深入詳解C編寫Windows服務(wù)程序的五個步驟

2020-01-26 16:17:08

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供稿：網(wǎng)友

　　Windows 服務(wù)被設(shè)計用于需要在后臺運行的應(yīng)用程序以及實現(xiàn)沒有用戶交互的任務(wù)。為了學(xué)習(xí)這種控制臺應(yīng)用程序的基礎(chǔ)知識，C（不是C++）是最佳選擇。本文將建立并實現(xiàn)一個簡單的服務(wù)程序，其功能是查詢系統(tǒng)中可用物理內(nèi)存數(shù)量，然后將結(jié)果寫入一個文本文件。最后，你可以用所學(xué)知識編寫自己的 Windows 服務(wù)。

　　當(dāng)初我寫第一個NT 服務(wù)時，我到 MSDN 上找例子。在那里我找到了一篇 Nigel Thompson 寫的文章：“Creating a Simple Win32 Service in C++”，這篇文章附帶一個 C++ 例子。雖然這篇文章很好地解釋了服務(wù)的開發(fā)過程，但是，我仍然感覺缺少我需要的重要信息。我想理解通過什么框架，調(diào)用什么函數(shù)，以及何時調(diào)用，但 C++ 在這方面沒有讓我輕松多少。面向?qū)ο蟮姆椒ü倘环奖悖捎谟妙悓Φ讓?Win32 函數(shù)調(diào)用進(jìn)行了封裝，它不利于學(xué)習(xí)服務(wù)程序的基本知識。這就是為什么我覺得 C 更加適合于編寫初級服務(wù)程序或者實現(xiàn)簡單后臺任務(wù)的服務(wù)。在你對服務(wù)程序有了充分透徹的理解之后，用 C++ 編寫才能游刃有余。當(dāng)我離開原來的工作崗位，不得不向另一個人轉(zhuǎn)移我的知識的時候，利用我用 C 所寫的例子就非常容易解釋 NT 服務(wù)之所以然。

　　服務(wù)是一個運行在后臺并實現(xiàn)勿需用戶交互的任務(wù)的控制臺程序。Windows NT/2000/XP 操作系統(tǒng)提供為服務(wù)程序提供專門的支持。人們可以用服務(wù)控制面板來配置安裝好的服務(wù)程序，也就是 Windows 2000/XP 控制面板|管理工具中的“服務(wù)”（或在“開始”|“運行”對話框中輸入 services.msc /s――譯者注）。可以將服務(wù)配置成操作系統(tǒng)啟動時自動啟動，這樣你就不必每次再重啟系統(tǒng)后還要手動啟動服務(wù)。

　　本文將首先解釋如何創(chuàng)建一個定期查詢可用物理內(nèi)存并將結(jié)果寫入某個文本文件的服務(wù)。然后指導(dǎo)你完成生成，安裝和實現(xiàn)服務(wù)的整個過程。

　　第一步：主函數(shù)和全局定義

　　首先，包含所需的頭文件。例子要調(diào)用 Win32 函數(shù)（windows.h）和磁盤文件寫入（stdio.h）：

復(fù)制代碼代碼如下:

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

接著，定義兩個常量：

復(fù)制代碼代碼如下:

#define SLEEP_TIME 5000
#define LOGFILE "C://MyServices//memstatus.txt"

SLEEP_TIME 指定兩次連續(xù)查詢可用內(nèi)存之間的毫秒間隔。在第二步中編寫服務(wù)工作循環(huán)的時候要使用該常量。

　　LOGFILE 定義日志文件的路徑，你將會用 WriteToLog 函數(shù)將內(nèi)存查詢的結(jié)果輸出到該文件，WriteToLog 函數(shù)定義如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

int WriteToLog(char* str)
{
　FILE* log;
　log = fopen(LOGFILE, "a+");
　if (log == NULL)
　　return -1;
　fprintf(log, "%s/n", str);
　fclose(log);
　return 0;
}

聲明幾個全局變量，以便在程序的多個函數(shù)之間共享它們值。此外，做一個函數(shù)的前向定義：

復(fù)制代碼代碼如下:

SERVICE_STATUS ServiceStatus;
SERVICE_STATUS_HANDLE hStatus;

void ServiceMain(int argc, char** argv);
void ControlHandler(DWORD request);
int InitService();

　　現(xiàn)在，準(zhǔn)備工作已經(jīng)就緒，你可以開始編碼了。服務(wù)程序控制臺程序的一個子集。因此，開始你可以定義一個 main 函數(shù)，它是程序的入口點。對于服務(wù)程序來說，main 的代碼令人驚訝地簡短，因為它只創(chuàng)建分派表并啟動控制分派機(jī)。

復(fù)制代碼代碼如下:

void main()
{
　SERVICE_TABLE_ENTRY ServiceTable[2];
　ServiceTable[0].lpServiceName = "MemoryStatus";
　ServiceTable[0].lpServiceProc = (LPSERVICE_MAIN_FUNCTION)ServiceMain;

　ServiceTable[1].lpServiceName = NULL;
　ServiceTable[1].lpServiceProc = NULL;

　// 啟動服務(wù)的控制分派機(jī)線程
　StartServiceCtrlDispatcher(ServiceTable);
}

　　一個程序可能包含若干個服務(wù)。每一個服務(wù)都必須列于專門的分派表中（為此該程序定義了一個 ServiceTable 結(jié)構(gòu)數(shù)組）。這個表中的每一項都要在 SERVICE_TABLE_ENTRY 結(jié)構(gòu)之中。它有兩個域：

　　lpServiceName: 指向表示服務(wù)名稱字符串的指針；當(dāng)定義了多個服務(wù)時，那么這個域必須指定；
　　lpServiceProc: 指向服務(wù)主函數(shù)的指針（服務(wù)入口點）；

　　分派表的最后一項必須是服務(wù)名和服務(wù)主函數(shù)域的 NULL 指針，文本例子程序中只宿主一個服務(wù)，所以服務(wù)名的定義是可選的。

　　服務(wù)控制管理器（SCM：Services Control Manager）是一個管理系統(tǒng)所有服務(wù)的進(jìn)程。當(dāng) SCM 啟動某個服務(wù)時，它等待某個進(jìn)程的主線程來調(diào)用 StartServiceCtrlDispatcher 函數(shù)。將分派表傳遞給 StartServiceCtrlDispatcher。這將把調(diào)用進(jìn)程的主線程轉(zhuǎn)換為控制分派器。該分派器啟動一個新線程，該線程運行分派表中每個服務(wù)的 ServiceMain 函數(shù)（本文例子中只有一個服務(wù)）分派器還監(jiān)視程序中所有服務(wù)的執(zhí)行情況。然后分派器將控制請求從 SCM 傳給服務(wù)。

　　注意：如果 StartServiceCtrlDispatcher 函數(shù)30秒沒有被調(diào)用，便會報錯，為了避免這種情況，我們必須在 ServiceMain 函數(shù)中（參見本文例子）或在非主函數(shù)的單獨線程中初始化服務(wù)分派表。本文所描述的服務(wù)不需要防范這樣的情況。

　　分派表中所有的服務(wù)執(zhí)行完之后（例如，用戶通過“服務(wù)”控制面板程序停止它們），或者發(fā)生錯誤時。StartServiceCtrlDispatcher 調(diào)用返回。然后主進(jìn)程終止。

　　第二步：ServiceMain 函數(shù)

　　Listing 1 展示了 ServiceMain 的代碼。該函數(shù)是服務(wù)的入口點。它運行在一個單獨的線程當(dāng)中，這個線程是由控制分派器創(chuàng)建的。ServiceMain 應(yīng)該盡可能早早為服務(wù)注冊控制處理器。這要通過調(diào)用 RegisterServiceCtrlHadler 函數(shù)來實現(xiàn)。你要將兩個參數(shù)傳遞給此函數(shù)：服務(wù)名和指向 ControlHandlerfunction 的指針。

　　它指示控制分派器調(diào)用 ControlHandler 函數(shù)處理 SCM 控制請求。注冊完控制處理器之后，獲得狀態(tài)句柄（hStatus）。通過調(diào)用 SetServiceStatus 函數(shù)，用 hStatus 向 SCM 報告服務(wù)的狀態(tài)。

　　Listing 1 展示了如何指定服務(wù)特征和其當(dāng)前狀態(tài)來初始化 ServiceStatus 結(jié)構(gòu)，ServiceStatus 結(jié)構(gòu)的每個域都有其用途：

　　dwServiceType：指示服務(wù)類型，創(chuàng)建 Win32 服務(wù)。賦值 SERVICE_WIN32；

　　dwCurrentState：指定服務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)。因為服務(wù)的初始化在這里沒有完成，所以這里的狀態(tài)為 SERVICE_START_PENDING；

　　dwControlsAccepted：這個域通知 SCM 服務(wù)接受哪個域。本文例子是允許 STOP 和 SHUTDOWN 請求。處理控制請求將在第三步討論；

　　dwWin32ExitCode 和 dwServiceSpecificExitCode：這兩個域在你終止服務(wù)并報告退出細(xì)節(jié)時很有用。初始化服務(wù)時并不退出，因此，它們的值為 0；

　　dwCheckPoint 和 dwWaitHint：這兩個域表示初始化某個服務(wù)進(jìn)程時要30秒以上。本文例子服務(wù)的初始化過程很短，所以這兩個域的值都為 0。

　　調(diào)用 SetServiceStatus 函數(shù)向 SCM 報告服務(wù)的狀態(tài)時。要提供 hStatus 句柄和 ServiceStatus 結(jié)構(gòu)。注意 ServiceStatus 一個全局變量，所以你可以跨多個函數(shù)使用它。ServiceMain 函數(shù)中，你給結(jié)構(gòu)的幾個域賦值，它們在服務(wù)運行的整個過程中都保持不變，比如：dwServiceType。

　　在報告了服務(wù)狀態(tài)之后，你可以調(diào)用 InitService 函數(shù)來完成初始化。這個函數(shù)只是添加一個說明性字符串到日志文件。如下面代碼所示：

復(fù)制代碼代碼如下:

// 服務(wù)初始化
int InitService()
{
　int result;
　result = WriteToLog("Monitoring started.");
　return(result);
}

在 ServiceMain 中，檢查 InitService 函數(shù)的返回值。如果初始化有錯（因為有可能寫日志文件失敗），則將服務(wù)狀態(tài)置為終止并退出 ServiceMain：

復(fù)制代碼代碼如下:

error = InitService();
if (error)
{
　// 初始化失敗，終止服務(wù)
　ServiceStatus.dwCurrentState = SERVICE_STOPPED;
　ServiceStatus.dwWin32ExitCode = -1;
　SetServiceStatus(hStatus, &ServiceStatus);
　// 退出 ServiceMain
　return;
}

如果初始化成功，則向 SCM 報告狀態(tài)：

復(fù)制代碼代碼如下:

// 向 SCM 報告運行狀態(tài)
ServiceStatus.dwCurrentState = SERVICE_RUNNING;
SetServiceStatus (hStatus, &ServiceStatus);

接著，啟動工作循環(huán)。每五秒鐘查詢一個可用物理內(nèi)存并將結(jié)果寫入日志文件。

　　如 Listing 1 所示，循環(huán)一直到服務(wù)的狀態(tài)為 SERVICE_RUNNING 或日志文件寫入出錯為止。狀態(tài)可能在 ControlHandler 函數(shù)響應(yīng) SCM 控制請求時修改。

　　第三步：處理控制請求

　　在第二步中，你用 ServiceMain 函數(shù)注冊了控制處理器函數(shù)。控制處理器與處理各種 Windows 消息的窗口回調(diào)函數(shù)非常類似。它檢查 SCM 發(fā)送了什么請求并采取相應(yīng)行動。

　　每次你調(diào)用 SetServiceStatus 函數(shù)的時候，必須指定服務(wù)接收 STOP 和 SHUTDOWN 請求。Listing 2 示范了如何在 ControlHandler 函數(shù)中處理它們。

　　STOP 請求是 SCM 終止服務(wù)的時候發(fā)送的。例如，如果用戶在“服務(wù)”控制面板中手動終止服務(wù)。SHUTDOWN 請求是關(guān)閉機(jī)器時，由 SCM 發(fā)送給所有運行中服務(wù)的請求。兩種情況的處理方式相同：

　　寫日志文件，監(jiān)視停止；

　　向 SCM 報告 SERVICE_STOPPED 狀態(tài)；

　　由于 ServiceStatus 結(jié)構(gòu)對于整個程序而言為全局量，ServiceStatus 中的工作循環(huán)在當(dāng)前狀態(tài)改變或服務(wù)終止后停止。其它的控制請求如：PAUSE 和 CONTINUE 在本文的例子沒有處理。

　　控制處理器函數(shù)必須報告服務(wù)狀態(tài)，即便 SCM 每次發(fā)送控制請求的時候狀態(tài)保持相同。因此，不管響應(yīng)什么請求，都要調(diào)用 SetServiceStatus。

圖一顯示 MemoryStatus 服務(wù)的服務(wù)控制面板

　　第四步：安裝和配置服務(wù)

　　程序編好了，將之編譯成 exe 文件。本文例子創(chuàng)建的文件叫 MemoryStatus.exe，將它拷貝到 C:/MyServices 文件夾。為了在機(jī)器上安裝這個服務(wù)，需要用 SC.EXE 可執(zhí)行文件，它是 Win32 Platform SDK 中附帶的一個工具。（譯者注：Visaul Studio .NET 2003 IDE 環(huán)境中也有這個工具，具體存放位置在：C:/Program Files/Microsoft Visual Studio .NET 2003/Common7/Tools/Bin/winnt）。使用這個實用工具可以安裝和移除服務(wù)。其它控制操作將通過服務(wù)控制面板來完成。
以下是用命令行安裝 MemoryStatus 服務(wù)的方法：

復(fù)制代碼代碼如下:

sc create MemoryStatus binpath= c:/MyServices/MemoryStatus.exe

　　發(fā)出此創(chuàng)建命令。指定服務(wù)名和二進(jìn)制文件的路徑（注意 binpath= 和路徑之間的那個空格）。安裝成功后，便可以用服務(wù)控制面板來控制這個服務(wù)（參見圖一）。用控制面板的工具欄啟動和終止這個服務(wù)。

圖二 MemoryStatus 服務(wù)的屬性窗口

　　MemoryStatus 的啟動類型是手動，也就是說根據(jù)需要來啟動這個服務(wù)。右鍵單擊該服務(wù)，然后選擇上下文菜單中的“屬性”菜單項，此時顯示該服務(wù)的屬性窗口。在這里可以修改啟動類型以及其它設(shè)置。你還可以從“常規(guī)”標(biāo)簽中啟動/停止服務(wù)。

以下是從系統(tǒng)中移除服務(wù)的方法：

復(fù)制代碼代碼如下:

sc delete MemoryStatus

　指定 “delete” 選項和服務(wù)名。此服務(wù)將被標(biāo)記為刪除，下次西通重啟后，該服務(wù)將被完全移除。

　　第五步：測試服務(wù)

　　從服務(wù)控制面板啟動 MemoryStatus 服務(wù)。如果初始化不出錯，表示啟動成功。過一會兒將服務(wù)停止。檢查一下 C:/MyServices 文件夾中 memstatus.txt 文件的服務(wù)輸出。在我的機(jī)器上輸出是這樣的：

復(fù)制代碼代碼如下:

Monitoring started.
273469440
273379328
273133568
273084416
Monitoring stopped.

　　為了測試 MemoryStatus 服務(wù)在出錯情況下的行為，可以將 memstatus.txt 文件設(shè)置成只讀。這樣一來，服務(wù)應(yīng)該無法啟動。

　　去掉只讀屬性，啟動服務(wù)，在將文件設(shè)成只讀。服務(wù)將停止執(zhí)行，因為此時日志文件寫入失敗。如果你更新服務(wù)控制面板的內(nèi)容，會發(fā)現(xiàn)服務(wù)狀態(tài)是已經(jīng)停止。

　　開發(fā)更大更好的服務(wù)程序

　　理解 Win32 服務(wù)的基本概念，使你能更好地用 C++ 來設(shè)計包裝類。包裝類隱藏了對底層 Win32 函數(shù)的調(diào)用并提供了一種舒適的通用接口。修改 MemoryStatus 程序代碼，創(chuàng)建滿足自己需要的服務(wù)！為了實現(xiàn)比本文例子所示范的更復(fù)雜的任務(wù)，你可以創(chuàng)建多線程的服務(wù)，將作業(yè)劃分成幾個工作者線程并從 ServiceMain 函數(shù)中監(jiān)視它們的執(zhí)行。

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