第23章 SEH结构化异常处理（2）_编译器对系统SEH机制的封装

23.2 编译器层面对系统SEH机制的封装

23.2.1 扩展的EXCEPTION_REGISTRATION级相关结构：VC_EXCEPTION_REGISTRATION

（1）VC_EXCEPTION_REGISTRATION结构

 struct VC_EXCEPTION_REGISTRATION
{
     VC_EXCEPTION_REGISTRATION* prev;    //前一个结构体的指针
     FARPROC                    handler; //永远指向_exception_handler4回调函数
     scopetable_entry*          scopetable;//指向scpoetable数组的指针
     int                        _index; //有的书上也叫tryLevel。scopetable项的当前项
     DWORD                      _ebp;   //当前ebp值，用于访问各成员
}

（2）scopetable_entry结构体

struct scopetable_entry
{
     DWORD     prev_entryindex;//指向前一个scopetable_entry在scopetable中的索引
     FARPROC   lpfnFilter; //对应于__except块后小括号内的过滤函数；__finally时为NULL
     FARPROC   lpfnHandler;//__exception或__finally后花括号｛｝内的代码地址。
}

（3）VC异常帧堆栈布局及VC默认的异常处理

 

23.2.2 数据结构组织

 

（1）每个函数只注册一个VC_EXCEPTION_REGISTRATION结构（也叫异常帧，如图中的有5个Frame，即有5个函数调用）。可见，该SEH异常链从链表头部到链表尾共有5节点，分对应于5个异常处理帧。但需注意的是，通过VC安装的节点为VC_EXCEPTION_REGISTRATION结构，图中有3个，对应的回调函数为VCSHE!_exception_handler4(0x00E0178)，而系统安装的是EXCEPTION_REGISTRATION结构的帧，位于链表尾部最后的两个节点，对应的回调函数分别为ntdll!_exception_handler4（0x77B44FF3）和0x77B50CF5。

（2）VC为每个函数内的所有__try块建立一个scopetable表，其中每个__try块对应于scopetable中的一项。（用scopetable_entry结构体来表示这个__try项，结构里分别用lpfnFilter和lpfnHandler来表示__except/__finally的过滤函数和处理函数，其中_finally没有过滤函数，只有异常处理函数）。

（3）若有__try块嵌套，则在scopetable_entry结构里的prev_entryindex或指明，多层嵌套形成单向链表。

（4）对于VC的异常处理，其每个异常帧的回调处理函数都统一设为_except_handler4。每进入一个try块里，编译器会将VC_EXCEPTION_REGISTRATION中tryLevel赋值为相应的值。一旦该try块异常发生，系统会先从VC_EXCEPTION_REGISTRATION的handler域中找到_exception_handler4函数（C运行时库函数），然后根据当前tryLevel的值找到scopetable表中这个__try块相应的过滤函数和处理函数对异常进行相应的处理。

（5）与_except块不同，_finally块的lpfnFilter为NULL，即没有过滤函数。

23.2.3 _exception_handler4函数的执行流程

 

（1）异常发生时，根据index找到scopetable项，并调用lfpnFilter。如果过滤函数lpfnFilter返回EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER，则执行全局展开之后调用lpfnHandler函数。如果过滤函数lpfnFilter返回EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION，则_except_handler4简单地返回EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION,交由系统恢复线程的执行。

（2）如果lpfnFilter返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH时，此时_except_handler4查看previndex是否是0xFFFFFFFE,若是则_except_handler4返回ExceptionContinueSearch让系统继续遍历外层SEH链或由系统直接处理。否则_except_handler4根据previndex找到相应的过滤函数，根据其返回值重复上面的动作。直到异常被处理或previndex为0xFFFFFFFE为止。

 【VcSEH程序】演示多层嵌套try块的调用

/************************************************************************
Module :ExceptFrameInfo.h
Notices:Copyright(c) Microsoft System Journal,February 1997,Matt Pietrek
MSVC 2005之后的编译器开启/GS选项仍可能会回滚到SEH3。不过，CRT的代码总是使用SEH4。
************************************************************************/
#pragma  once

#include <windows.h>
#include <stdio.h>

//-------------------------------------------------------------------
// 本程序仅适用于Visual C++，它使用的数据结构是特定于Visual C++的
//-------------------------------------------------------------------
#ifndef _MSC_VER
#error Visual C++ Required (Visual C++ specific information is displayed)
#endif

/////////////////////////////////结构定义////////////////////////////////
//操作系统定义的基本异常帧

struct EXCEPTION_REGISTRATION
{
    EXCEPTION_REGISTRATION* prev;
    FARPROC     handler;
};

//VC++扩展异常帧指向的数据结构
struct scopetable_entry
{
    DWORD previousTryLevel;
    FARPROC  lpfnFilter;  //过滤函数
    FARPROC  lpfnHandler; //异常处理程序实体的地址
};

//VC++使用的扩展异常帧
struct VC_EXCEPTION_REGISTRATION :EXCEPTION_REGISTRATION
{
    scopetable_entry* scopetable;
    int  trylevel;
    int _ebp;
};

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//原型声明
//__except_handler3是Visual C++运行时库函数，我们想打印出它的地址，但是它的原型
//并没有出现在任何头文件中，所以需要自己声明它。
extern "C" DWORD __security_cookie;
extern "C" int _except_handler4(PEXCEPTION_RECORD,
                                EXCEPTION_REGISTRATION*,
                                PCONTEXT,
                                PEXCEPTION_RECORD);

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//显示一个异常帧及其相应的scopetable的信息
void ShowSEHFrame(VC_EXCEPTION_REGISTRATION* pVCExcReg){
    BOOL bVcExceptionHandler4 = pVCExcReg->handler == (FARPROC)_except_handler4; //VC的_except_handler4函数
    if (bVcExceptionHandler4){ //VC的_except_handler4函数
        printf("Frame:%08X Handler:%08X prev:%08X Scopetable:%08X
",
               pVCExcReg, pVCExcReg->handler, pVCExcReg->prev, (DWORD)pVCExcReg->scopetable^__security_cookie);
    } else{
        printf("Frame:%08X Handler:%08X prev:%08X
",
               pVCExcReg, pVCExcReg->handler, pVCExcReg->prev);
    }


    DWORD  iAddr = (DWORD)pVCExcReg->scopetable ^ __security_cookie;
    //iAddr = 0x77090928;//在我的系统中，这个值为offset ntdll!ResCSegmentValidateHeader+0x118e (77090928)

    //Scopetable前16个字节几SecurityCookie相关的字段，后面才是scopetable_entry项
    scopetable_entry* pScopeTableEntry = (scopetable_entry*)(iAddr + 16);

    for (int i = 0; i <= pVCExcReg->trylevel; i++){

        if (bVcExceptionHandler4){ //VC的_except_handler4函数

            printf("    scopetable[%u] PreTryLevel:%08X filter:%08X __except:%08X
",
                   i, pScopeTableEntry->previousTryLevel,
                   pScopeTableEntry->lpfnFilter,
                   pScopeTableEntry->lpfnHandler);
        }

        pScopeTableEntry++;
    }
    printf("
");
}

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//遍历异常帧的链表，按顺序显示它们的信息
void WalkSEHFrames(void){
    VC_EXCEPTION_REGISTRATION* pVCExcReg;

    //打印出_except_handler4函数的位置
    printf("_except_handler4 is at address:%08X
", _except_handler4);
    printf("
");

    //从FS:[0]处获取指向链表头的指针
    __asm mov eax, FS:[0]
        __asm mov[pVCExcReg], EAX

    //遍历异常帧的链表。0xFFFFFFFF标志着链表的结尾
    while (0xFFFFFFFF != (unsigned)pVCExcReg){
        ShowSEHFrame(pVCExcReg);
        pVCExcReg = (VC_EXCEPTION_REGISTRATION*)(pVCExcReg->prev);
    }
}

//VcSEH.cpp

#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include "ExceptionFrameInfo.h"

void test(void){
    int i = 0;
    //A块
    __try{//第1层
        __try{ //第2层
            __try{ //第3层    
                __try{ //第4层
                     i++;
                }__finally {//第4层
                }
            }__except (EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH){//第3层
                //这里不会被执行
            }
        }__except (EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH){//第2层
            //这里不会被执行
        }
    }
    __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER){ //第1层
        //该try块及内层发生异常时，这里被执行
    }

    //B块
    __try{
        WalkSEHFrames();
    }__except (EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH){ 
    }
}

int main(){
    __try{
        test();
    }__except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER){

    }
    return 0;
}

23.2.4 小结：异常处理流程及全局展开

【GlobalUnwind程序】全局展开

#include <windows.h>
#include <stdio.h>

int MyExceptionFilter(int tryLevel,DWORD dwErrorCode){
    printf("第%d层的过滤函数被执行,错误码:%d！
", tryLevel, dwErrorCode);

    //最外层里返回同意处理；否则，继续查找。
    return (tryLevel == 1) ? EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER : EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
}

void test(void){
    int i = 0;
    //A块
    __try{//第1层
        __try{ //第2层
            __try{ //第3层    
                __try{ //第4层
                    RaiseException(999, 0, 0, NULL); //抛出一个异常
                }
                __finally {//第4层
                    printf("最4层的_finally块被执行!
");
                }
            }
            __except (MyExceptionFilter(3, GetExceptionCode())){//第3层
                //这里不会被执行
                printf("最3层的_except块被执行!
");
            }
        }
        __except (MyExceptionFilter(2, GetExceptionCode())){//第2层
            //这里不会被执行
            printf("最2层的_except块被执行!
");
        }
    }
    __except (MyExceptionFilter(1, GetExceptionCode())){ //第1层
        //该try块及内层发生异常时，这里被执行
        printf("最1层的_except块被执行!
");
    }

    //B块
    __try{

    }
    __except (EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH){
        printf("B块中的_except被执行!
");
    }
}

int main(){
    __try{
        test(); //test()函数内部会处理异常，所以main中的_except块后的代码不会被执行！
    }
    __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER){
        printf("main中的_except被执行!
");

    }
    system("pause");
    return 0;
}

【参考文献】

深入解析结构化异常处理(SEH)

http://www.cppblog.com/weiym/archive/2015/02/27/209884.html

http://blog.csdn.net/bad_sheep/article/details/5803649

http://blog.csdn.net/yuzl32/article/details/5383542

http://www.mouseos.com/windows/index.html

Windows系统程序设计之结构化异常处理

http://bbs.pediy.com/showthread.php?threadid=32222

《软件加密技术内幕》，看雪学院