C#/.NET基于Topshelf创建Windows服务的守护程序作为服务启动的客户端桌面程序不显示UI界面的问题分析和解决方案
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文章目录
C#/.NET基于Topshelf创建Windows服务的系列文章目录：
- C#/.NET基于Topshelf创建Windows服务程序及服务的安装和卸载 (1)
- 在C#/.NET应用程序开发中创建一个基于Topshelf的应用程序守护进程(服务) (2)
- C#/.NET基于Topshelf创建Windows服务的守护程序作为服务启动的客户端桌面程序不显示UI界面的问题分析和解决方案 (3)
前言
在上一篇文章《在C#/.NET应用程序开发中创建一个基于Topshelf的应用程序守护进程(服务)》的最后，我给大家抛出了一个遗留的问题--在将TopshelfDemoService程序作为Windows服务安装的情况下，由它守护并启动的客户端程序是没有UI界面的。到这里，我们得分析为什么会出现这个问题，为什么在桌面应用程序模式下可以显示UI界面，而在服务模式下没有UI界面？
分析问题(Session 0 隔离)
通过查阅资料，这是由于Session 0 隔离作用的结果。那么什么又是Session 0 隔离呢？
在Windows XP、Windows Server 2003 或早期Windows 系统时代，当第一个用户登录系统后服务和应用程序是在同一个Session 中运行的。这就是Session 0 如下图所示：
但是这种运行方式提高了系统安全风险，因为服务是通过提升了用户权限运行的，而应用程序往往是那些不具备管理员身份的普通用户运行的，其中的危险显而易见。
从Vista 开始Session 0 中只包含系统服务，其他应用程序则通过分离的Session 运行，将服务与应用程序隔离提高系统的安全性。如下图所示：
这样使得Session 0 与其他Session 之间无法进行交互，不能通过服务向桌面用户弹出信息窗口、UI 窗口等信息。这也就是为什么刚才我说那个图已经不能通过当前桌面进行截图了。
潜在的问题
解决方案
在了解了Session 0 隔离之后，给出一些有关创建服务程序以及由服务托管的驱动程序的建议：
1、与应用程序通信时，使用RPC、命名管道等C/S模式代替窗口消息
2、如果服务程序需要UI与用户交互的话，有两种方式：
①用WTSSendMessage来创建一个消息框与用户交互
②使用一个代理（agent）来完成跟用户的交互，服务程序通过CreateProcessAsUser创建代理。
并用RPC或者命名管道等方式跟代理通信，从而完成复杂的界面交互。
3、应该在用户的Session中查询显示属性，如果在Session 0中做这件事，将会得到不正确的结果。
4、明确地使用Local或者Global为命名对象命名，Local/为Session//BaseNamedObject/，Global/为BaseNamedObject/
5、将程序放在实际环境中测试是最好的方法，如果条件不允许，可以在XP的FUS下测试。在XP的FUS下能工作的服务程序将很可能可以在新版系统中工作，注意XP的FUS下的测试不能检测到在Session 0下跟视频驱动有关的问题
本文我们的服务程序将通过CreateProcessAsUser创建代理来实现Session 0隔离的穿透。
在项目[TopshelfDemoService]中创建一个静态扩展帮助类ProcessExtensions.cs，代码如下：
using System;
using System.Runtime.InteropServices;
namespace TopshelfDemoService
{
/// <summary>
/// 进程静态扩展类
/// </summary>
public static class ProcessExtensions
{
#region Win32 Constants
private const int CREATE_UNICODE_ENVIRONMENT = 0x00000400;
private const int CREATE_NO_WINDOW = 0x08000000;
private const int CREATE_NEW_CONSOLE = 0x00000010;
private const uint INVALID_SESSION_ID = 0xFFFFFFFF;
private static readonly IntPtr WTS_CURRENT_SERVER_HANDLE = IntPtr.Zero;
#endregion
#region DllImports
[DllImport("advapi32.dll", EntryPoint = "CreateProcessAsUser", SetLastError = true, CharSet = CharSet.Ansi, CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]
private static extern bool CreateProcessAsUser(
IntPtr hToken,
String lpApplicationName,
String lpCommandLine,
IntPtr lpProcessAttributes,
IntPtr lpThreadAttributes,
bool bInheritHandle,
uint dwCreationFlags,
IntPtr lpEnvironment,
String lpCurrentDirectory,
ref STARTUPINFO lpStartupInfo,
out PROCESS_INFORMATION lpProcessInformation);
[DllImport("advapi32.dll", EntryPoint = "DuplicateTokenEx")]
private static extern bool DuplicateTokenEx(
IntPtr ExistingTokenHandle,
uint dwDesiredAccess,
IntPtr lpThreadAttributes,
int TokenType,
int ImpersonationLevel,
ref IntPtr DuplicateTokenHandle);
[DllImport("userenv.dll", SetLastError = true)]
private static extern bool CreateEnvironmentBlock(ref IntPtr lpEnvironment, IntPtr hToken, bool bInherit);
[DllImport("userenv.dll", SetLastError = true)]
[return: MarshalAs(UnmanagedType.Bool)]
private static extern bool DestroyEnvironmentBlock(IntPtr lpEnvironment);
[DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
private static extern bool CloseHandle(IntPtr hSnapshot);
[DllImport("kernel32.dll")]
private static extern uint WTSGetActiveConsoleSessionId();
[DllImport("Wtsapi32.dll")]
private static extern uint WTSQueryUserToken(uint SessionId, ref IntPtr phToken);
[DllImport("wtsapi32.dll", SetLastError = true)]
private static extern int WTSEnumerateSessions(
IntPtr hServer,
int Reserved,
int Version,
ref IntPtr ppSessionInfo,
ref int pCount);
#endregion
#region Win32 Structs
private enum SW
{
SW_HIDE = 0,
SW_SHOWNORMAL = 1,
SW_NORMAL = 1,
SW_SHOWMINIMIZED = 2,
SW_SHOWMAXIMIZED = 3,
SW_MAXIMIZE = 3,
SW_SHOWNOACTIVATE = 4,
SW_SHOW = 5,
SW_MINIMIZE = 6,
SW_SHOWMINNOACTIVE = 7,
SW_SHOWNA = 8,
SW_RESTORE = 9,
SW_SHOWDEFAULT = 10,
SW_MAX = 10
}
private enum WTS_CONNECTSTATE_CLASS
{
WTSActive,
WTSConnected,
WTSConnectQuery,
WTSShadow,
WTSDisconnected,
WTSIdle,
WTSListen,
WTSReset,
WTSDown,
WTSInit
}
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
private struct PROCESS_INFORMATION
{
public IntPtr hProcess;
public IntPtr hThread;
public uint dwProcessId;
public uint dwThreadId;
}
private enum SECURITY_IMPERSONATION_LEVEL
{
SecurityAnonymous = 0,
SecurityIdentification = 1,
SecurityImpersonation = 2,
SecurityDelegation = 3,
}
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
private struct STARTUPINFO
{
public int cb;
public String lpReserved;
public String lpDesktop;
public String lpTitle;
public uint dwX;
public uint dwY;
public uint dwXSize;
public uint dwYSize;
public uint dwXCountChars;
public uint dwYCountChars;
public uint dwFillAttribute;
public uint dwFlags;
public short wShowWindow;
public short cbReserved2;
public IntPtr lpReserved2;
public IntPtr hStdInput;
public IntPtr hStdOutput;
public IntPtr hStdError;
}
private enum TOKEN_TYPE
{
TokenPrimary = 1,
TokenImpersonation = 2
}
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
private struct WTS_SESSION_INFO
{
public readonly UInt32 SessionID;
[MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)]
public readonly String pWinStationName;
public readonly WTS_CONNECTSTATE_CLASS State;
}
#endregion
// Gets the user token from the currently active session
private static bool GetSessionUserToken(ref IntPtr phUserToken)
{
var bResult = false;
var hImpersonationToken = IntPtr.Zero;
var activeSessionId = INVALID_SESSION_ID;
var pSessionInfo = IntPtr.Zero;
var sessionCount = 0;
// Get a handle to the user access token for the current active session.
if (WTSEnumerateSessions(WTS_CURRENT_SERVER_HANDLE, 0, 1, ref pSessionInfo, ref sessionCount) != 0)
{
var arrayElementSize = Marshal.SizeOf(typeof(WTS_SESSION_INFO));
var current = pSessionInfo;
for (var i = 0; i < sessionCount; i++)
{
var si = (WTS_SESSION_INFO)Marshal.PtrToStructure(current, typeof(WTS_SESSION_INFO));
current += arrayElementSize;
if (si.State == WTS_CONNECTSTATE_CLASS.WTSActive)
{
activeSessionId = si.SessionID;
}
}
}
// If enumerating did not work, fall back to the old method
if (activeSessionId == INVALID_SESSION_ID)
{
activeSessionId = WTSGetActiveConsoleSessionId();
}
if (WTSQueryUserToken(activeSessionId, ref hImpersonationToken) != 0)
{
// Convert the impersonation token to a primary token
bResult = DuplicateTokenEx(hImpersonationToken, 0, IntPtr.Zero,
(int)SECURITY_IMPERSONATION_LEVEL.SecurityImpersonation, (int)TOKEN_TYPE.TokenPrimary,
ref phUserToken);
CloseHandle(hImpersonationToken);
}
return bResult;
}
public static bool StartProcessAsCurrentUser(string appPath, string cmdLine = null, string workDir = null, bool visible = true)
{
var hUserToken = IntPtr.Zero;
var startInfo = new STARTUPINFO();
var procInfo = new PROCESS_INFORMATION();
var pEnv = IntPtr.Zero;
int iResultOfCreateProcessAsUser;
startInfo.cb = Marshal.SizeOf(typeof(STARTUPINFO));
try
{
if (!GetSessionUserToken(ref hUserToken))
{
throw new Exception("StartProcessAsCurrentUser: GetSessionUserToken failed.");
}
uint dwCreationFlags = CREATE_UNICODE_ENVIRONMENT | (uint)(visible ? CREATE_NEW_CONSOLE : CREATE_NO_WINDOW);
startInfo.wShowWindow = (short)(visible ? SW.SW_SHOW : SW.SW_HIDE);
startInfo.lpDesktop = "winsta0\\default";
if (!CreateEnvironmentBlock(ref pEnv, hUserToken, false))
{
throw new Exception("StartProcessAsCurrentUser: CreateEnvironmentBlock failed.");
}
if (!CreateProcessAsUser(hUserToken,
appPath, // Application Name
cmdLine, // Command Line
IntPtr.Zero,
IntPtr.Zero,
false,
dwCreationFlags,
pEnv,
workDir, // Working directory
ref startInfo,
out procInfo))
{
iResultOfCreateProcessAsUser = Marshal.GetLastWin32Error();
throw new Exception("StartProcessAsCurrentUser: CreateProcessAsUser failed. Error Code -" + iResultOfCreateProcessAsUser);
}
iResultOfCreateProcessAsUser = Marshal.GetLastWin32Error();
}
finally
{
CloseHandle(hUserToken);
if (pEnv != IntPtr.Zero)
{
DestroyEnvironmentBlock(pEnv);
}
CloseHandle(procInfo.hThread);
CloseHandle(procInfo.hProcess);
}
return true;
}
}
}
修改ProcessHelper.cs为如下代码：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
namespace TopshelfDemoService
{
/// <summary>
/// 进程处理帮助类
/// </summary>
internal class ProcessorHelper
{
/// <summary>
/// 获取当前计算机所有的进程列表(集合)
/// </summary>
/// <returns></returns>
public static List<Process> GetProcessList()
{
return GetProcesses().ToList();
}
/// <summary>
/// 获取当前计算机所有的进程列表(数组)
/// </summary>
/// <returns></returns>
public static Process[] GetProcesses()
{
var processList = Process.GetProcesses();
return processList;
}
/// <summary>
/// 判断指定的进程是否存在
/// </summary>
/// <param name="processName"></param>
/// <returns></returns>
public static bool IsProcessExists(string processName)
{
return Process.GetProcessesByName(processName).Length > 0;
}
/// <summary>
/// 启动一个指定路径的应用程序
/// </summary>
/// <param name="applicationPath"></param>
/// <param name="args"></param>
public static void RunProcess(string applicationPath, string args = "")
{
try
{
ProcessExtensions.StartProcessAsCurrentUser(applicationPath, args);
}
catch (Exception e)
{
var psi = new ProcessStartInfo
{
FileName = applicationPath,
WindowStyle = ProcessWindowStyle.Normal,
Arguments = args
};
Process.Start(psi);
}
}
}
}
其中更改了方法
RunProcess()的调用方式。
重新编译服务程序项目[TopshelfDemoService]，并将它作为Windows服务安装，最后启动服务。守护进程服务将启动一个带UI界面的客户端程序。大功告成！！！
我是Rector，希望本文的关于Topshelf服务和守护程序设计对需要的朋友有所帮助。
感谢花你宝贵的时间阅读！！！
参考资料
穿透Session 0 隔离（一）
Windows中Session 0隔离对服务程序和驱动程序的影响
CreateProcessAsUser
源代码下载
本示例代码托管地址可以在原出处找到：示例代码下载地址
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