Зачем и как создавать службы (сервисы) Windows NT/2000.

Михаил Плакунов, Plakunov@astrosoft.ru

Службы Windows NT, общие понятия

Служба Windows NT (Windows NT service) — специальный процесс, обладающий унифицированным интерфейсом для взаимодействия с операционной системой Windows NT. Службы делятся на два типа — службы Win32, взаимодействующие с операционной системой посредством диспетчера управления службами (Service Control Manager — SCM), и драйвера, работающие по протоколу драйвера устройства Windows NT. Далее в этой статье мы будем обсуждать только службы Win32.

Применение служб

Одним из важнейших свойств службы является неинтерактивность. Типичное «поведение» службы — это незаметная для обычного пользователя работа в фоновом режиме. В силу этого службы наиболее подходят для реализации следующих типов приложений:

• Сервера в архитектуре клиент-сервер (например, MS SQL, MS Exchange Server)
• Сетевые службы Windows NT (Server, Workstation);
• Серверные (в смысле функциональности) компоненты распределенных приложений (например, всевозможные программы мониторинга).

Основные свойства служб

От обычного приложения Win32 службу отличают 3 основных свойства. Рассмотрим каждое из них.

Во-первых, это возможность корректного останова (приостанова) работы службы. Пользователь или другое приложение, использующие стандартные механизмы, имеют возможность изменить состояние службы — перевести ее из состояния выполнения в состояние паузы или даже остановить ее работу. При этом служба перед изменением своего состояния получает специальное уведомление, благодаря которому может совершить необходимые для перехода в новое состояние действия, например, освободить занятые ресурсы.

Во-вторых, возможность запуска службы до регистрации пользователя и, как следствие, возможность работы вообще без зарегистрированного пользователя. Любая служба может быть запущена автоматически при старте операционной системы и начать работу еще до того как пользователь произведет вход в систему.

И, наконец, возможность работы в произвольном контексте безопасности. Контекст безопасности Windows NT определяет совокупность прав доступа процесса к различным объектам системы и данным. В отличие от обычного приложения Win32, которое всегда запускается в контексте безопасности пользователя, зарегистрированного в данный момент в системе, для службы контекст безопасности ее выполнения можно определить заранее. Это означает, что для службы можно определить набор ее прав доступа к объектам системы заранее и тем самым ограничить сферу ее деятельности. Применительно к службам существует специальный вид контекста безопасности, используемый по умолчанию и называющийся Local System. Служба, запущенная в этом контексте, обладает правами только на ресурсы локального компьютера. Никакие сетевые операции не могут быть осуществлены с правами Local System, поскольку этот контекст имеет смысл только на локальном компьютере и не опознается другими компьютерами сети.

Взаимодействие службы с другими приложениями

Любое приложение, имеющее соответствующие права, может взаимодействовать со службой. Взаимодействие, в первую очередь, подразумевает изменение состояния службы, то есть перевод ее в одно из трех состояний — работающее (Запуск), приостанов (Пауза), останов и осуществляется при помощи подачи запросов SCM. Запросы бывают трех типов — сообщения от служб (фиксация их состояний), запросы, связанные с изменением конфигурации службы или получением информации о ней и запросы приложений на изменение состояния службы.

Для управления службой необходимо в первую очередь получают ее дескриптор с помощью функции Win32 API OpenService. Функция StartService запускает службу. При необходимости изменение состояния службы производится вызовом функции ControlService.

База данных службы

Информация о каждой службе хранится в реестре — в ключе HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\ServiceName. Там содержатся следующие сведения:

• Тип службы. Указывает на то, реализована ли в данном приложении только одна служба (эксклюзивная) или же их в приложении несколько. Эксклюзивная служба может работать в любом контексте безопасности. Несколько служб внутри одного приложения могут работать только в контексте LocalSystem.
• Тип запуска. Автоматический — служба запускается при старте системы. По требованию — служба запускается пользователем вручную. Деактивированный — служба не может быть запущена.
• Имя исполняемого модуля (EXE-файл).
• Порядок запуска по отношению к другим службам. В некоторых случаях для корректной работы службы требуется, чтобы была запущена одна или несколько других служб. В этом случае в реестре содержится информация о службах, запускаемых перед данной.
• Контекст безопасности выполнения службы (сетевое имя и пароль). По умолчанию контекст безопасности соответствует LocalSystem.

Приложения, которым требуется получить информацию о какой-либо службе или изменить тот или иной параметр службы, по сути должны изменить информацию в базе данных службы в реестре. Это можно сделать посредством соответствующих функций Win32 API:

• OpenSCManager, CreateService, OpenService, CloseServiceHandle — для создания (открытия) службы;
• QueryServiceConfig, QueryServiceObjectSecurity, EnumDependentServices, EnumServicesStatus — для получения информации о службе;
• ChangeServiceConfig, SetServiceObjectSecurity, LockServiceDatabase, UnlockServiceDatabase, QueryServiceLockStatus — для изменения конфигурационной информации службы.

Внутреннее устройство службы.

Для того, чтобы «быть службой», приложение должно быть устроено соответствующим образом, а именно — включать в себя определенный набор функций (в терминах C++) с определенной функциональностью. Рассмотрим кратко каждую из них.

• Функция main

Как известно функция main — точка входа любого консольного Win32 приложения. При запуске службы первым делом начинает выполняться код этой функции. Втечение 30 секунд с момента старта функция main должна обязательно вызвать StartServiceCtrlDispatcher для установления соединения между приложением и SCM. Все коммуникации между любой службой данного приложения и SCM осуществляются внутри функции StartServiceCtrlDispatcher, которая завершает работу только после остановки всех служб в приложении.

• Функция ServiceMain

Помимо общепроцессной точки входа существует еще отдельная точка входа для каждой из служб, реализованных в приложении. Имена функций, являющихся точками входа служб (для простоты назовем их всех одинаково — ServiceMain), передаются SCM в одном из параметров при вызове StartServiceCtrlDispatcher. При запуске каждой службы для выполнения ServiceMain создается отдельный поток.

Получив управление, ServiceMain первым делом должна зарегистрировать обработчик запросов к службе, функцию Handler, свою для каждой из служб в приложении. После этого в ServiceMain обычно следуют какие-либо действия для инициализации службы — выделение памяти, чтение данных и т.п. Эти действия должны обязательно сопровождаться уведомлениями SCM о том, что служба все еще находится в процессе старта и никаких сбоев не произошло. Уведомления посылаются при помощи вызовов функции SetServiceStatus. Все вызовы, кроме самого последнего должны быть с параметром SERVICE_START_PENDING, а самый последний — с параметром SERVICE_RUNNING. Периодичность вызовов определяется разработчиком службы, исходя их следующего условия: продолжительность временного интервала между двумя соседними вызовами SetServiceStatus не должна превышать значения параметра dwWaitHint, переданного SCM при первом из двух вызовов. В противном случае SCM, не получив во-время очередного уведомления, принудительно остановит службу. Такой способ позволяет избежать ситуации «зависания» службы на старте в результате возникновения тех или иных сбоев (вспомним, что службы обычно неинтерактивны и могут запускаться в отсутствие пользователя). Обычная практика заключается в том, что после завершения очередного шага инициализации происходит уведомление SCM.

• Функция Handler

Как уже упоминалось выше, Handler — это прототип callback-функции, обработчика запросов к службе, своей для каждой службы в приложении. Handler вызывается, когда службе приходит запрос (запуск, приостанов, возобновление, останов, сообщение текущего состояния) и выполняет необходимые в соответствии с запросом действия, после чего сообщает новое состояние SCM.

Один запрос следует отметить особо — запрос, поступающий при завершении работы системы (Shutdown). Этот запрос сигнализирует о необходимости выполнить деинициализацию и завершиться. Microsoft утверждает, что для завершения работы каждой службе выделяется 20 секунд, после чего она останавливается принудительно. Однако тесты показали, что это условие выполняется не всегда и служба принудительно останавливается до истечения этого промежутка времени.

Система безопасности служб

Любое действие над службами требует наличия соответствующих прав у приложения. Все приложения обладают правами на соединение с SCM, перечисление служб и проверку заблокированности БД службы. Регистрировать в сиситеме новую службу или блокировать БД службы могут только приложения, обладающие административными правами.

Каждая служба имеет дескриптор безопасности, описывающий какие пользователи имеют права на ту или иную операцию. По умолчанию:

• Все пользователи имеют права SERVICE_QUERY_CONFIG, SERVICE_QUERY_STATUS, SERVICE_ENUMERATE_DEPENDENTS, SERVICE_INTERROGATE и SERVICE_USER_DEFINED_CONTROL;
• Пользователи, входящие в группу Power Users и учетная запись LocalSystem дополнительно имеют права SERVICE_START, SERVICE_PAUSE_CONTINUE и SERVICE_STOP;
• Пользователи, входящие в группы Administrators и System Operators имеют право SERVICE_ALL_ACCESS.

Службы и интерактивность

По умолчанию интерактивные службы могут выполняться только в контексте безопасности LocalSystem. Это связано с особенностями вывода на экран монитора в Windows NT, где существует, например, такой объект как “Desktop”, для работы с которым нужно иметь соответствующие права доступа, которых может не оказаться у произвольной учетной записи, отличной от LocalSystem. Несмотря на то, что в подавляющем большинстве случаев это ограничение несущественно однако иногда существует необходимость создать службу, которая выводила бы информацию на экран монитора и при этом выполнялась бы в контексте безопасности отличном от LocalSystem, например, серверная компонента приложения для запуска приложений на удаленном компьютере.

      Фрагмент кода из Примера 1. иллюстрирует такую возможность.

В этом фрагменте в ответ на запрос, посланный клиентской частью приложения последством RPC, служба выводит текстовое сообщение на экран монитора.

Пример службы (ключевые фрагменты)

Рассмотрим на примере ключевые фрагменты приложения на языке С++, реализующего службу Windows NT. Для наглядности несущественные части кода опущены.

• Функция main

      В Примере 2. показан код функции main.

• Функция ServiceMain

Особенностью кода, содержащегося в ServiceMain, является то, что часто невозможно заранее предсказать время выполнения той или иной операции, особенно, если учесть, что ее выполнение происходит в операционной системе с вытесняющей многозадачностью. Если операция продлится дольше указанного в параметре вызова SetServiceStatus интервала времени, служба не сможет во-время отправить следующее уведомление, в результате чего SCM остановит ее работу. Примерами потенциально «опасных» операций могут служить вызовы функций работы с сетью при больших таймаутах или единовременное чтение большого количества информации с медленного носителя. Кроме того, такой подход совершенно не применим при отладке службы, поскольку выполнение программы в отладчике сопровождается большими паузами, необходимыми разработчику.

Для преодоления этой проблемы все операции по взаимодействию с SCM следует выполнять в отдельном потоке, не зависящем от действий, происходящих на этапе инициализации.

      В Примере 3. показан алгоритм корректного запуска службы, использующий вспомогательный поток.

• Функция Handler

      В Примере 4. показан код функции Handler и вспомогательных потоков. Для запросов “Stop” и “Shutdown” используется алгоритм корректного останова службы, аналогичный тому, который используется при старте службы, с той лишь разницей, что вместо параметра SERVICE_START_PENDING в SetserviceStatus передается параметр SERVICE_STOP_PENDING, а вместо SERVICE_RUNNING — SERVICE_STOPPED.

В идеале для запросов “Pause” и “Continue” тоже следует использовать этот подход. Любознательный читатель без труда сможет реализовать его, опираясь на данные примеры.

Заключение

В заключение хотелось бы отметить, что с переходом на Windows NT 2000 разработка служб не претерпела изменений. Службы по-прежнему остаются важной частью программного обеспечения на платформе Windows, что предоставляет разработчикам широкое поле деятельности.

Авторские права: "СофтТерра"