Mapped Memory

前言

前一个学习私有内存（Private Memory），本篇学习与之相对的映射内存（Mapped Memory），回顾之前见到过的进程Vad树，会发现Mapped Memory总是占据绝大部分。

仅有少数，例如存储函数与局部变量的栈，malloc申请的堆，属于私有内存，其它情况下，大部分都是映射内存，这也归功于映射内存的优点所致，映射内存可以节约内存资源，更有效率的使用内存。

映射内存主要函数

映射内存主要有两类应用场景，一种是共享物理页，另一种是共享文件。下面来看一下与映射内存相关的主要函数。

CreateFileMapping

这两类都离不开申请映射内存的核心函数：CreateFileMapping，它的作用是在底层准备好一个物理页/文件，下面是函数原型：

c

HANDLE CreateFileMapping(
    HANDLE hFile,			//物理文件句柄
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpAttributes,	//安全设置
    DWORD flProtect,			//保护设置
    DWORD dwMaximumSizeHigh,		//高位文件大小
    DWORD dwMaximumSizeLow,		//低位文件大小
    LPCTSTR lpName			//共享内存名称
);

简要介绍一下参数：

• hFile：文件句柄，用于共享文件时此处填写文件名；用于共享物理页时，此处填写INVALID_HANDLE_VALUE。

• lpAttributes：安全设置，通常设置NULL，使用默认的安全配置。

• flProtect：设置内存保护属性，例如READWRITE，READONLY之类的。取值如下：

  Code

  常数：
  	1.PAGE_READONLY		2.PAGE_READWRITE	3.PAGE_WRITECOPY
  	4.PAGE_EXECUTE_READ	5.PAGE_EXECUTE_READWRITE
  可组合使用常数：
  	1.SEC_COMMIT		2.SEC_IMAGE		3.SEC_RESERVE

• dwMaximumSizeHigh：通常BUFSIZ，该值似乎是FILE默认的buf大小，在头文件“stdlib.h”中定义。

• lpName：共享内存的名称，想要和另一个进程共享一块内存时，另一个进程必须知道这块内存是什么，这个参数就是描述这块内存的名称。

返回值：如果执行成功，返回映射对象（物理页/文件）的句柄。

MapViewOfFile

除了CreateFileMapping外，另一个函数MapViewOfFile也相当重要，CreateFileMapping只是在底层准备好一个物理页/文件，想将准备好的物理页/文件与当前进程关联起来，就要依赖MapViewOfFile函数，其原型如下：

c

LPVOID WINAPI MapViewOfFile(
　　__in HANDLE hFileMappingObject,
　　__in DWORD dwDesiredAccess,
　　__in DWORD dwFileOffsetHigh,
　　__in DWORD dwFileOffsetLow,
　　__in SIZE_T dwNumberOfBytesToMap
);

• hFileMappingObject：CreateFileMapping函数返回的映射对象句柄。

• dwDesiredAccess：映射对象的文件数据的访问方式，要与CreateFileMapping中设置的内存保护属性（flProtect）相匹配。取值如下：

  Code

  dwDesiredAccess取值 (flProtect对应的值)
  	1.FILE_MAP_ALL_ACCESS (PAGE_READWRITE)	
  	2.FILE_MAP_COPY (PAGE_WRITECOPY)	
  	3.FILE_MAP_EXECUTE (PAGE_EXECUTE_READ/PAGE_EXECUTE_READWRITE)
  	4.FILE_MAP_READ	(PAGE_READONLY/PAGE_READWRITE)
  	5.FILE_MAP_WRITE (PAGE_READWRITE)

• dwFileOffsetHigh：通常填0。

• dwFileOffsetLow：通常填0.

• dwNumberOfBytesToMap：映射文件的字节数。

返回值：如果执行成功，返回映射物理页/文件的开始地址值。

OpenFileMapping

在已经CreateFileMapping准备好一个物理页/文件后，想要使用这个文件，就不需要再次创建了，通过调用另一个函数OpenFileMapping，就能够获取到该物理页/文件的句柄。进而可以将这个物理页/文件映射到当前内存上。函数原型如下：

c

HANDLE OpenFileMappingA(
  DWORD  dwDesiredAccess,
  BOOL   bInheritHandle,
  LPCSTR lpName
);

• dwDesiredAccess：同MapViewOfFile。
• bInheritHandle：如这个函数返回的句柄能由当前进程启动的新进程继承，则这个参数为TRUE，通常填FALSE。
• lpName：同CreateFileMapping。

返回值：如果执行成功，返回映射对象（物理页/文件）的句柄。

共享物理页

申请映射内存

在了解了映射内存的两个关键函数后，下面用一个申请映射内存的实验加深印象。

原理：通过CreateFileMapping函数在底层准备好一个用于共享的物理页，调用MapViewOfFile将物理页与当前进程关联起来。

1. 编译运行如下代码（平台：Windows XP，编译器：VC++6.0）

   c

   #include "stdafx.h"
   #include "windows.h"
   
   int main(int argc, char* argv[])
   {
   	printf("申请映射内存之前\n");
   	getchar();
       
   	//准备物理页
   	HANDLE hMapFile = CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, PAGE_READWRITE, 0, BUFSIZ, "共享内存");
   
   	//将物理页与线性地址进行映射			
   	LPTSTR lpBuff = (LPTSTR)MapViewOfFile(hMapFile, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, BUFSIZ);
   	
   	*(PDWORD)lpBuff = 0x12345678;
   
   	printf("A进程写入地址 - 内容：%p - %x ", lpBuff, *(PDWORD)lpBuff);
   	getchar();
   	return 0;
   }

2. 运行程序，在申请映射内存之前，进入Windbg，记录下进程当前Vad树的情况

   

3. 等申请完映射内存之后，再观察该进程的Vad树

   

   可以看到多出了一个起始位置为0x3a0000，大小为1个物理页的映射内存。这验证了CreateFileMapping也可以申请内存。

共享资源

映射内存的一大特点，就是它可以通过共享物理页实现共享资源，从而节省不少内存资源，来看接下来这个实验。

1. 首先是刚刚的代码，运行后，可以看到，A进程在0x3a0000处写入数据0x12345678

   

2. 接着创建一个新的文件（不要关掉之前的进程），编写如下代码：

   c

   #include "stdafx.h"
   #include "windows.h"
   
   int main(int argc, char* argv[])
   {
   	printf("读取物理页前\n");
   	getchar();
   
   	HANDLE hMapFile = OpenFileMapping(FILE_MAP_ALL_ACCESS, FALSE, "共享内存");
   
   	LPTSTR buffer = (LPTSTR)MapViewOfFile(hMapFile, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, BUFSIZ);
   
   	printf("B进程读取：%x", *(PDWORD)buffer);
   
   	getchar();
   	return 0;
   }

   尝试在另一进程中，访问前一个实验创建的物理页。

3. 运行程序，在读取物理页前，停下来，查看该进程的Vad树

   

   可以发现，此时还未读取物理页时，0x3a0000处的内存节点并不在当前进程的Vad树中。

4. 继续运行代码，并再次查看进程的Vad树

   

   可以看到，在新起的进程中，多了0x3a0000处的一个内存节点，大小是一个物理页，并且这块内存是Mapped类型；此外，运行结果也可以看出，我们成功读取出了在另一个进程中存进去的数据。也就是说此时两个进程的内存空间中，都有0x3a00000处这个映射内存节点。

   这样就能理解清楚映射内存是怎么回事了，一个进程在底层准备了一个物理页（也可以多个），此时物理页并不可被使用，但是任意进程，只要获得了该物理页的句柄，就可以将其映射到自己的内存空间中，也就可以使用该内存了，例如存储数据或者读取数据（依据创建物理页时设置的属性）。这样也就实现了资源共享。

共享文件

共享文件实验

有了共享资源的基础，再来看共享文件，就容易的多。与共享资源相比，就是多了一步，需要先获取文件句柄（例如创建或者打开一个文件），接下来的步骤与共享资源是一样的。这里直接上代码：

c

#include "stdafx.h"
#include "windows.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
	//这里创建一个文件
	HANDLE hFile = CreateFile("C:\\abc.txt", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);	
	//后面的步骤与共享资源一样，注意CreateFileMapping的第一个参数
    HANDLE hMapFile = CreateFileMapping(hFile, NULL, PAGE_READWRITE, 0, BUFSIZ, NULL);	
	LPTSTR lpBuff = (LPTSTR)MapViewOfFile(hMapFile, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, BUFSIZ);
	
	printf("%x", lpBuff);

	getchar();
	return 0;
}

这里就不分P了，直接看结果。

可以看到当前进程通过映射文件的方式共享了一个刚刚创建的txt文件。共享文件的主要好处是能够分享处理大文件，从而减少大文件的反复加载内存与拉伸，节省不必要的资源开支。需要注意一点，如果有一个进程修改了该共享文件，那么所有使用该共享文件的进程都会被影响。

文件写拷贝

通过前面几个实验，多次观察进程的Vad树，可能会发现一点，就是有几个映射文件，有点与众不同。

可以看到，框出的这几个映射文件，多出一个Exe的属性，并且这几个文件的内存保护属性都是EXECUTE_WRITECOPY。它有什么用呢？来看下面一个实验，编写如下代码：

c

#include "stdafx.h"
#include 

int main(int argc, char* argv[])
{
	//这里我从System32文件夹下复制了一个notepad.exe到磁盘C目录下，任选一个dll也可以
	HANDLE hModule = ::LoadLibrary("C:\\notepad.exe");

	getchar();
	return 0;
}

运行代码后，观察进程的Vad树，会发现notepad.exe也有了与刚刚几个映射文件相同的属性。

结论：

• LoadLibrary函数底层实现，就是利用了映射文件的机制，实现的共享文件。
• LoadLibrary加载的映射文件，会具备EXECUTE_WRITECOPY内存保护属性
• EXECUTE_WRITECOPY用来防止映射文件被其它进程修改，当一个进程试图修改映射文件时，若该文件的内存保护属性是EXECUTE_WRITECOPY，那么操作系统会让该进程指向一个新的物理页，新的物理页存着映射文件的副本，这样进程试图对映射文件修改时就不会影响到真正的映射文件。此等保护机制，可用于防止对系统函数Hook等手段。

关于模块隐藏

这段时间，反复接触了一个结构，就是Vad树。之前，在学习进程结构体的时候，有一个模块隐藏的思路就是通过断链的方式，使得操作系统无法通过进程结构体找到其所加载的模块，但是，有了Vad树后，进程的内存空间，一目了然，加载的模块都逃不掉。所以说，断链只是一个表面上的模块隐藏，仅能够骗骗3环API。

如果考虑删除Vad树上的节点，实现模块隐藏，则是更加不现实的，这样很容易造成程序出问题，因为操作系统是根据Vad树判断当前进程是否占用了这块内存，如果删除了Vad树上的节点，当别的进程使用VirtualAlloc申请内存时，就有可能申请到你原来隐藏模块的内存，这样程序运行就会出错了。

有一种极为困难的办法，就是自己申请内存，拉伸文件，添加PE头。将模块融入代码中，这样的话，就很难检测出来，仅有通过内存搜索方式，才能找到。

参考资料

参考教程：

• 海哥逆向中级预习班

参考链接：

• https://blog.csdn.net/weixin_42052102/article/details/83722047 （My classmates-线性地址的管理学习笔记）