操作系统实现之路：hcxbuild工具

hcxbuild工具用于构建HCX（Hello China eXecutable）文件，即Hello China的可执行文件。应用程序经开发环境编译后，生成的是PE格式的可执行文件。而hcxbuild则PE文件进行进一步的修改，使之符合Hello China的加载需要。具体来说，这个工具对PE文件做了如下修改：

（1）使用一个新定义的文件头__HCX_HEADER，覆盖MS-DOS头。

（2）对PE格式的每个节进行分析，根据它们在内存中的位置重新进行了定位，确保其存储格式与加载格式一致。这样的结果就是，操作系统只需要把文件读入内存即可直接运行，无需再对各个节做重定位。

（3）在PE文件的末尾处增加一个图标，用于显示在操作系统的GUI shell主屏幕上。

hcxbuild的运行结果：如图14-2所示。

图14-2 hcxbuild的运行结果

其中二进制可执行文件，就是待处理的PE文件，而应用程序图标就是附加在PE文件之后的128×128×32规格的位图。一旦选择好待处理的PE文件，工具就会把该文件的相关信息，比如入口点、文件和内存对齐方式、各个节的详细信息等，都显示在“原始文件概要信息”栏内。一旦选择好图标文件，文件内容就会被显示在信息栏右面的图标区域内。

应用程序的可视化名称，是Hello China在枚举该应用程序时显示的名字。主要和次要两个版本号，用于标记程序的版本。最后的目标文件路径及名称，则是最终生成的hcx文件的路径和名称。注意，最后生成的文件的后缀名，一定要为hcx（或大写的HCX）。

使用该工具对PE文件进行处理后，即可把生成的HCX文件复制到Hello China的应用程序目录下（HCGUIAPP目录），这样启动Hello China的GUI功能，即可看到应用程序。点击应用程序图标，即可启动这个应用程序了。(https://www.xing528.com)

hcxbuild的工作原理比较简单，无非是生成一个hcx文件头，然后用这个头覆盖原有的PE文件MS-DOS头。hcx文件头中包含了诸如操作系统版本号、入口地址等等信息。这个过程比较简单，我们重点看一下这个工具如何处理节。

在介绍PE格式的时候，我们指出，节在文件中的位置，可能与被加载到内存后的位置不一致。在VC 6.0中，通过设置/Align等选项，可以确保节的文件相对地址和虚拟相对地址保持一致，但到了VS 2003以上的开发环境，即使这样设置，也不能确保两者一致。下面这个例子说明了这种情况。下面的信息是从hcxbuild工具的“原始信息概要”栏中复制的：

重点关注黑体标注的内容，其中第一列是节在内存中的加载地址（即虚拟相对地址，对应于节头中的VirtualAddress变量），而第二列则是文件相对地址，对应于节头中的PointerToRawData变量。显然这两列是不一样的，文件相对地址比虚拟相对地址要大32个字节（注意上面是以十六进制显示的）。

这意味着PE文件的文件尺寸，要大于被加载到内存后的实际内存占用量。我们需要修改这种情况，使得PE文件的内存布局与文件布局一样。具体修改方式也很简单，无非是把源文件中的节读入内存，然后按照其在内存中的虚拟相对地址，写入另外一个文件（即目标HCX文件）。现摘录部分代码，说明这个过程。为了便于说明，删除了代码中的不相关内容，比如注释、安全检查代码等：

这段代码比较简单，就是使用PE文件的几个头，对源文件进行分析。然后针对每个节，从源文件中读取其内容，然后写入目标文件中VirtualAddress偏移处。这样的结果就是，目标文件的布局，与PE文件被加载到内存后的布局保持一致。