1、服务介绍

操作系统在启动的时候,会启动一些不需要用户交互的进程。这些进程被称为服务。当操作系统启动后它就自动被运行。

2、组成

服务程序、服务控制程序(SCP,service control program)和服务控制管理器(SCM,service control manager)组成了Windows服务。我们可以通过SCP操纵SCM启动、暂停、停止服务程序。其中服务程序和SCP由我们自己编写。

SCM

servics.exe是操作系统内置的一个部件。建立数据库、启动服务(自启动),分配服务进程。

SCP

服务控制程序,例如windows自带的服务工具:

当然也可以自己写一个服务管理工具。

服务程序

我们需要执行的任务

3、执行原理

首先看看服务入口:

  static void Main()
{
ServiceBase[] ServicesToRun;
ServicesToRun = new ServiceBase[]
{
new MainService()
};
ServiceBase.Run(ServicesToRun);
}

从入口看,这和控制台程序一样,因为绝大部分的服务都不需要交互,所以没有用户界面。 那么ServiceBase.Run到底做了什么事情呢?平常情况下,我们并不关心,只是windows服务听起来有点神秘。于是就搜索关于windows service原理的文章,理解一下。如下图:

大致原理:服务主线程调用StartServiceCtrlDispatcher,最终执行了ServiceMain回调,调用了我们自己写的服务代码。SCP通过CtrlHandle回调了我们对服务的一些操作,比如暂停,启动等等。它们都通过SetServiceStatus方法与SCM通信,把服务的状态等信息及时地告诉SCM。我结合代码主要介绍下,我们的服务代码是如何被调用的。

Main方法中的ServiceBase是一个什么样的类呢?

从继承关系上看,它是可以跨应用程序域调用(MarshalByRefObject——Enables access to objects across application domain boundaries in applications that support remoting)以及需要释放资源(IDisposable)。这说明,可以远程调用服务以及服务占用了非托管资源。

我们看Run方法:

         public static void Run(ServiceBase[] services)
{
if ((services == null) || (services.Length == ))
{
throw new ArgumentException(Res.GetString("NoServices"));
}
if (Environment.OSVersion.Platform != PlatformID.Win32NT)
{
string message = Res.GetString("CantRunOnWin9x");
string title = Res.GetString("CantRunOnWin9xTitle");
LateBoundMessageBoxShow(message, title);
}
else
{
IntPtr entry = Marshal.AllocHGlobal((IntPtr) ((services.Length + ) * Marshal.SizeOf(typeof(System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_TABLE_ENTRY))));
System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_TABLE_ENTRY[] service_table_entryArray = new System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_TABLE_ENTRY[services.Length];
bool multipleServices = services.Length > ;
IntPtr zero = IntPtr.Zero;
for (int i = ; i < services.Length; i++)
{
services[i].Initialize(multipleServices);
service_table_entryArray[i] = services[i].GetEntry();
zero = (IntPtr) (((long) entry) + (Marshal.SizeOf(typeof(System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_TABLE_ENTRY)) * i));
Marshal.StructureToPtr(service_table_entryArray[i], zero, true);
}
System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_TABLE_ENTRY structure = new System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_TABLE_ENTRY {
callback = null,
name = IntPtr.Zero
};
zero = (IntPtr) (((long) entry) + (Marshal.SizeOf(typeof(System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_TABLE_ENTRY)) * services.Length));
Marshal.StructureToPtr(structure, zero, true);
bool flag2 = System.ServiceProcess.NativeMethods.StartServiceCtrlDispatcher(entry);
foreach (ServiceBase base2 in services)
{
if (base2.startFailedException != null)
{
base2.startFailedException.Throw();
}
}
string str = "";
if (!flag2)
{
str = new Win32Exception().Message;
string str4 = Res.GetString("CantStartFromCommandLine");
if (Environment.UserInteractive)
{
string str5 = Res.GetString("CantStartFromCommandLineTitle");
LateBoundMessageBoxShow(str4, str5);
}
else
{
Console.WriteLine(str4);
}
}
foreach (ServiceBase base3 in services)
{
base3.Dispose();
if (!flag2 && (base3.EventLog.Source.Length != ))
{
object[] args = new object[] { str };
base3.WriteEventLogEntry(Res.GetString("StartFailed", args), EventLogEntryType.Error);
}
}
}
}

第32行 System.ServiceProcess.NativeMethods.StartServiceCtrlDispatcher(entry)这是一个平台调用,它非常关键,看看原型:

它接收一个参数 entry,这是一个指针或者句柄类型( A platform-specific type that is used to represent a pointer or a handle)。那么它应该指向服务的入口地址。我们看看entry是什么结构?

第15行  IntPtr entry = Marshal.AllocHGlobal((IntPtr) ((services.Length + 1) * Marshal.SizeOf(typeof(System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_TABLE_ENTRY)))); 这句一看就是分配内存的。如果我们都学过c语言的话,也不会陌生。虽然c#自动分配内存,我们不用管,其实这件事情还是存在的。SERVICE_TABLE_ENTRY,这个结构如下

callback是委托类型。这个类什么时候实例化的?第22行 service_table_entryArray[i] = services[i].GetEntry(); GetEntry方法如下:

         private System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_TABLE_ENTRY GetEntry()
{
System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_TABLE_ENTRY service_table_entry = new System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_TABLE_ENTRY();
this.nameFrozen = true;
service_table_entry.callback = this.mainCallback;
service_table_entry.name = this.handleName;
return service_table_entry;
}

第5行,callback的实例是this.mainCallback,定义 private System.ServiceProcess.NativeMethods.ServiceMainCallback mainCallback; 它的类型: public delegate void ServiceMainCallback(int argCount, IntPtr argPointer);在什么时候实例化呢?

        private void Initialize(bool multipleServices)
{
if (!this.initialized)
{
...this.status.currentState = ;
this.status.controlsAccepted = ;
this.status.win32ExitCode = ;
this.status.serviceSpecificExitCode = ;
this.status.checkPoint = ;
this.status.waitHint = ;
this.mainCallback = new System.ServiceProcess.NativeMethods.ServiceMainCallback(this.ServiceMainCallback);
...
}
}

在服务初始化的方法中实例化的。在Run方法的第21行中调用了初始化方法 :services[i].Initialize(multipleServices); 所以现在重心转移到 this.ServiceMainCallback:

     public unsafe void ServiceMainCallback(int argCount, IntPtr argPointer)
{
fixed (System.ServiceProcess.NativeMethods.SERVICE_STATUS* service_statusRef = &this.status)
{
string[] state = null;
...this.startCompletedSignal = new ManualResetEvent(false);
this.startFailedException = null;
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(this.ServiceQueuedMainCallback), state);
this.startCompletedSignal.WaitOne();
if ((this.startFailedException != null) && (this.status.win32ExitCode == ))
{
this.status.win32ExitCode = 0x428;
}
if (!System.ServiceProcess.NativeMethods.SetServiceStatus(this.statusHandle, service_statusRef))
{
object[] objArray2 = new object[] { new Win32Exception().Message };
this.WriteEventLogEntry(Res.GetString("StartFailed", objArray2), EventLogEntryType.Error);
this.status.currentState = ;
System.ServiceProcess.NativeMethods.SetServiceStatus(this.statusHandle, service_statusRef);
}
}
}

在这段代码中,它开启了一个新的线程 ThreadPool.QueueUserWorkItem,回调了ServiceQueuedMainCallback,除此之外,定义了ManualResetEvent,用于主线程和子线程之间的同步。this.startCompletedSignal.WaitOne()  开启子线程后,先阻塞主线程运行,等待子线程的结果。ServiceQueuedMainCallback干了些什么事情?

       private void ServiceQueuedMainCallback(object state)
{
string[] args = (string[]) state;
try
{
this.OnStart(args);
this.WriteEventLogEntry(Res.GetString("StartSuccessful"));
this.status.checkPoint = ;
this.status.waitHint = ;
this.status.currentState = ;
}
catch (Exception exception)
{
object[] objArray1 = new object[] { exception.ToString() };
this.WriteEventLogEntry(Res.GetString("StartFailed", objArray1), EventLogEntryType.Error);
this.status.currentState = ;
if (!System.LocalAppContextSwitches.DontThrowExceptionsOnStart)
{
this.startFailedException = ExceptionDispatchInfo.Capture(exception);
}
}
this.startCompletedSignal.Set();
}

第6行,this.OnStart,这是一个服务开始运行的地方。

   protected virtual void OnStart(string[] args)
{
}

相应还有OnStop方法,微软暴露出这些虚方法,我们在子类中,刚好重写,这样我们写的服务代码就被执行了。

感兴趣的同学,可以写个服务,安装个反编译工具,按F12,就可以跟进到代码里面去看了。

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