驱动学习7
上层应用程序和底层驱动程序通信时，应用程序会发出I/O请求，操作系统将I/0请求转化为相应的IRP，不同类型的IRP根据类型传递给不同的派遣函数
IRP有两个基本属性，一个是MagorFunction，一个是MinorFunction，分别记录IRP的主类型和子类型，操作系统根据MajorFunction将IRP派遣到不同的派遣函数中，在派遣函数中还可以判断这个IRP属性哪个MinorFunction
一般来说，NT式驱动和WDM驱动都是在DriverEntry中注册派遣函数的，在驱动对象中，有个函数指针数组MajorFunction,每个元素记录了一个函数地址，通过设置这个数组，可以把IRP类型和派遣函数关联起来，对于没有设备的IRP类型，系统默认这些IRP类型与_IopINvalidDeviceRequest关联，在进入DriverEntry之前，操作系统就会把_IopINvalidDeviceRequest的地址填满整个MajorFunction数组，IRP和派遣函数的联系如下：
IRP的概念类似于Windows应用程序中的消息，不同的消息会被分发到不同的消息处理函数中，如果没有对应的处理函数，它会进入系统默认的消息处理函数中
IRP类似，文件I/O的相关函数，如CreateFile,ReadFile,WriteFile，CloseHandle会使操作系统产生出IRP_MJ_CREATE,IRP_MJ_READ,IRP_MJ_WRITE,IRP_MJ_CLOSE等不同的IRP，将把IRP传送到相应驱动的相应派遣函数中.
对派遣函数的最简单处理是：把IRP的状态设置为成功，然后结束IRP的请求，并让派遣函数返回成功，结束IRP请求使用函数IoCompleteRequest
#pragma PAGEDCODE
NTSTATUS HelloDDKDispatchRoutine(IN PDEVICE_OBJECT pDevObj,
IN PIRP pIrp)
{
KdPrint(("Enter HelloDDKDispatchRoutine\n"));
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
// 设置IRP完成状态
pIrp->IoStatus.Status = status;
// 设置IRP操作了多少字节
pIrp->IoStatus.Information = 0; // bytes xfered
// 结束IRP请求
IoCompleteRequest( pIrp, IO_NO_INCREMENT );
KdPrint(("Leave HelloDDKDispatchRoutine\n"));
return status;
}IoCompleteRequest的第二个参数是指被阻塞的线程以何种优先级恢复运行，一般情况下，优先级设置为IO_NO_INCREMENT
7.1.4通过设备链接打开设备
在编写程序时，可以把符号链接的写法稍微改一下，把前面的\??\改为\\.\,如\\.\HellloDDK
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
// 打开设备句柄，会触发IRP_MJ_CREATE
HANDLE hDevice = CreateFileA
("\\\\.\\HelloDDK",
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
0, //非共享
NULL,
OPEN_EXISTING,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
NULL
);
if (INVALID_HANDLE_VALUE == hDevice)
{
printf("Fail to open file handle\n");
}
else
{
printf("hDevice:0x%08x\n", hDevice);
}
CloseHandle(hDevice);
system("pause");
return 0;
}
驱动对象会创建一个个的设备对象，并把这些设备对象叠成一个垂直结构，这种垂直结构很像栈，所以被称为设备栈
，IRP会被操作系统发送到设备栈的顶层，如果顶层的设备对象的派遣函数结束了 IRP的请求，则这此I/0请求结束，如果没有结束，操作系统会把IRP转发到设备栈的下一层设备处理，如果这个设备的派遣函数依然没有结束IRP请求，则会继续向下层设备转发，
因此，一个IRP可能被转发多次，为了记录IRP在每层设备中做的操作，IRP会有一个IO_STACK_LOCATION数组，数组的元素数应大于IRP穿越过的设备数，每个IO_STACK_LOCATION元素记录着对应设备中做的操作，对于本层设备对应的IO_STACK_LOCATION,可以通过
PIO_STACK_LOCATION
IoGetCurrentIrpStackLocation(
IN PIRP Irp
);
来得到，IO_STACK_LOCATION结构中记录了IRP的类型，即IO_STACK_LOCATION中的MajorFunction子域
PIO_STACK_LOCATION isl = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
KdPrint(("IO_STACK_LOCATION.MajorFunction:%u\n", isl->MajorFunction));设备对象有三种读写方式：缓冲区方式读写，直接方式读写，其他方式读写，FLAG分别对应为DO_BUFFERED_IO, DO_DIRECT_IO和0
缓冲区方式：操作系统把应用程序提供缓冲区的数据复制到内核模式下的地址中，这样，无论操作系统怎么切换进程，内核模式地址不会改变，IRP的派遣函数将会对内核模式下缓冲区操作，而不是操作用户模式地址的缓冲区
比如WriteFile,这个地址由IRP的AssociatedIrp.SystemBuffer子域记录
以缓冲区方式读写设备，都会发生用户模式地址和内核模式地址的数据复制，复制的过程由操作系统负责，用户模式地址由ReadFile或WriteFile提供，并且ReadFile或WriteFile创建的IRP的AssociatedIrp.SystemBuffer记录了这段内存地址，最后由操作系统负责分配和回收
测试代码：
Driver:
#pragma PAGEDCODE
NTSTATUS HelloDDKRead(IN PDEVICE_OBJECT pDevObj,
IN PIRP pIrp)
{
KdPrint(("Enter HelloDDKRead\n"));
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
// 得到当前堆栈
PIO_STACK_LOCATION stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
// 得到需要读设备的字节数
ULONG ulReadLength = stack->Parameters.Read.Length;
KdPrint(("[HelloDDKRead]--ulReadLength:%d\n", ulReadLength));
// 完成IRP
pIrp->IoStatus.Status = status;
// 设置IRP操作了多少字节
pIrp->IoStatus.Information = ulReadLength;
// 设置内核下的缓冲区
memset(pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer, 0xAA, ulReadLength);
// 完成IRP处理
IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
KdPrint(("Leave HelloDDKRead\n"));
return status;
}test:
UCHAR buffer[10] = {0};
ULONG ulRead;
BOOL bRet = ReadFile(hDevice, buffer, 10, &ulRead, NULL);
if (bRet)
{
for (int i=0; i<10; i++)
{
printf("%02x", buffer[i]);
}
}// 设置IRP操作了多少字节 pIrp->IoStatus.Information = ulReadLength;其实这里可以随意设置，比如设置为90，那么test的ulRead就返回90了:
又比如写驱动，我们可以接管IRP_MJ_WRITE，使用一个扩展结构体保存传入的数据：
typedef struct _DEVICE_EXTENSION {
PDEVICE_OBJECT pDevice;
UNICODE_STRING ustrDeviceName; //设备名称
UNICODE_STRING ustrSymLinkName; //符号链接名
CHAR buffer[260];//用来保存写的
} DEVICE_EXTENSION, *PDEVICE_EXTENSION;#pragma PAGEDCODE
NTSTATUS HelloDDKWrite(IN PDEVICE_OBJECT pDevObj,
IN PIRP pIrp)
{
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
KdPrint(("Enter HelloDDKWrite\n"));
PDEVICE_EXTENSION pDevExt = (PDEVICE_EXTENSION)pDevObj->DeviceExtension;
PIO_STACK_LOCATION stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
// 获取存储的长度
ULONG ulWriteLength = stack->Parameters.Write.Length;
// 获取存储的偏移量
ULONG ulWriteOffset = (ULONG)stack->Parameters.Write.ByteOffset.QuadPart;
if (ulWriteOffset+ulWriteLength > 260)
{
status = STATUS_FILE_INVALID;
ulWriteLength = 0;
}
else
{
memcpy(pDevExt->buffer+ulWriteLength, pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer, ulWriteLength);
}
pIrp->IoStatus.Status = status;
pIrp->IoStatus.Information = ulWriteLength;
IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
KdPrint(("Leave HelloDDKWrite\n"));
return status;
}7.3.1
直接方式读写设备
在创建设备后，设置设备属性为DO_DIRECT_IO,缓冲区读写方式是把内存从ring3复制到ring0,而直接读写方式是把ring3的缓冲区锁住，然后把它映射到ring0，这样，两者指向的是同一块物理内存.（注意是指向同一块物理地址，虚拟地址一个在ring3,一个在ring0)
操作系统使用内存描述符表(MDL)来记录这段内存，大小为mdl->ByteCount，起始页地址是mdl->StartVa,首地址相对第一个页偏移为mdl->ByteOffset，因此，首地址就是mdl->StartVa+mdl->ByteOffset,注意的是直接方式取的是pIrp的mdl，而ring3取的是_IO_STACK_LOCATION
if (pIrp->MdlAddress)
{
ULONG ulWriteLength = MmGetMdlByteCount(pIrp->MdlAddress);
ULONG ulWriteOffset = MmGetMdlByteOffset(pIrp->MdlAddress);
PVOID pWrite = MmGetMdlVirtualAddress(pIrp->MdlAddress);7.4.1，其他方式读写设备
如果不设置DO_BUFFERED_IO,也不设置DO_DIRECT_IO,则条用其他读写方式
7.5.1 DeviceIoControl与驱动交互
应用程序可以通过DeviceIoControl操作设备，它会使操作系统创建一个IRP_MJ_DEVICE_CONTROL类型的IRP，然后操作系统会把这个IRP转发到派遣函数，一般用它使应用程序和驱动程序进行通信，如，要对一个设备进行初始化操作，自定一种I/O控制码，然后用DeviceIoControl将这个控制码和请求一起传给驱动程序，在派遣函数中，分别对不同的I/O控制码进行处理
控制码也称IOCTL值，是32位无符号整型，IOCTL需符合DDK的规定，如下：
DDK提供了一个宏CTL_CODE
#define CTL_CODE( DeviceType, Function, Method, Access ) ( \
((DeviceType) << 16) | ((Access) << 14) | ((Function) << 2) | (Method) \
DeviceType:设备对象类型，这个应和创建设备(IoCreateDevice）时的类型相匹配，
Function:0x800到0xFFF，由程序员自己定义
Method：这个是操作模式，
METHOD_BUFFERED：缓冲区方式操作
METHOD_IN_DIRECT：直接写方式操作
METHOD_OUT_DIRECT：直接读方式操作
METHOD_NEITHER：使用其他方式操作
Access：访问权限，如FILE_ANY_ACCESS
#define IOCTL_TESSAFE_INIT \
CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0x921, METHOD_BUFFERED, FILE_READ_ACCESS|FILE_WRITE_ACCESS)一般建议使用METHOD_BUFFERED, 驱动中最好不要直接访问用户模式下的内存地址
BOOL DeviceIoControl( HANDLE hDevice, //已打开的设备句柄 DWORD dwIoControlCode, //IO控制码 LPVOID lpInBuffer, //输入buffer DWORD nInBufferSize, //输入大小 LPVOID lpOutBuffer, // 输出buffer DWORD nOutBufferSize, //输出buffer大小 LPDWORD lpBytesReturned, //实际返回字节数， LPOVERLAPPED lpOverlapped//设为NULL );
缓存读取的示例代码：
#define IOCTL_TEST1\
CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0x800, METHOD_BUFFERED, FILE_READ_ACCESS|FILE_WRITE_ACCESS)
int main()
{
HANDLE hDevice = CreateFileA
("\\\\.\\DDKTest",
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
0,
NULL,
OPEN_EXISTING,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
NULL
);
if (INVALID_HANDLE_VALUE == hDevice)
{
printf("Fail to open device with err:%d\n", GetLastError());
getchar();
return 1;
}
UCHAR InBuf[100] = {0};
memset(InBuf, 0x41, 100);
UCHAR OutBuf[100] = {0};
DWORD dwOutput;
DWORD dwOutBuf=100;
BOOL bRet = DeviceIoControl
(hDevice,
IOCTL_TEST1,
InBuf,
100,
OutBuf,
dwOutBuf,
&dwOutput,
NULL
);
if (bRet)
{
printf("IOCTL_TEST1 dwOutBuf:%d, dwOutput:%d\n", dwOutBuf, dwOutput);
for (int i=0; i<(int)dwOutput; i++)
{
printf("%02X", OutBuf[i]);
}
printf("\n");
}
getchar();
return 0;
}PIO_STACK_LOCATION stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
ULONG cbin = stack->Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength;
ULONG cbout = stack->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength;
ULONG code = stack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;
ULONG info = 0;
switch (code)
{
case IOCTL_TEST1:
{
UCHAR* InBuf = (UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
memset(InBuf, 0x61, cbin);//全写成a
stack->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength = cbout-2;//随机测试
info = cbout-1;//随机测试
}
break;
default:
status = STATUS_INVALID_VARIANT;
}
// 完成IRP
pIrp->IoStatus.Status = status;
pIrp->IoStatus.Information = info;
IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
结果 如下：
浙公网安备 33010602011771号