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奖任意exe文件注册为Windows服务

发表于
作者 Optimus-Xs
15 分钟阅读
奖任意exe文件注册为Windows服务

应用场景

在Windows系统中，时长会遇到希望有些软件（比如软件A或者一段脚本文件）能够在开机后自动运行的情况，往往可惜的是软件A并不具备配置开机自启的功能, 或者脚本文件无法自动执行

通常要实现这个功能的常见方法有下面3种:

  • 任务计划程序： 处理复杂的脚本和需要后台运行的程序。
  • 启动文件夹： 处理用户登录后需要快速启动且对运行环境要求不高的应用程序。
  • 注册为 Windows 服务： 处理需要系统级、持续运行且不依赖用户登录的程序。

但是:

  • 任务计划程序:
    • 配置相对复杂： 相比于启动文件夹，创建任务需要打开工具并经历多个设置步骤。
    • 调试难度： 当任务失败时，需要查看任务历史日志来确定失败原因。
  • 启动文件夹:
    • 依赖用户登录： 只有当特定用户登录系统后，程序才会启动。
    • 无法隐藏窗口： 默认情况下，脚本（如 .bat 或 .py）运行时会弹出命令行窗口。要隐藏窗口，必须依赖额外的 VBScript 或 PowerShell 包装。
    • 权限受限： 只能以当前登录用户的权限运行。

WinSW简介

WinSW 将任何应用程序封装并作为 Windows 服务进行管理, 并为其提供了一些额外的功能，如重新启动、日志记录、配置文件管理等。

Windows Service Wrapper是一个中间层程序，它的主要功能是充当 Windows 服务控制管理器 (Service Control Manager, SCM) 和要运行的实际应用程序或脚本之间的桥梁。

至于为什么要这种中间层才能把exe可执行文件注册为服务要从Windows的服务机制说起

windows服务是什么

Windows 服务 (Windows Service) 是 Microsoft Windows 操作系统中的一种核心组件, 它是一种特殊的应用程序类型，它可以在没有用户界面的情况下，在后台连续运行。它们是为需要在系统启动时立即启动、不需要用户干预或用户登录即可运行的程序而设计的

🔑 Windows 服务的核心特点

  1. 独立于用户会话
    • 无需登录： 服务可以在操作系统启动后立即启动，不需要任何用户登录到 Windows 桌面。这是它与“启动文件夹”和“注册表 Run 键”启动程序的根本区别。
    • 持续运行： 即使所有用户都注销，服务也可以保持运行。
  2. 后台运行（无 UI）
    • 服务通常没有图形用户界面（GUI）。它们设计为静默运行，执行后台处理、监控、服务器功能或设备管理。
    • 它们不能直接与用户桌面环境交互，但可以通过其他机制（如日志、网络接口）间接提供功能。
  3. 由服务控制管理器 (SCM) 管理
    • Windows 服务由一个名为 服务控制管理器 (Service Control Manager, SCM) 的操作系统组件集中管理。
    • SCM 负责服务的启动、停止、暂停、查询状态以及处理错误。可以通过服务管理器 (services.msc) 工具来查看和管理所有服务。
  4. 高级权限和可靠性
    • 服务可以配置使用特殊的系统账户（如 Local System 或 Network Service）运行，这些账户拥有比普通用户更高的系统权限。
    • SCM 提供了内置的恢复机制，如果服务意外停止或崩溃，可以配置它自动重启，以提高系统的可靠性。

标准exe执行文件和Windows服务的区别

标准的可执行文件（Standard EXE）和 Windows 服务（Windows Service）虽然都是可执行文件（最终都是 .exe 格式），但在它们的设计目的、运行环境、生命周期和与操作系统的交互方式上有很大的区别

  1. 启动和控制机制（最根本的区别）
    • 标准 EXE： 它们的生命周期是简单的“启动-运行-退出”。它们由用户、任务计划程序或启动文件夹直接启动，并在任务完成后或用户关闭窗口时结束。
    • Windows 服务： 它们不通过标准方式启动。它们由特殊的 服务控制管理器 (SCM) 启动。服务程序必须包含特定的代码（服务 API）来响应 SCM 的命令：
      • ServiceMain(): 服务的主入口点。
      • Handler(): 接收 SCM 发来的控制命令（如启动、停止、暂停）。
  2. 运行环境与会话
    • 标准 EXE： 运行在当前登录用户的用户会话中。如果用户注销，其会话中的所有程序（包括 EXE）都会终止。
    • Windows 服务： 运行在特殊的 Session 0 或其他独立会话中。这意味着它们可以在没有用户登录或用户注销的情况下继续运行，非常适合执行系统维护、网络监控等任务。
  3. 权限与安全
    • 标准 EXE： 权限受到启动该程序的用户账户的限制。
    • Windows 服务： SCM 允许管理员为服务指定专用的系统账户（例如 Local System），该账户拥有对系统资源（如注册表、文件系统）的极高权限，这对于需要底层访问的系统组件至关重要。

WinSW的实现原理

根据上面的服务对比, 一个标准的 EXE 文件要想被 Windows 服务控制管理器 (SCM) 识别并作为服务运行，它必须补充或内置以下几个关键功能，即实现 Windows 服务 API 规范

  1. 服务的主入口点

    标准的 EXE 使用 main() 或 WinMain() 作为入口点。服务 EXE 必须提供一个特殊的函数作为服务的主入口点，通常称为 ServiceMain() 函数。

    当 SCM 启动服务时，它会调用这个函数。ServiceMain() 负责初始化服务，并向 SCM 报告服务已经开始运行。

  2. 服务状态处理

    服务必须能够实时地向 SCM 报告其当前的状态，这些状态包括：

    • SERVICE_START_PENDING: 正在启动中。
    • SERVICE_RUNNING: 正在正常运行。
    • SERVICE_STOP_PENDING: 正在停止中。
    • SERVICE_STOPPED: 已停止。
    • SERVICE_PAUSE_PENDING / SERVICE_PAUSED: 暂停或正在暂停中（如果服务支持暂停）。

    一个关键的 API 函数是 SetServiceStatus，服务程序必须定期或在状态变化时调用它来更新 SCM 的视图。

  3. 服务控制处理程序

    服务必须注册一个 控制处理函数 (Service Control Handler)，用于接收 SCM 发来的控制命令。

    SCM 通过这个处理函数向服务发送指令，例如：

    • SERVICE_CONTROL_STOP (停止): 服务必须立即开始清理工作并停止运行。
    • SERVICE_CONTROL_PAUSE / SERVICE_CONTROL_CONTINUE (暂停/继续): 如果服务支持这些功能，它需要执行相应的操作。
    • SERVICE_CONTROL_SHUTDOWN (系统关机): 提醒服务系统即将关机，进行最后的清理工作。

  4. 线程管理

    服务的主线程在初始化完成后，必须持续运行。它通常会启动一个或多个工作线程来执行实际的后台任务，而主线程则负责保持与 SCM 的通信。

    在 SCM 发出停止指令后，服务必须优雅地关闭所有工作线程，完成清理，然后向 SCM 报告 SERVICE_STOPPED 状态。

正因为一个普通的 EXE 缺乏上述四个功能，所以才需要 WinSW：

  • WinSW 是一个实现了所有这些 API 的 EXE。
  • 当 SCM 启动 WinSW 时，WinSW 接收到 ServiceMain 调用和控制指令。
  • WinSW 自己不执行任何实际任务，它只是读取配置，然后启动原始 EXE 作为它的子进程。
  • 当 WinSW 收到 停止 指令时，它不会停止自己，而是将这个 停止 指令转换为标准的操作系统信号（例如 WM_CLOSE 或进程终止请求）发送给原始 EXE 进程。
  • WinSW 监控原始 EXE 进程。如果原始 EXE 崩溃，WinSW 可以向 SCM 报告失败，或自动重启它。

因此，服务包装器 充当了中间层，让普通 EXE 获得了服务的特性，而无需修改原始代码。

WinSW 配置流程

下载WinSW

在 WinSW 的GitHub Releases下载符合你的设备的exe文件, 并重命名(可选)成winsw.exe方便后续使用。

编写配置文件

在winsw.exe的同级创建一个和winsw同名的winsw.xml配置文件，exe和xml可以修改文件名称，保持同名即可

winsw目录结构

然后编辑winsw.xml配置文件, 根据下面的模板文件填入你想注册的服务信息, 这是WinSW项目组对于配置文件的完整说明文档地址

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<service>
	<!-- 该服务的唯一标识 -->
    <id></id>
    <!-- 该服务的名称 -->
    <name></name>
    <!-- 该服务的描述 -->
    <description></description>
    <!-- 要运行的程序路径 -->
    <executable></executable>
    <!-- 携带的参数 -->
    <arguments></arguments>
    <!-- 日志模式 -->
    <logmode></logmode>
    <!-- 指定日志文件目录(相对于executable配置的路径) -->
    <logpath></logpath>
</service>

此处以frp客户端为例, 配置文件如下

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<service>
	<!-- 该服务的唯一标识 -->
    <id>frpc</id>
    <!-- 该服务的名称 -->
    <name>frpc_0.43.0-windows-amd64</name>
    <!-- 该服务的描述 -->
    <description>frp内网穿透-客户端</description>
    <!-- 要运行的程序路径 -->
    <executable>D:\frp_0.43.0\frpc.exe</executable>
    <!-- 携带的参数 -->
    <arguments>-c D:\frp_0.43.0\frpc.ini</arguments>
    <!-- 第一次启动失败 60秒重启 -->
    <onfailure action="restart" delay="60 sec"/>
    <!-- 第二次启动失败 120秒后重启 -->
    <onfailure action="restart" delay="120 sec"/>
    <!-- 日志模式 -->
    <logmode>append</logmode>
    <!-- 指定日志文件目录(相对于executable配置的路径) -->
    <logpath>logs</logpath>
</service>

注册服务

在写完配置文件后就可以使用WinSW提供的命令将程序注册为服务了, 在WinSW的目录启动CMD或者PowerShell

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winsw.exe install # 使用install命令注册一个服务
winsw.exe start # 然后启动服务

这样就完成了服务的注册和启动, 其他一些WinSW的常见命令如下:

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winsw.exe uninstall   # //卸载服务
winsw.exe stop    # //停止服务
winsw.exe restart     # //重启服务
winsw.exe status  # //查看服务状态
winsw.exe refresh  # //在不重新注册服务的情况看下更新服务的配置属性

参考

ServerOperation
Windows
本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权