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HOOK钩子机制学习笔记(1)  

2010-05-12 21:44:52|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  HOOK钩子机制学习笔记(1) 收藏 此文于2010-05-11被推荐到CSDN首页
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一、什么是钩子(hook)
    Windows系统是建立在事件驱动的机制上的,说穿了就是整个系统都是通过消息的传递来实现的。钩子(hook)是一种特殊的消息处理机制,钩子可以监视系统或进程中的各种事件消息,截获发往目标窗口的消息并进行处理。这样,我们就可以在系统中安装自定义的钩子,监视系统中特定事件的发生,完成特定的功能,比如截获键盘、鼠标的输入,屏幕取词,日志监视等等。
    钩子的种类很多,每种钩子可以截获并处理相应的消息,如键盘钩子可以截获键盘消息,外壳钩子可以截取、启动和关闭应用程序的消息等。钩子可以分为线程钩子和系统钩子, 线程钩子监视指定线程的事件消息, 系统钩子监视系统中的所有线程的事件消息。因为系统钩子会影响系统中所有的应用程序,所以钩子函数必须放在独立的动态链接库(DLL) 中。
    按照我的理解,钩子(hook)就是一个Windows消息的拦截机制,你可以单个进程的消息(线程钩子),也可以拦截所有进程的消息(系统钩子),对拦截的消息进行自定义的处理。Windows消息带了一些程序有用的信息,比如Mouse类信息,就带有鼠标所在窗体句柄、鼠标位置等信息(具体可参考相应的消息定义文档),拦截了这些消息,就可以做出例如金山词霸一类的屏幕取词功能。

二、钩子的工作原理
    在正确使用钩子函数前,我们先讲解钩子函数的工作原理。当您创建一个钩子时,WINDOWS会先在内存中创建一个数据结构,该数据结构包含了钩子的相关信息,然后把该结构体加到已经存在的钩子链表中去。新的钩子将加到老的前面。当一个事件发生时,如果您安装的是一个进程钩子,您进程中的钩子函数将被调用。如果是一个系统钩子,系统就必须把钩子函数插入到其它进程的地址空间,要做到这一点要求钩子函数必须在一个动态链接库中,所以如果您想要使用系统钩子,就必须把该钩子函数放到动态链接库中去。当然有两个例外:工作日志钩子和工作日志回放钩子。这两个钩子的钩子函数必须在安装钩子的线程中。原因是:这两个钩子是用来监控比较底层的硬件事件的,既然是记录和回放,所有的事件就当然都是有先后次序的。所以如果把回调函数放在DLL中,输入的事件被放在几个线程中记录,所以我们无法保证得到正确的次序。故解决的办法是:把钩子函数放到单个的线程中,譬如安装钩子的线程。
    几点需要说明的地方:
  (1) 如果对于同一事件(如鼠标消息)既安装了线程钩子又安装了系统钩子,那么系统会自动先调用线程钩子,然后调用系统钩子。
  (2) 对同一事件消息可安装多个钩子处理过程,这些钩子处理过程形成了钩子链。当前钩子处理结束后应把钩子信息传递给下一个钩子函数。而且最近安装的钩子放在链的开始,而最早安装的钩子放在最后,也就是后加入的先获得控制权。
  (3) 钩子特别是系统钩子会消耗消息处理时间,降低系统性能。只有在必要的时候才安装钩子,在使用完毕后要及时卸载。

三、相关函数说明
1、钩子函数
   钩子函数指钩子在拦截了消息后,进行对应消息处理的函数,可以通过返回TRUE直接抛弃消息,其原型为:
   LRESULT CALLBACK HookProcName(int nCode ,WPARAM wParam,LPARAM lParam)
   参数说明:
   nCode -- 包含有关消息本身的信息,比如是否从消息队列中移出(未具体了解,有兴趣可查资料).
   wParam -- 消息标示,用于判断该消息是那种消息,如WM_MOUSEMOVE,WM_NCMOUSEMOVE.
   lParam -- 包含所钩消息的信息指针,比如鼠标位置、状态,键盘按键等。

2、创建钩子函数
   创建新的钩子函数加入到钩子链中,一般在钩子程序初始化时使用.
   HHOOK SetWindowsHookEx( int idHook,HOOKPROC lpfn, INSTANCE hMod,DWORD dwThreadId)
   返回值:
   HHOOK -- 钩子句柄,需要保留,等不使用钩子时通过UnhookWindowsHookEx函数卸载钩子
   参数说明:
   idHook -- 钩子的拦截消息类型,选择钩子程序的拦截范围,具体值参考文章结尾的消息类型
   lpfn -- 消息的回调函数地址,一般是填函数名
   hMod -- 钩子函数所在的实例的句柄。对于线程钩子,该参数为NULL;对于系统钩子,该参数为钩子函数所在的DLL句柄。在dll中可通过 AfxInitExtensionModule(MousehookDLL, hInstance)获得DLL句柄。
   dwThreadId -- 钩子所监视的线程的线程号,可通过GetCurrentThreadId()获得线程号。对于全局钩子,该参数为NULL(或0)。

3、CallNextHookEx
   在钩子函数中使用,将钩子信息传递给钩子链的下一个钩子函数。原型如下:
   LRESULT CallNextHookEx( HHOOK hhk, int nCode, WPARAM wParam, LPARAM lParam )
   参数说明:
   hhk -- 钩子句柄。
   nCode、wParam和lParam 是钩子函数对应的入参。

4、卸载钩子函数
   当不再使用钩子时,必须及时卸载。简单地调用函数 BOOL UnhookWindowsHookEx( HHOOK hhk)即可。

四、关于DLL的相关知识的介绍
    由于系统钩子要用到dll,所以先介绍下win32 dll的特点:
    Win32 DLL与 Win16 DLL有很大的区别,这主要是由操作系统的设计思想决定的。一方面,在Win16 DLL中程序入口点函数和出口点函数(LibMain和WEP)是分别实现的;而在Win32 DLL中却由同一函数DLLMain来实现。无论何时,当一个进程或线程载入和卸载DLL时,都要调用该函数,它的原型是BOOL WINAPI DllMain(HINSTANCE hinstDLL,DWORD fdwReason, LPVOID lpvReserved);
    其中,第一个参数表示DLL的实例句柄;第三个参数系统保留;这里主要介绍一下第二个参数,它有四个可能的值:DLL_PROCESS_ATTACH(进程载入),DLL_THREAD_ATTACH(线程载入),DLL_THREAD_DETACH(线程卸载),DLL_PROCESS_DETACH(进程卸载),在DLLMain函数中可以对传递进来的这个参数的值进行判别,并根据不同的参数值对DLL进行必要的初始化或清理工作。举个例子来说,当有一个进程载入一个DLL时,系统分派给DLL的第二个参数为DLL_PROCESS_ATTACH,这时,你可以根据这个参数初始化特定的数据。另一方面,在Win16环境下,所有应用程序都在同一地址空间;而在Win32环境下,所有应用程序都有自己的私有空间,每个进程的空间都是相互独立的,这减少了应用程序间的相互影响,但同时也增加了编程的难度。大家知道,在Win16环境中,DLL的全局数据对每个载入它的进程来说都是相同的;而在Win32环境中,情况却发生了变化,当进程在载入DLL时,系统自动把DLL地址映射到该进程的私有空间,而且也复制该DLL的全局数据的一份拷贝到该进程空间,也就是说每个进程所拥有的相同的DLL的全局数据其值却并不一定是相同的。因此,在Win32环境下要想在多个进程中共享数据,就必须进行必要的设置。亦即把这些需要共享的数据分离出来,放置在一个独立的数据段里,并把该段的属性设置为共享。
    在VC6中有三种形式的MFC DLL(在该DLL中可以使用和继承已有的MFC类)可供选择,即Regular statically linked to MFC DLL(标准静态链接MFC DLL)和Regular using the shared MFC DLL(标准动态链接MFC DLL)以及Extension MFC DLL(扩展MFC DLL)。第一种DLL的特点是,在编译时把使用的MFC代码加入到DLL中,因此,在使用该程序时不需要其他MFC动态链接类库的存在,但占用磁盘空间比较大;第二种DLL的特点是,在运行时,动态链接到MFC类库,因此减少了空间的占用,但是在运行时却依赖于MFC动态链接类库;这两种DLL既可以被 MFC程序使用也可以被Win32程序使用。第三种DLL的特点类似于第二种,做为MFC类库的扩展,只能被MFC程序使用。
    下面说说在VC6中全局共享数据的实现
  在主文件中,用#pragma data_seg建立一个新的数据段并定义共享数据,其具体格式为:
    #pragma data_seg ("shareddata")
    HWND sharedwnd=NULL;//共享数据
    #pragma data_seg()
  仅定义一个数据段还不能达到共享数据的目的,还要告诉编译器该段的属性,有两种方法可以实现该目的(其效果是相同的),一种方法是在.DEF文件中加入如下语句:
    SETCTIONS shareddata READ WRITE SHARED
  另一种方法是在项目设置链接选项中加入如下语句:
  /SECTION:shareddata,rws

五、建立钩子程序的一般步骤
   1、建立钩子函数,函数中通过CallNextHookEx传递消息
   2、调用SetWindowsHookEx创建钩子
   3、通过UnhookWindowsHookEx卸载钩子

六、程序实例
   1、创建线程钩子(其实也可以放在DLL中)
   用钩子跟踪当前窗口鼠标移动的位置变化信息。并输出到窗口
   (1)在VC++6.0中利用MFC APPWizard(EXE)生成一个不使用文档/视结构的单文档应用mousehook。打开childview.cpp文件,加入全局变量:
  HHOOK hHook;//鼠标钩子句柄
  CPoint point;//鼠标位置信息
  CChildView *pView; // 鼠标钩子函数用到的输出窗口指针

  在CChildView::OnPaint()添加如下代码:
  CPaintDC dc(this);
  char str[256];
  sprintf(str,"x=%d,y=%d",point.x,point.y); //构造字符串
  dc.TextOut(0,0,str); //显示字符串

 (2)childview.cpp文件中定义全局的鼠标钩子函数。
  LRESULT CALLBACK MouseProc(int nCode, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
  {  //是鼠标移动消息
     if(wParam==WM_MOUSEMOVE||wParam==WM_NCMOUSEMOVE)
     {
        point=((MOUSEHOOKSTRUCT *)lParam)->pt; //取鼠标信息
        pView->Invalidate(); //窗口重画
      }
      return CallNextHookEx(hHook,nCode,wParam,lParam); //传递钩子信息
   }

   (3)CChildView类的构造函数中安装钩子。
   CChildView::CChildView()
   {
      pView=this;//获得输出窗口指针
      hHook=SetWindowsHookEx(WH_MOUSE,MouseProc,0,GetCurrentThreadId()); //由于是线程钩子imod填0
   }

  (4)CChildView类的析构函数中卸载钩子。
  CChildView::~CChildView()
  {
    if(hHook)
      UnhookWindowsHookEx(hHook);
  }

 
  2、创建全局钩子
  1)建立钩子Mousehook.DLL
    (1)选择MFC AppWizard(DLL)创建项目Mousehook;
    (2)选择MFC Extension DLL(共享MFC拷贝)类型;
    (3)由于VC5没有现成的钩子类,所以要在项目目录中创建Mousehook.h文件,在其中建立钩子类:
    class AFX_EXT_CLASS Cmousehook:public CObject
    {
      public:
        Cmousehook(); //钩子类的构造函数
        ~Cmousehook(); //钩子类的析构函数
      BOOL starthook(HWND hWnd); //安装钩子函数
      BOOL stophook(); //卸载钩子函数
    };
 
    (4)在Mousehook.app文件的顶部加入#include"Mousehook.h"语句;
    (5)加入全局共享数据变量:
    #pragma data_seg("mydata")  //如果使用了这个全局共享数据变量,则会导致当启动第二个程序的时候,第一个程序失效
    HWND glhPrevTarWnd=NULL; //上次鼠标所指的窗口句柄
    HWND glhDisplayWnd=NULL; //显示目标窗口标题编辑框的句柄
    HHOOK glhHook=NULL; //安装的鼠标钩子句柄
    HINSTANCE glhInstance=NULL; //DLL实例句柄
    #pragma data_seg()

  (6)在DEF文件中定义段属性:
    SECTIONS
      mydata READ WRITE SHARED

    (7)在主文件Mousehook.cpp的DllMain函数中加入保存DLL实例句柄的语句:
    DllMain(HINSTANCE hInstance, DWORD dwReason, LPVOID lpReserved)
    {
       //如果使用lpReserved参数则删除下面这行
       UNREFERENCED_PARAMETER(lpReserved);
       if (dwReason == DLL_PROCESS_ATTACH)
       {
          TRACE0("MOUSEHOOK.DLL Initializing!\n"); //扩展DLL仅初始化一次
          if (!AfxInitExtensionModule(MousehookDLL, hInstance))
          return 0;
          new CDynLinkLibrary(MousehookDLL); //把DLL加入动态MFC类库中
          glhInstance=hInstance; //插入保存DLL实例句柄
       }
       else if (dwReason == DLL_PROCESS_DETACH)
       {
          TRACE0("MOUSEHOOK.DLL Terminating!\n"); //终止这个链接库前调用它
          AfxTermExtensionModule(MousehookDLL);
       }
       return 1;
    }

  (8)类Cmousehook的成员函数的具体实现:
    Cmousehook::Cmousehook() //类构造函数
    {
    }

    Cmousehook::~Cmousehook() //类析构函数
    {
       stophook();
    }

    BOOL Cmousehook::starthook(HWND hWnd) //安装钩子并设定接收显示窗口句柄
    {
       BOOL bResult=FALSE;
       glhHook=SetWindowsHookEx(WH_MOUSE,MouseProc,glhInstance,0);
       if(glhHook!=NULL)
          bResult=TRUE;
       glhDisplayWnd=hWnd; //设置显示目标窗口标题编辑框的句柄
       return bResult;
    }

    BOOL Cmousehook::stophook() //卸载钩子
    {
      BOOL bResult=FALSE;
      if(glhHook)
      {
         bResult= UnhookWindowsHookEx(glhHook);
         if(bResult)
         {
            glhPrevTarWnd=NULL;
            glhDisplayWnd=NULL;//清变量
            glhHook=NULL;
         }
      }
      return bResult;
    }

  (9)钩子函数的实现:
    LRESULT WINAPI MouseProc(int nCode,WPARAM wparam,LPARAM lparam)
    {
       LPMOUSEHOOKSTRUCT pMouseHook=(MOUSEHOOKSTRUCT FAR *) lparam;
       if (nCode>=0)
       {
         HWND glhTargetWnd=pMouseHook->hwnd; //取目标窗口句柄
         HWND ParentWnd=glhTargetWnd;
         while (ParentWnd !=NULL)
         {
            glhTargetWnd=ParentWnd;
            ParentWnd=GetParent(glhTargetWnd); //取应用程序主窗口句柄
         }
         if(glhTargetWnd!=glhPrevTarWnd)
         {
           char szCaption[100];
           GetWindowText(glhTargetWnd,szCaption,100); //取目标窗口标题
           if(IsWindow(glhDisplayWnd))
           SendMessage(glhDisplayWnd,WM_SETTEXT,0,(LPARAM)(LPCTSTR)szCaption);
           glhPrevTarWnd=glhTargetWnd; //保存目标窗口
         }
      }
      return CallNextHookEx(glhHook,nCode,wparam,lparam); //继续传递消息
    }

  (10)编译项目生成mousehook.dll。

  2)创建钩子可执行程序
  (1)用MFC的AppWizard(EXE)创建项目Mouse;
  (2)选择“基于对话应用”并按下“完成”键;
  (3)编辑对话框,删除其中原有的两个按钮,加入静态文本框和编辑框,用鼠标右键点击静态文本框,在弹出的菜单中选择“属性”,设置其标题为“鼠标所在的窗口标题”;
  (4)在Mouse.h中加入对Mousehook.h的包含语句#include "..\Mousehook\Mousehook.h";
  (5)在CMouseDlg.h的CMouseDlg类定义中添加私有数据成员:
        CMouseHook m_hook;//加入钩子类作为数据成员

  (6)修改CmouseDlg::OnInitDialog()函数:
    BOOL CMouseDlg::OnInitDialog()
    {
      CDialog::OnInitDialog();
      ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX);
      ASSERT(IDM_ABOUTBOX <0xF000);
      CMenu* pSysMenu = GetSystemMenu(FALSE);
      if (pSysMenu != NULL)
      {
        CString strAboutMenu;
        strAboutMenu.LoadString(IDS_ABOUTBOX);
        if (!strAboutMenu.IsEmpty())
        {
            pSysMenu->AppendMenu(MF_SEPARATOR);
            pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING, IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu);
        }
      }
      SetIcon(m_hIcon, TRUE);//Set big icon
      SetIcon(m_hIcon, FALSE);//Set small icon
      //TODO: Add extra initialization here
      CWnd * pwnd=GetDlgItem(IDC_EDIT1); //取得编辑框的类指针
      m_hook.starthook(pwnd->GetSafeHwnd()); //取得编辑框的窗口句柄并安装钩子
      return TRUE;
      //return TRUE unless you set the focus to a control
    }

  (7)链接DLL库,即把..\Mousehook\debug\Mousehook.lib加入到项目设置链接标签中;
  (8) 编译项目生成可执行文件;
  (9)把Mousehook.DLL拷贝到..\mouse\debug目录中;
  (10)先运行几个可执行程序,然后运行Mouse.exe程序,把鼠标在不同窗口中移动,在Mouse.exe程序窗口中的编辑框内将显示出鼠标所在的应用程序主窗口的标题。

附:钩子拦截消息类型
     WH_CALLWNDPROC :拦截系统发向目标窗体的消息,在目标窗体处理消息前
     WH_CALLWNDPROCRET :在目标窗体处理完系统发送的消息后,拦截该消息,消息中包含处理返回结果
     WH_CBT :在以下事件之前,系统都会调用WH_CBT Hook子程,这些事件包括:
           1. 激活,建立,销毁,最小化,最大化,移动,改变尺寸等窗口事件;
           2. 完成系统指令;
           3. 来自系统消息队列中的移动鼠标,键盘事件;
           4. 设置输入焦点事件;
           5. 同步系统消息队列事件。
        钩子函数的返回值确定系统是否允许或者防止这些操作中的一个。
     WH_DEBUG :在系统调用系统中与其他Hook关联的Hook子程之前,系统会调用WH_DEBUG Hook子程。你可以使用这个Hook来决定是否允许系统调用与其他Hook关联的Hook子程。
     WH_FOREGROUNDIDLE :当应用程序的前台线程处于空闲状态时,可以使用WH_FOREGROUNDIDLE Hook执行低优先级的任务。当应用程序的前台线程大概要变成空闲状态时,系统就会调用WH_FOREGROUNDIDLE Hook子程。
     WH_GETMESSAGE :应用程序使用WH_GETMESSAGE Hook来监视从GetMessage or PeekMessage函数返回的消息。你可以使用WH_GETMESSAGE Hook去监视鼠标和键盘输入,以及其他发送到消息队列中的消息。
     WH_JOURNALPLAYBACK :使应用程序可以插入消息到系统消息队列。可以使用这个Hook回放通过使用WH_JOURNALRECORD Hook记录下来的连续的鼠标和键盘事件。只要WH_JOURNALPLAYBACK Hook已经安装,正常的鼠标和键盘事件就是无效的。WH_JOURNALPLAYBACK Hook是全局Hook,它不能象线程特定Hook一样使用。WH_JOURNALPLAYBACK Hook返回超时值,这个值告诉系统在处理来自回放Hook当前消息之前需要等待多长时间(毫秒)。这就使Hook可以控制实时事件的回放。 WH_JOURNALPLAYBACK是system-wide local hooks,它們不會被注射到任何行程位址空間。(估计按键精灵是用这个hook做的)
    WH_JOURNALRECORD : WH_JOURNALRECORD Hook用来监视和记录输入事件。典型的,可以使用这个Hook记录连续的鼠标和键盘事件,然后通过使用WH_JOURNALPLAYBACK Hook来回放。WH_JOURNALRECORD Hook是全局Hook,它不能象线程特定Hook一样使用。WH_JOURNALRECORD是system-wide local hooks,它們不會被注射到任何行程位址空間。
    WH_KEYBOARD :在应用程序中,WH_KEYBOARD Hook用来监视WM_KEYDOWN and WM_KEYUP消息,这些消息通过GetMessage or PeekMessage function返回。可以使用这个Hook来监视输入到消息队列中的键盘消息。
    WH_KEYBOARD_LL :WH_KEYBOARD_LL Hook监视输入到线程消息队列中的键盘消息。
    WH_MOUSE :WH_MOUSE Hook监视从GetMessage 或者 PeekMessage 函数返回的鼠标消息。使用这个Hook监视输入到消息队列中的鼠标消息。
    WH_MOUSE_LL :WH_MOUSE_LL Hook监视输入到线程消息队列中的鼠标消息。
    WH_MSGFILTER 和 WH_SYSMSGFILTER Hooks :WH_MSGFILTER 和 WH_SYSMSGFILTER Hooks使我们可以监视菜单,滚动条,消息框,对话框消息并且发现用户使用ALT+TAB or ALT+ESC 组合键切换窗口。WH_MSGFILTER Hook只能监视传递到菜单,滚动条,消息框的消息,以及传递到通过安装了Hook子程的应用程序建立的对话框的消息。WH_SYSMSGFILTER Hook监视所有应用程序消息。WH_MSGFILTER 和 WH_SYSMSGFILTER Hooks使我们可以在模式循环期间过滤消息,这等价于在主消息循环中过滤消息。通过调用CallMsgFilter function可以直接的调用WH_MSGFILTER Hook。通过使用这个函数,应用程序能够在模式循环期间使用相同的代码去过滤消息,如同在主消息循环里一样。
    WH_SHELL :外壳应用程序可以使用WH_SHELL Hook去接收重要的通知。当外壳应用程序是激活的并且当顶层窗口建立或者销毁时,系统调用WH_SHELL Hook子程。WH_SHELL 共有5钟情況:
          1. 只要有个top-level、unowned 窗口被产生、起作用、或是被摧毁;
          2. 当Taskbar需要重画某个按钮;
          3. 当系统需要显示关于Taskbar的一个程序的最小化形式;
          4. 当目前的键盘布局状态改变;
          5. 当使用者按Ctrl+Esc去执行Task Manager(或相同级别的程序)。
     按照惯例,外壳应用程序都不接收WH_SHELL消息。所以,在应用程序能够接收WH_SHELL消息之前,应用程序必须调用 SystemParametersInfo function注册它自己。

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