WAIT_TIMEOUT)
 break;
 }

 sStatus.dwCheckPoint = 0;
 return 0;
}

// Функция, инициализирующая службу. Чтение данных,
// распределение памяти и т.п.
void InitService()
{
 ...
}

// Функция, содержащая «полезный» код службы.
DWORD WINAPI ServiceFunc(LPVOID)
{
 while (true)
 {
 if (!bPause)
 {
 // Здесь содержится код, который как правило
 // выполняет какие-либо циклические операции...
 }

 if (WaitForSingleObject(hWork, 1000)!=WAIT_TIMEOUT)
 break;
 }

 return 0;
}

Функция Handler

А вот код функции Handler и вспомогательных потоков:

// Обработчик запросов от SCM
void WINAPI ServiceHandler(DWORD dwCode)
{
 switch (dwCode)
 {
 case SERVICE_CONTROL_STOP:
 case SERVICE_CONTROL_SHUTDOWN:
   ReportStatusToSCMgr(SERVICE_STOP_PENDING,
                             NO_ERROR, 0, 1000);
   hSendStopPending = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
   hSendStopThread = CreateThread(NULL, 0,
   SendStopPending, NULL, 0, & dwThreadId);
   SetEvent(hWork);
   if (WaitForSingleObject(hServiceThread,
         1000) != WAIT_OBJECT_0)
   {
       TerminateThread(hServiceThread, 0);
   }
   SetEvent(hSendStopPending);
   CloseHandle(hServiceThread);
   CloseHandle(hWork);
   if(WaitForSingleObject(hSendStopThread,
       2000) != WAIT_OBJECT_0)
   {
     TerminateThread(hSendStopThread, 0);
   }
   CloseHandle(hSendStopPending);

   sStatus.dwCurrentState = SERVICE_STOPPED;
   SetServiceStatus(hSS, &sStatus);
   break;

 case SERVICE_CONTROL_PAUSE:
   bPause = true;
   sStatus.dwCurrentState = SERVICE_PAUSED;
   SetServiceStatus(hSS, &sStatus);
   break;

 case SERVICE_CONTROL_CONTINUE:
   bPause = true;
   sStatus.dwCurrentState = SERVICE_RUNNING;
   SetServiceStatus(hSS, &sStatus);
   break;

 case SERVICE_CONTROL_INTERROGATE:
   SetServiceStatus(hSS, &sStatus);
   break;

 default:
   SetServiceStatus(hSS, &sStatus);
   break;
 }
}


// Функция потока, аналогичная SendStartPending
// для останова службы.
DWORD WINAPI SendStopPending(LPVOID)
{
 sStatus.dwCheckPoint = 0;
 sStatus.dwCurrentState = SERVICE_STOP_PENDING;
 sStatus.dwWaitHint = 2000;

 while (true)
 {
 SetServiceStatus(hSS, &sStatus);
 sStatus.dwCheckPoint++;
 if(WaitForSingleObject(hSendStopPending,
 1000)!=WAIT_TIMEOUT)
 break;
 }

 sStatus.dwCheckPoint = 0;
 return 0;
}

Для запросов “Stop” и “Shutdown” используется алгоритм корректного останова службы, аналогичный тому, который используется при старте службы, с той лишь разницей, что вместо параметра SERVICE_START_PENDING в SetserviceStatus передается параметр SERVICE_STOP_PENDING, а вместо SERVICE_RUNNING - SERVICE_STOPPED.

В идеале для запросов “Pause” и “Continue” тоже следует использовать этот подход. Любознательный читатель без труда сможет реализовать его, опираясь на данные примеры.

Заключение

В заключение хотелось бы отметить, что с переходом на Windows 2000 разработка служб не претерпела изменений. Службы по-прежнему остаются важной частью программного обеспечения на платформе Windows, что предоставляет разработчикам широкое поле деятельности.

/ / / / ВОПРОС-ОТВЕТ / / / / / / / / / / / / / / / /

Q| Хотелось бы побольше узнать о предварительном просмотре. В русской программе он смотрится инородным телом на своем иностранном языке. Можно ли его как-то настраивать под себя?
В этой же связи: не могу решить проблему.
В программе 3 меню и, соответственно, 3 панели инструментов, которые создал в Create. Переключая меню, вызываю ShowControlBar - прячу ненужные панели и показываю необходимую. Но после вызова PRINT PREVIEW, в окне появляются сразу все 3 панели инструментов.
Попутно: что означает AFX_IDS_PREVIEW_CLOSE в String Table? - Serg Petukhov

|A Отвечу по порядку.

1. Все языко-зависимые компоненты для печати и предварительного просмотра (панель инструментов, диалог и строки) в соответствии с идеологией MFC оформлены как ресурсы. Эти ресурсы лежат в файле MFC42.DLL, но программа будет искать их там только если они отсутствуют в головной программе. Если же программа статически линкуется с MFC, ресурсы для печати/предварительного просмотра берутся из файла afxprint.rc. Чтобы в этом всём убедиться, достаточно открыть rc-файл, сгенерённым визардом, и найти там строчки:

#if !defined(AFX_RESOURCE_DLL) || defined(AFX_TARG_RUS)
 ...
#include "afxprint.rc"  // printing/print preview resources
#endif

Теперь понятно, как поправить ситуацию.
- Копируем ресурсы из файла afxprint.rc (без окантовочных директив, то есть от строчки "// Printing Resources") в файл ресурсов нашей программы. При этом нужно проследить, чтобы новые ресурсы попали между директивами #ifdef APPSTUDIO_INVOKED и соответствующего #endif (иначе новые ресурсы нельзя будет изменить в редакторе).
- Убираем из файла ресурсов строчку #include "afxprint.rc" (вручную или через View->Resource includes). На самом деле, это необходимо сделать только при статической линковке с MFC, так как при динамической линковке эта строчка не используется (как я уже говорил, в этом случае ресурсы берутся из MFC42.DLL).
- Затем запускаем редактор ресурсов Visual Studio и русифицируем новые ресурсы. Не забудьте предварительно установить для каждого ресурса в свойствах Language:Russian, иначе вместо русского языка получите иероглифы!
- Пересобираем проект и убеждаемся, что теперь предварительный просмотр говорит по-русски.

2. После выхода из Print Preview запускается функция CView::OnEndPrintPreview (файл viewcore.cpp). Из неё вызывается ещё одна функция - CFrameWnd::OnSetPreviewMode (файл winfrm.cpp). Просмотрев код этой функции, нетрудно убедиться, что она делает видимыми все стандартные панели с идентификаторами от AFX_IDW_CONTROLBAR_FIRST до AFX_IDW_CONTROLBAR_FIRST+31 включительно. Таким образом, чтобы MFC не вмешивалась в вашу работу с панелями инструментов, нужно назначить им идентификаторы за пределами этого диапазона (например, AFX_IDW_CONTROLBAR_LAST-N, где N=0,1,2,...):
m_wndToolBar.CreateEx(..., AFX_IDW_CONTROLBAR_LAST);

3. Что касается строки AFX_IDS_PREVIEW_CLOSE, она просто содержит подсказку для команды Close предварительного просмотра. Если вам интересно, где она появляется, запустите режим предварительного просмотра, а затем наведите курсор на пункт Close из системного меню программы (которое раскрывается по щелчку на иконке в левом верхнем углу главного окна). При этом текст подсказки о закрытии предварительного просмотра появится в строке состояния. Можете заменить его на любой другой (на русском языке). - Александр Шаргин (rudankort@mail.ru)

/ / / В ПОИСКАХ ИСТИНЫ / / / / / / / / / / / / /

Q| Есть приложение на базе диалога. По некоторым причинам необходимо уже внутрь этого диалога вставить закладки (страницы свойств, как хотите). Все это нормально делается и проблем тут не возникает. Но вот при использовании клавиши Tab для прогулки по диалогу фокус с последнего контрола, не принадлежащего Property Page, перемещается не на закладку страницы, а на ее первый определенный в Tab Layout контрол, и только после пробегания по всем элементам Property Page попадает на закладку. Как это вылечить? - George Orlov

   Ответить на вопрос

/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

Это все на сегодня. Счастливо!

Алекс Jenter   jenter@mail.ru
Красноярск, 2001.