Session Eight, TLS table (thread local storage)

Dian a review thread-related knowledge

First explain TLS when the need to review the thread-related knowledge, (thread local storage)

1. Understand the classical synchronization problems

First, let's write a C ++ code, open up two threads to run and see synchronization problems will not occur.

Look at the results that the result is not correct, the cause of the problem is to synchronize two threads have access to the same variable.

Solve the problem:

1. Use a synchronization object . ( Spin locks from lock mutex event lights critical area ..... etc. can be .)

Here the use of self-locking solve (of course you can use other)

InterlockedIncrement API

prototype:

LONG InterlockedIncrement(

LPLONG volatile lpAddend // variable to increment

);
Just need to give it the address of a global variable, strong type can be converted to long *.

After using the results are correct

What is Dian two TLS (Thread local storage)

The so-called TLS, meaning finger, each thread has its own space, local storage, what does that mean?

For example, we were on the top of a g_dwNumber operation, then we will use synchronization objects, we might think so, each thread, open up a space

When operation of the thread A, the operation is g_dwNumber A thread, when the operation of the thread B, is g_dwNumber B thread operation.

Actually very simple, tell us about the TLS API

A total of four

They are:

TlsAlloc allocate thread local storage

TlsFree release thread local storage space

TlsGetValue 获得线程局部存储空间里面的值

TlsSetValue 设置线程局部存储空间的值

三丶TLSAPI的使用

1.首先是TlsAlloc的使用

DWORD TlsAlloc(VOID); 函数原型

调用一次TlsAlloc则会分配4个字节的空间,不管你在哪里调用,如果在main里面(主线程)中调用,那么当你创建线程的时候
线程会默认有4个字节的控件
返回值是一个索引, 这个索引是查FS寄存器数组的值当然,这个一会讲解.只需要知道,当我们为每一个线程申请了4个字节的空间
那么索引是一样的,但是索引操作的数据是不一样的
比如你申请的索引是1
那么在A线程中,操作1索引的时候,那么操作的是A线程的,那么如果在B线程操作索引1的时候,那么操作的是B线程的数据
举例子:
比如有个电话号码是 12345678
中国: 12345678
外国: 12345678 (把电话号码看做是索引)
我们知道,电话号码是一样的,但是你打这个电话的时候,人是不一样的
比如我在中国打123456 那么接听人是张三
我在外国打123456 那么接听人是李四
其中张三李四就是表达了对同一数据的不同操作.看下代码
再比如:
我们使用tlsAlloc申请了4个字节的空间
索引就是nindex (看做是g_dwNumber);
那么访问不同线程的索引,那么索引里面的值是不同的.

1.Tls的动态使用方法,设置全局变量
动态使用就是PE中不建立TLS表格了,同样完成同步

首先,我们为每个线程开辟了4个字节的空间
然后返回一个索引(这个索引看做是g_dwNumber,其实这个索引是去数组里面去取出成员来,比如现在是第1个,那么去数组里面取出第一项来,当做g_dwNumber)
TlsSetValue(索引,设置的值)
这样写其实就是根据索引找到数组里面的值,设置一下.
TlsGetValue(索引)则是根据下标索引,去数组里面取出g_dwNumber的值.
然后下方重新设置回去了.在1索引的位置,设置了g_dwNumber的值.

如果对齐数据结构不理解,可以看下手工写的图

AThread (当前索引为1)
　　数组: [0][1][2][3]..... 数组首地址: 00401000

BThread (当前索引为1)
　　数组: [0][1][2][3].....　数组首地址: 00402000
其实每个线程可以理解为索引虽然一样,但是在数组里面取出来的值是不一样的.
比如A线程的索引为1,里面的成员是A线程的g_dwNumber 比如现在它的值是5
现在切换到了B线程了,那么还是根据索引去找值,但是数组不同了,所以再次找1找的则是B数组的g_dwNumber了.
其实API的作用就相当于你手工的去给数组第几个元素赋值,取值.等等.
只不过这个是操作系统封装的数组,所以给你提供API
按照我们的写法,可能会下面那样做,伪代码,便于理解

AThread[1] = 0;

DWORD g_dwNumber = AThread[1];

printf(g_dwNumber);

AThread[1] = g_dwNumber++;

替换成API则是
TlsSetValue(索引,值)
TlsGetValue(索引);

现在看下那张图,那么已经实现了同步.线程也切换了,操作的就是自己的数据.
2.动态使用Tls之结构体的设置
上面我们说的是数组里面设置的是全局变量,现在我们要设置一下结构体了.
结构体其实是一样的,我们让数组里面存指针就行.
比如看下方代码:

很简单

1.我们定义一个p指针,指向了一块new的内存

2.初始化的时候,设置数组索引的当前索引的值为p的指针

3.从索引中获得p指针

4.修改p指向的m_dwCount的值

注意,这里因为p是一个指针,我们修改的只是它空间成员变量的值,所以不用重新再设置回去了.

到了现在感觉TLS是不是有点难用了.其实使用TLS 比使用任何同步对象都快,就相当于没同步的时候的速度.

但是TLS的真正的语法不是这样用的.(上面是动态使用不会生成TLS表)

3.Tls的静态使用(真正用法)

其实TLS真正的用法是静态使用,操作系统已经帮你集成了语法了

看下用法,以及语法;

语法:

__declspec(thread) 类型变量名

然后tls就会自动生成表了,操作系统帮你升成上面动态使用的代码.(所以为啥要理解动态使用)

用的时候还是正常使用.

我们的代码都不用变的.

但其实汇编代码还是会编译为上面的动态使用.

如果变为结构体,那么是一样的,只需要把类型变成结构体的类型即可.

四丶PE中TLS表的设计

了解了上方的原理了,那么如果让你设计表格你要怎么设计?

1.我们全局变量初始化为0了,那么我们肯定有地方存储了这个全局变量的数据 ,所以我会设计一段分为存储这个值.

2.我们常用的nindex索引,那么我觉着也要存储一下

看下结构体　　

typedef struct _IMAGE_TLS_DIRECTORY32 {
    DWORD   StartAddressOfRawData;　　　　TLS初始化数据的起始地址
    DWORD   EndAddressOfRawData;　　　　　 TLS初始化数据的结束地址  两个正好定位一个范围,范围放初始化的值
    DWORD   AddressOfIndex;              TLS 索引的位置
    DWORD   AddressOfCallBacks;          Tls回调函数的数组指针
    DWORD   SizeOfZeroFill;　　　　　　　　 填充0的个数
    union {
        DWORD Characteristics;　　　　　　保留
        struct {
            DWORD Reserved0 : 20;
            DWORD Alignment : 4;
            DWORD Reserved1 : 8;
        } DUMMYSTRUCTNAME;
    } DUMMYUNIONNAME;

} IMAGE_TLS_DIRECTORY32;

首先介绍前两个成员,

起始地址结束地址定位了一个范围,那么这个范围内存放的就是初始化的值(注意只有静态使用才有TLS表)也就是上方我们定义的g_dwNumber = 0;存放了0,但是因为0不好看,这里我重新赋值为12345678 代码不贴了.

我们查看下PE定位一下Tls的位置.

注意,因为我是VS2015编写的程序,随机基址懒得去了,直接在PE中修改了,把文件头的文件属性修改了即可.

以前是02,现在改成03即可.

首先查看下数据目录的第9项

得出RVA = 000176FC

查看下模块首地址. 首地址是 00400000

看下属于哪个节

命中在.rdata节,RVA = 00016000

上面的RVA减去现在的RVA = 偏移

000176FC - 00016000 = 16FC

节中的文件偏移 + 偏移 = 文件中的位置.

文件偏移是下方的第二个成员

5400 + 16FC = 6AFC

查看6AFC定位Tls表的位置.

前面两个成员分别指向的是

0041B000 0041B208的位置结束地址 - 起始地址 = 范围.

寻找起始地址的FA

时间关系,这里命中的节是 Rva = 001B000

那么转为文件偏移

FA = 8400h直接计算出来了

起始地址是8400h 那么+208就是8608 ,那么8400h 到8608的位置就存放的初始值,现在已经看到上图画出来的12345678了(小尾方式读取)

第3个成员: 索引的值,这个你可以自己转化查看.

五丶TLS结构体第四个成员,回调函数的数组指针

这个怎么理解,是这样的,还记到动态使用的时候,我们不是在主线程中 TlsAlloc 和TlsFree吗

现在我们可以注册回调函数,操作系统会调用这个回调函数.

怎么注册?

关键字: 加段,必须添加到特定的段中

首先先看下回调的函数原型.

typedef VOID

(NTAPI *PIMAGE_TLS_CALLBACK) (PVOID DllHandle, DWORD Reason,PVOID Reserved );

PIMAGE_TLS_CALLBACK 其中这个回调是从结构体中第四个成员里面,注释得到的

首先我们自己写一个

请看注释,其实这里才是真正的申请和释放,注意,这个回调函数操作系统会从问价那种读取地址,然后执行一遍,没有申请内存,所以这里面可以藏代码的.

注意,虽然回调我们写了,但是要让操作系统调用,那么我们需要添加一个特定的节.

语法:

#pragma data_seg(".CRTXLB")其中关于.CRTXLB")其中关于.CRTXLB 为什么是这个节,我发下连接看雪论坛的,自己看下吧,很简单了.https://bbs.pediy.com/thread-108015.htm

/*中间写代码,定义函数回调数组*/

PIMAGE_TLS_CALLBACK ary[] = {MyTlsCallBack,0}; //0结尾,那么操作系统就会在文件中找到这个位置,调用一下这个回调.如果多个,里面可以写多个,0结尾即可.

#pragma data_seg();　　

发现1已经成功弹出来了,那么现在结构体的第四个成员,就是指向这个数组首地址的.PE加载的时候,会默认调用,然后依次执行一遍..

请注意,只会在文件中存储,如果你跑到内存中查看,这个地址是没有的.

Session Eight, TLS table (thread local storage)

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