【渲染逆向】RenderDoc hook与capture流程分析

  承接上一篇【渲染逆向】Hook D3D API.

DX11的Hook流程

  程序的入口点(DllMain)在win32_libentry.cpp中

BOOL APIENTRY DllMain(HMODULE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved)
{
  if(ul_reason_for_call == DLL_PROCESS_ATTACH)
  {
    BOOL ret = add_hooks();
    SetLastError(0);
    return ret;
  }

  return TRUE;
}

  在函数add_hooks的结尾会调用LibraryHooks::RegisterHooks()

void LibraryHooks::RegisterHooks()
{
  BeginHookRegistration();

  for(LibraryHook *lib : LibList())
    lib->RegisterHooks();

  EndHookRegistration();
}

  LibList函数返回LibraryHook对象的列表,而向列表中加入对象,是LibraryHook调用构造函数的时候。

LibraryHook::LibraryHook()
{
  LibList().push_back(this);
}

  显然LibraryHook是一个基类,会有超级多需要Hook的库来继承这一类,而我们现在关心的是DX11的库。

class D3D11Hook : LibraryHook
{
public:
  void RegisterHooks();
private:
  static D3D11Hook d3d11hooks;
//something....
}

  可以发现D3D11Hooks有一个静态成员,当这个类型初始化时,会自动生成一个D3D11Hook对象,并调用父类LibraryHook的构造函数,将自身加入Lib列表中。
  当函数add_hooks遍历列表,调用RegisterHooks时,会调用D3D11Hook::RegisterHooks

void RegisterHooks()
{
  //something....

  CreateDevice.Register("d3d11.dll", "D3D11CreateDevice", D3D11CreateDevice_hook);
  CreateDeviceAndSwapChain.Register("d3d11.dll", "D3D11CreateDeviceAndSwapChain",
                                    D3D11CreateDeviceAndSwapChain_hook);
}

  这里会调用HookedFunction::Register,然后调用LibraryHooks::RegisterFunctionHook,将Hook所需的数据(dll库名称、函数名称、原始函数地址、hook函数地址)记录到数据结构中,之后统一用IAT hook进程函数hook,如果有需要,可以在这里修改为其他hook类型,例如:

void LibraryHooks::RegisterFunctionHook(const char *libraryName, const FunctionHook &hook)
{
  //something...

  if(!_stricmp(libraryName, "d3d11.dll") || !_stricmp(libraryName, "dxgi.dll"))
  {
    std::cout << "inline hook " << libraryName
              << "\t-\t" << hook.function.c_str() << std::endl;
    *hook.orig = GetProcAddress(GetModuleHandleA(libraryName), hook.function.c_str());

     DetourTransactionBegin();
     DetourUpdateThread(GetCurrentThread());
     DetourAttach((PVOID *)hook.orig, hook.hook);

     DetourTransactionCommit();
  }
  else
  {
    s_HookData->DllHooks[strlower(rdcstr(libraryName))].FunctionHooks.push_back(hook);
  }
}

  这里我就修改了一下,假如是d3d11.dll或dxgi.dll的函数,则进行inline hook,而其他库函数则保持原样。
  dxgi.dll的Hook同理:

class DXGIHook : LibraryHook
{
public:
  void RegisterHooks()
  {
    LibraryHooks::RegisterLibraryHook("dxgi.dll", NULL);

    CreateDXGIFactory.Register("dxgi.dll", "CreateDXGIFactory", CreateDXGIFactory_hook);
    CreateDXGIFactory1.Register("dxgi.dll", "CreateDXGIFactory1", CreateDXGIFactory1_hook);
    CreateDXGIFactory2.Register("dxgi.dll", "CreateDXGIFactory2", CreateDXGIFactory2_hook);
    GetDebugInterface.Register("dxgi.dll", "DXGIGetDebugInterface", DXGIGetDebugInterface_hook);
    GetDebugInterface1.Register("dxgi.dll", "DXGIGetDebugInterface1", DXGIGetDebugInterface1_hook);
  }

  这些都是Hook需要查询地址的函数,而类似SetRenderTargets之类的虚表函数的Hook方式,放到下一节来找。

DX11截帧流程

  RenderDoc按键或调用提供的api截帧都是调用core.h中的RenderDoc::TriggerCapture(uint32_t numFrames)函数记录需要截几帧。

void TriggerCapture(uint32_t numFrames) { m_Cap = numFrames; }

  同文件下又提供了另一个方法bool RenderDoc::ShouldTriggerCapture(uint32_t frameNumber)

bool RenderDoc::ShouldTriggerCapture(uint32_t frameNumber)
{
  bool ret = m_Cap > 0;

  if(m_Cap > 0)
    m_Cap--;
//something....
  return ret;

  继续查找引用可以找到一个相对有用的函数——WrappedID3D11Device::Present,这个函数在结尾调用的ShouldTriggerCapture,并且这个函数中还可以调整OverlayText(RenderDoc左上角的覆盖层)。

//在WrappedID3D11Device::Present中
if(IsBackgroundCapturing(m_State) && RenderDoc::Inst().ShouldTriggerCapture(m_FrameCounter))
{
  RenderDoc::Inst().StartFrameCapture((ID3D11Device *)this, swapper->GetHWND());

  m_AppControlledCapture = false;
  m_CapturedFrames.back().frameNumber = m_FrameCounter;
}
void RenderDoc::StartFrameCapture(void *dev, void *wnd)
{
  IFrameCapturer *frameCap = MatchFrameCapturer(dev, wnd);
  if(frameCap)
  {
    frameCap->StartFrameCapture(dev, wnd);
    m_CapturesActive++;
  }
}

  frameCapIFrameCapturer的指针,IFrameCapturer是个接口,而实现这个接口的是WrappedID3D11Device

void WrappedID3D11Device::StartFrameCapture(void *dev, void *wnd)
{
//something...
  m_State = CaptureState::ActiveCapturing;
//something...
}

  在这里激活了当前抓取状态,core.h中封装了一层函数:

constexpr inline bool IsActiveCapturing(CaptureState state)
{
  return state == CaptureState::ActiveCapturing;
}

  当程序调用渲染api时,会进入到RenderDoc定义的Hook函数中,在调用原有函数后,会检查截帧状态,假如处于截帧状态,则记录API,这就是抓帧的实现,贴一个例子,下面是一个Wrap(包装)好的api:

void WrappedID3D11DeviceContext::IASetPrimitiveTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY Topology)
{
  SCOPED_LOCK_OPTIONAL(m_pDevice->D3DLock(), m_pDevice->D3DThreadSafe());

  DrainAnnotationQueue();

  m_EmptyCommandList = false;
  //调用原有函数
  SERIALISE_TIME_CALL(m_pRealContext->IASetPrimitiveTopology(Topology));
  //如果处于截帧状态,则序列化API和参数
  if(IsActiveCapturing(m_State))
  {
    USE_SCRATCH_SERIALISER();
    SCOPED_SERIALISE_CHUNK(D3D11Chunk::IASetPrimitiveTopology);
    SERIALISE_ELEMENT(m_ResourceID).Named("Context"_lit).TypedAs("ID3D11DeviceContext *"_lit);
    Serialise_IASetPrimitiveTopology(GET_SERIALISER, Topology);

    m_ContextRecord->AddChunk(scope.Get());
  }

  m_CurrentPipelineState->Change(m_CurrentPipelineState->IA.Topo, Topology);
  VerifyState();
}

  借此我们对这些Wrap的函数产生兴趣,例如WrappedID3D11Device,查看声明:

class WrappedID3D11Device : public IFrameCapturer, public ID3DDevice, public ID3D11Device5

  这个类竟然实现了ID3DDevice这个DX接口。
  断点跟踪下这个类的构造函数调用堆栈

-D3D11Hook::D3D11CreateDevice_hook
-D3D11Hook::D3D11CreateDeviceAndSwapChain_hook
-D3D11Hook::Create_Internal
-WrappedID3D11Device::WrappedID3D11Device

  第一个函数D3D11Hook::D3D11CreateDevice_hook是RenderDoc的hook函数,本文的第一节已经提到了;在D3D11Hook::Create_Internal中,调用了原始的D3D11CreateDeviceAndSwapChain方法,然后用返回的device构造wrap device,最后将wrap返回,由于wrap device同样实现了ID3D11Device类的接口,因此在使用上和DirectX的Device没有区别:

HRESULT Create_Internal(RealD3D11CreateFunction real, __in_opt IDXGIAdapter *pAdapter,
                        D3D_DRIVER_TYPE DriverType, HMODULE Software, UINT Flags,
                        __in_ecount_opt(FeatureLevels) CONST D3D_FEATURE_LEVEL *pFeatureLevels,
                        UINT FeatureLevels, UINT SDKVersion,
                        __in_opt CONST DXGI_SWAP_CHAIN_DESC *pSwapChainDesc,
                        __out_opt IDXGISwapChain **ppSwapChain, __out_opt ID3D11Device **ppDevice,
                        __out_opt D3D_FEATURE_LEVEL *pFeatureLevel,
                        __out_opt ID3D11DeviceContext **ppImmediateContext)
{
//...
//调用原有D3D11CreateDeviceAndSwapChain方法
  HRESULT ret = real(pAdapter, DriverType, Software, Flags, pFeatureLevels, FeatureLevels,
                     SDKVersion, pUsedSwapDesc, ppSwapChain, ppDevice, pFeatureLevel, NULL);
//构造wrap device
  WrappedID3D11Device *wrap = new WrappedID3D11Device(*ppDevice, params);
//将wrap device的地址通过指针返回
  *ppDevice = wrap;

//...
}

  其他DX组件,例如IDXGIFactory、ID3D11DeviceContext的hook方式与此类似。

  报个坑,Nvidia 驱动安装程序Geforce Experience的游戏内覆盖如果开启,有几率会弹NVAPI_NO_IMPLEMENT错误。

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