驱动程序简单入门

    技术2022-05-11  26

    我们学习程序设计,都是从“Hello World”开始的,驱动程序也不例外,今天我就写一个驱动版的“Hello World”来热热身,目的希望大家能对驱动程序的基本框架有所了解。 驱动程序分为2类,一个是Kernel模式驱动,另一个是Windows模式驱动,2种模式本质是相同,但细节不同,本文介绍的是内核模式驱动和驱动程序的安装、使用。 驱动程序同普通的EXE,DLL一样,都属于PE文件,而且都有一个入口函数。但EXE中,入口函数是main()/WinMain()和Unicode的wmain()/wWinmain(),DLL的入口函数 则可有可无,它是DllMain()。驱动程序也有入口函数,而且是必须的,它是DriverEntry(),再次提示,它是必须的,因为I/O管理器会首先调用驱动程序的DriverEntry() ,它的作用就像DllMain()--完成一些初始化工作。DriverEntry()一共有2个参数:1)PDRIVER_OBJECT DriverObject,指向驱动程序对象的指针,我们操作驱动程序, 全靠它,它是由I/O管理器传递进来的;2)PUNICODE_STRING RegistryPath,驱动程序的服务主键,这个参数的使用并不多,但要注意,在DriverEntry()返回后,它可能 会消失,所以如果需要使用,记住先要保存下来。DriverEntry()的返回一个NTSTATUS值,它是一个ULONG值,具体的定义,请参见DDK中的NTSTATUS.H头文件,里边有详细 的定义。 既然要写驱动版的“Hello World”,就需要确定如何来与驱动程序通信,常用的共享内存,共享事件,IOCTL宏,或者直接用ReadFile()或WriteFile()进行读写,在本文 里我就采用一种简单的、但又很常用的IOCTL宏,它依赖的IRP派遣例程是IRP_MJ_DEVICE_CONTROL,Win32程序使用DeviceIoControl()与驱动进行通信,根据不同的IOCTL宏, 输出不同的调试信息。为了简便,我并没有使用ReadFile()将信息读出来,而是直接用DbgPrint()输出,所以需要使用DbgView查看,其他调试工具也可以。PS:偷懒! 驱动程序与I/O管理器通信,使用的是IRP,即I/O请求包。IRP分为2部分:1)IRP首部;2)IRP堆栈。IRP首部信息如下: IRP首部: IO_STATUS_BLOCK IoStatus                 包含I/O请求的状态    PVOID AssociatedIrp.SystemBuffer         如果执行缓冲区I/O,这个指针指向系统缓冲区    PMDL MdlAddress                          如果直接I/O,这个指针指向用户缓冲区的存储器描述符表    PVOID UserBuffer                         I/O缓冲区的用户空间地址 IRP堆栈: UCHAR MajorFunction               指示IRP_MJ_XXX派遣例程    UCHAR MinorFunction               同上,一般文件系统和SCSI驱动程序使用它    union Parameters                  MajorFunction的联合类型  {  struct Read                       IRP_MJ_READ的参数  ULONG Length  ULONG Key  LARGE_INTEGER ByteOffset    struct Write                      IRP_MJ_WRITE的参数  ULONG Length  ULONG Key  LARGE_INTEGER ByteOffset    struct DeviceIoControl            IRP_MJ_DEVICE_CONTROL和IRP_MJ_INTERNAL_DEVICE_CONTROL的参数  ULONG OutputBufferLength  ULONG InputBufferLength  ULONG IoControlCode  PVOID Type3InputBuffer  }   PDEVICE_OBJECT DeviceObject       请求的目标设备对象的指针    PFILE_OBJECT FileObject           请求的目标文件对象的指针,如果有的话 操作IRP。对于不同的IRP函数,操作也是不同的:有的只操作IRP首部;有的只操作IRP堆栈;还有操作IRP整体, 下面是一些常用的函数: IRP整体:     名称                     描述                         调用者 IoStartPacket           发送IRP到Start I/O例程           Dispatch    IoCompleteRequest       表示所有的处理完成               DpcForIsr    IoStartNextPacket       发送下一个IRP到Start I/O例程     DpcForIsr    IoCallDriver            发送IRP请求                      Dispatch    IoAllocateIrp           请求另外的IRP                    Dispatch    IoFreeIrp               释放驱动程序分配的IRP            I/O Completion  IRP堆栈:     名称                            描述                         调用者 IoGetCurrentIrpStackLocation   得到调用者堆栈的指针             Dispatch      IoMarkIrpPending               为进一步的处理标记调用者I/O堆栈  Dispatch    IoGetNextIrpStackLocation      得到下一个驱动程序的I/O堆栈的指针   Dispatch    IoSetNextIrpStackLocation      将I/O堆栈指针压入堆栈            Dispatc 在驱动程序,IRP派遣例程起着很重要的作用,每个IRP派遣例程,几乎都有对应的Win32函数,下面是几个常用的: IRP派遣例程:     名称                            描述                         调用者 IRP_MJ_CREATE                   请求一个句柄                   CreateFile    IRP_MJ_CLEANUP                  在关闭句柄时取消悬挂的IRP      CloseHandle    IRP_MJ_CLOSE                    关闭句柄                       CloseHandle    IRP_MJ_READ                     从设备得到数据                 ReadFile    IRP_MJ_WRITE                    传送数据到设备                 WriteFile    IRP_MJ_DEVICE_CONTROL           控制操作(利用IOCTL宏)        DeviceIoControl    IRP_MJ_INTERNAL_DEVICE_CONTROL  控制操作(只能被内核调用)       N/A    IRP_MJ_QUERY_INFORMATION        得到文件的长度                 GetFileSize    IRP_MJ_SET_INFORMATION          设置文件的长度                 SetFileSize    IRP_MJ_FLUSH_BUFFERS            写输出缓冲区或者丢弃输入缓冲区 FlushFileBuffers FlushConsoleInputBuffer PurgeComm    IRP_MJ_SHUTDOWN                 系统关闭                       InitiateSystemShutdown ================================================================================================================================= 下面开始写我们的驱动版的“Hello World”,程序很简单,先介绍一下流程: 1,调用IoCreateDevice()创建一个设备,并返回一个设备对象。 2,调用IoCreateSynbolicLink()创建一个符号连接,使Win32程序可以使用驱动程序 3,设置IRP_MJ_DEVICE_CONTROL派遣例程HelloWorldDispatch()和卸载例程HelloWorldUnLoad()。 如果Win32程序使用DeviceIoControl(),则执行HelloWorldDispatch()函数 4,调用IoGetCurrentIrpStackLocation()得到当前调用者的IRP指针 5,取得IO控制代码,完成后使用IoCompleteRequest()完成IRP操作 如果使用ControlService()停止驱动程序,则执行HelloWorldUnLoad()函数 4,调用IoDeleteSymbolicLink()删除符号连接 5,调用IoDeleteDevice()删除已建立的设备 驱动入口DriverEntry() //创建设备 IoCreateDevice(DriverObject,        //驱动程序对象                0,                   //扩展设备的大小,由于不需要,所以置0                &DeviceNameString,   //设备名称                FILE_DEVICE_UNKNOWN, //设备类型                0,                   //指示设备允许的操作                FALSE,               //如果为TRUE,表示只能有一个线程使用该设备,为FALSE,则没有限制                &lpDeviceObject);    //返回的设备对象 //创建符号连接 IoCreateSymbolicLink(&DeviceLinkString,   //存放符号连接的UNICODE_STRING                      &DeviceNameString);  //设备名称 //派遣例程和卸载例程 DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE]=     DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE]= DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL]=HelloWorldDispatch; DriverObject->DriverUnload=HelloWorldUnLoad; IRP派遣例程HelloWorldDispatch() IrpStack=IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);   //得到当前调用者的IRP堆栈 //获取IO控制代码,并执行指定操作,这里只是DbgPrint() IoControlCodes=IrpStack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode; switch (IoControlCodes)  { ...... IoCompleteRequest(pIrp,IO_NO_INCREMENT);   //完成IRP操作 卸载例程HelloWorldUnLoad() //删除符号连接和设备 IoDeleteSymbolicLink(&DeviceLinkString); IoDeleteDevice(DriverObject->DeviceObject); ================================================================================================================================= 完整代码: ================================================================================================================================= 驱动程序的编译需要使用DDK中的build实用程序,它是一个命令行程序,使用不是很方便。VC知识库有一篇在VC++ 6.0中编译驱动的文章,有兴趣可以去看看。 1,makefile 编译驱动程序,首先应该准备一个makefile,这个文件很简单,只有一句代码: # # DO NOT EDIT THIS FILE!!!  Edit ./sources. if you want to add a new source # file to this component.  This file merely indirects to the real make file # that is shared by all the driver components of the Windows NT DDK # !INCLUDE $(NTMAKEENV)/makefile.def 正如描述的那样,不要修改这个文件---它是通用的! 2,sources 准备的第二个文件就是sources,它描述了一些编译的细节。针对本文的程序,sources文件的内容是这样的: TARGETNAME=HelloWorld   //驱动名称 TARGETPATH=.            //编译后SYS的路径 TARGETTYPE=DRIVER       //类型为驱动程序 SOURCES= HelloWorld.c   //只有一个源文件 有了这2个文件后,就可以使用build进行编译了。进入「开始」菜单/程序/Development Kits/Windows 2000 DDK, 分别有3个CMD程序:1)Checked 64 Bit Build Environment,“Debug”的64位版本;2)Checked Build Environment “Debug”的32位版本;3)Free Build Environment,“Release”的32位版本。不用说,肯定是使用Free Build Environment。 New or updated MSVC detected.  Updating DDK environment.... Setting environment for using Microsoft Visual C++ tools. Starting dirs creation...Completed. C:/NTDDK>cd/ C:/>cd HelloWorld C:/HelloWorld>build BUILD: Object root set to: ==> objfre BUILD: /i switch ignored BUILD: Compile and Link for i386 BUILD: Loading c:/NTDDK/build.dat... BUILD: Computing Include file dependencies: BUILD: Examining c:/helloworld directory for files to compile.     c:/helloworld - 1 source files (127 lines) BUILD: Saving c:/NTDDK/build.dat... BUILD: Compiling c:/helloworld directory Compiling - helloworld.c for i386 BUILD: Linking c:/helloworld directory Linking Executable - i386/helloworld.sys for i386 BUILD: Done     1 file compiled     1 executable built C:/HelloWorld> 现在C:/HelloWorld/i386目录下,就有了HelloWorld.sys。 ================================================================================================================================= 驱动程序的安装如同安装服务一样,唯一不同的是,创建服务时,类型是内核驱动,其他跟操作服务没什么区别。 安装驱动程序流程: 1,调用OpenSCManager()打开服务控制管理器 2,调用CreateService()创建一个服务,服务类型为内核驱动 3,调用OpenService()取得服务句柄 启动服务 4,调用StartService()启动服务 停止服务 4,调用ControlService()停止服务 删除服务 4,调用DeleteService()删除服务 5,调用CloseServiceHandle()关闭服务句柄 操作驱动程序流程:  1,调用CreateFile()取得设备句柄 2,调用DeviceIoControl()传递I/O控制代码 3,调用CloseHandle()关闭设备句柄 http://www.xfocus.net/tools/200411/882.html 这里有一个完整的驱动安装程序,所以我就不写了,只给出操作驱动程序的代码 完整代码: ================================================================================================================================= 参考资料 《Windows 2000 DDK》 《Windows 2000 驱动程序设计》 附录代码: #ifndef __HELLOWORLD_C__  #define __HELLOWORLD_C__  #define DEBUGMSG  #include <ntddk.h>  #define DEVICE_HELLO_INDEX 0x860  //2个IOCTL宏  #define START_HELLPWORLD CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,DEVICE_HELLO_INDEX,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)  #define STOP_HELLPWORLD  CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,DEVICE_HELLO_INDEX+1,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)  #define NT_DEVICE_NAME L"//Device//HelloWorld"        //设备名称  #define DOS_DEVICE_NAME L"//DosDevices//HelloWorld"   //符号连接  NTSTATUS HelloWorldDispatch (IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,IN PIRP pIrp);  VOID HelloWorldUnLoad (IN PDRIVER_OBJECT DriverObject);  //驱动入口  NTSTATUS DriverEntry (IN PDRIVER_OBJECT DriverObject,IN PUNICODE_STRING RegistryPath)  {      NTSTATUS ntStatus=STATUS_SUCCESS;      PDEVICE_OBJECT lpDeviceObject=NULL;       //指向设备对象的指针      UNICODE_STRING DeviceNameString={0};      //设备名称      UNICODE_STRING DeviceLinkString={0};      //符号连接      //调试信息      #ifdef DEBUGMSG             DbgPrint("Starting DriverEntry()/n");      #endif      RtlInitUnicodeString(&DeviceNameString,NT_DEVICE_NAME);  //初始化Unicode字符串      //创建设备      ntStatus=IoCreateDevice(DriverObject,0,&DeviceNameString,FILE_DEVICE_UNKNOWN,0,FALSE,&lpDeviceObject);      //使用NT_SUCCESS宏检测函数调用是否成功      if (!NT_SUCCESS(ntStatus))      {          #ifdef DEBUGMSG                 DbgPrint("IoCreateDevice() error reports 0xX/n",ntStatus);          #endif          return ntStatus;      }      RtlInitUnicodeString(&DeviceLinkString,DOS_DEVICE_NAME);      //创建符号连接      ntStatus=IoCreateSymbolicLink(&DeviceLinkString,&DeviceNameString);      if (!NT_SUCCESS(ntStatus))      {          #ifdef DEBUGMSG                 DbgPrint("IoCreateSymbolicLink() error reports 0xX/n",ntStatus);          #endif          if (lpDeviceObject)              IoDeleteDevice(lpDeviceObject);          return ntStatus;      }      //设置IRP派遣例程和卸载例程      DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE]=      DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE]=      DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL]=HelloWorldDispatch;      DriverObject->DriverUnload=HelloWorldUnLoad;      return ntStatus;  }  NTSTATUS HelloWorldDispatch (IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,IN PIRP pIrp)  {      NTSTATUS ntStatus=STATUS_SUCCESS;      PIO_STACK_LOCATION IrpStack=NULL;   //IRP堆栈      ULONG IoControlCodes=0;             //I/O控制代码      //设置IRP状态      pIrp->IoStatus.Status=STATUS_SUCCESS;      pIrp->IoStatus.Information=0;      #ifdef DEBUGMSG             DbgPrint("Starting HelloWorldDispatch()/n");      #endif      IrpStack=IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);    //得到当前调用者的IRP      switch (IrpStack->MajorFunction)      {              case IRP_MJ_CREATE:                   #ifdef DEBUGMSG                          DbgPrint("IRP_MJ_CREATE/n");                   #endif                   break;              case IRP_MJ_CLOSE:                   #ifdef DEBUGMSG                          DbgPrint("IRP_MJ_CLOSE/n");                   #endif                   break;              case IRP_MJ_DEVICE_CONTROL:                   #ifdef DEBUGMSG                          DbgPrint("IRP_MJ_DEVICE_CONTROL/n");                   #endif                   //取得I/O控制代码                   IoControlCodes=IrpStack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;                   switch (IoControlCodes)                   {                           //启动                           case START_HELLPWORLD:                                DbgPrint("Starting /"Hello World/"/n");                                break;                           //停止                           case STOP_HELLPWORLD:                                DbgPrint("Stoping /"Hello World/"/n");                                break;                           default:                                pIrp->IoStatus.Status=STATUS_INVALID_PARAMETER;                                break;                   }                   break;              default:                   break;      }      ntStatus=pIrp->IoStatus.Status;      IoCompleteRequest(pIrp,IO_NO_INCREMENT);      return ntStatus;  }  VOID HelloWorldUnLoad (IN PDRIVER_OBJECT DriverObject)  {       UNICODE_STRING DeviceLinkString={0};       PDEVICE_OBJECT DeviceObjectTemp1=NULL;       PDEVICE_OBJECT DeviceObjectTemp2=NULL;       #ifdef DEBUGMSG              DbgPrint("Starting HelloWorldUnLoad()/n");       #endif       RtlInitUnicodeString(&DeviceLinkString,DOS_DEVICE_NAME);       if (DeviceLinkString.Buffer)           IoDeleteSymbolicLink(&DeviceLinkString);       if (DriverObject)       {           DeviceObjectTemp1=DriverObject->DeviceObject;           while (DeviceObjectTemp1)           {                  DeviceObjectTemp2=DeviceObjectTemp1;                  DeviceObjectTemp1=DeviceObjectTemp1->NextDevice;                  IoDeleteDevice(DeviceObjectTemp2);           }       }  }  #endif  用户态程序: #define DEBUGMSG  #include <windows.h>  #include <winioctl.h>  #include <stdio.h>  #define DEVICE_FILTER_INDEX 0x860  #define START_HELLPWORLD CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,DEVICE_FILTER_INDEX,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)  #define STOP_HELLPWORLD CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,DEVICE_FILTER_INDEX+1,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)  #define erron GetLastError()  #define MY_DEVICE_NAME ".//HelloWorld"  #define MY_DEVICE_START "-start"  #define MY_DEVICE_STOP "-stop"  BOOL DriverControl (TCHAR *Maik);  void Usage (TCHAR *Paramerter);  int main (int argc,TCHAR *argv[])  {      if (argc!=2)      {          Usage(argv[0]);          return 0;      }      if (strcmpi(argv[1],MY_DEVICE_START)==0 || strcmpi(argv[1],MY_DEVICE_STOP)==0)          DriverControl(argv[1]);      else      {          Usage(argv[0]);          return 0;      }      return 0;  }  BOOL DriverControl (TCHAR *Maik)  {       HANDLE hDevice=NULL;  //设备句柄       //获得设备句柄       hDevice=CreateFile(MY_DEVICE_NAME,GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_EXISTING,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,NULL);       if (hDevice==INVALID_HANDLE_VALUE)       {           #ifdef DEBUGMSG                  printf("CreateFile() GetLastError reports %d/n",erron);           #endif           return FALSE;       }       //启动       if (strcmpi(Maik,MY_DEVICE_START)==0)       {           //传递启动的I/O控制代码           if (!(DeviceIoControl(hDevice,START_HELLPWORLD,NULL,0,NULL,0,NULL,NULL)))           {               #ifdef DEBUGMSG                      printf("DeviceIoControl() GetLastError reports %d/n",erron);               #endif               CloseHandle(hDevice);               return FALSE;           }       }       //停止       if (strcmpi(Maik,MY_DEVICE_STOP)==0)       {           //传递停止的I/O控制代码           if (!(DeviceIoControl(hDevice,STOP_HELLPWORLD,NULL,0,NULL,0,NULL,NULL)))           {               #ifdef DEBUGMSG                      printf("DeviceIoControl() GetLastError reports %d/n",erron);               #endif               CloseHandle(hDevice);               return FALSE;           }       }       if (hDevice)           CloseHandle(hDevice);  //关闭句柄       return TRUE;  }  void Usage (TCHAR *Paramerter)  {       fprintf(stderr,"============================================================================/n"               "      驱动版Hello World/n"               "作者:dahubaobao[E.S.T]/n"               "主页:www.eviloctal.com/n"               "OICQ:382690/n/n"               "%s -start/t启动/n"               "%s -stop /t停止/n/n"               "本程序只是用做代码交流,如有错误,还请多多包含!/n"               "============================================================================/n"               ,Paramerter,Paramerter);  }  

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