實戰DeviceIoControl 之四：獲取硬盤的詳細信息

Q 用IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY或IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX只能得到很少的磁盤參數，我想獲得包括硬盤序列號在內的更加詳細的信息，有什麼辦法呀？

A 確實，用你所說的I/O控制碼，只能得到最基本的磁盤參數。獲取磁盤出廠信息的I/O控制碼，微軟在VC/MFC環境中沒有開放，在DDK中可以發現一些線索。早先，Lynn McGuire寫了一個很出名的獲取IDE硬盤詳細信息的程序DiskID32，下面的例子是在其基礎上經過增刪和改進而成的。

本例中，我們要用到ATA/APAPI的IDENTIFY DEVICE指令。ATA/APAPI是國際組織T13起草和發佈的IDE/EIDE/UDMA硬盤及其它可移動存儲設備與主機接口的標準，至今已經到了ATA/APAPI-7版本。該接口標準規定了ATA/ATAPI設備的輸入輸出寄存器和指令集。欲瞭解更詳細的ATA/ATAPI技術資料，可訪問T13的站點。

用到的常量及數據結構有以下一些：

// IOCTL控制碼
// #define  DFP_SEND_DRIVE_COMMAND   0x0007c084
#define  DFP_SEND_DRIVE_COMMAND   CTL_CODE(IOCTL_DISK_BASE, 0x0021, METHOD_BUFFERED, FILE_READ_ACCESS | FILE_WRITE_ACCESS)
// #define  DFP_RECEIVE_DRIVE_DATA   0x0007c088
#define  DFP_RECEIVE_DRIVE_DATA   CTL_CODE(IOCTL_DISK_BASE, 0x0022, METHOD_BUFFERED, FILE_READ_ACCESS | FILE_WRITE_ACCESS)
#define  FILE_DEVICE_SCSI           0x0000001B
#define  IOCTL_SCSI_MINIPORT_IDENTIFY      ((FILE_DEVICE_SCSI << 16) + 0x0501)
#define  IOCTL_SCSI_MINIPORT        0x0004D008          //  see NTDDSCSI.H for definition
  
// ATA/ATAPI指令
#define  IDE_ATA_IDENTIFY           0xEC     // ATA的ID指令(IDENTIFY DEVICE)
  
// IDE命令寄存器
typedef struct _IDEREGS
{
    BYTE bFeaturesReg;       // 特徵寄存器(用於SMART命令)
    BYTE bSectorCountReg;    // 扇區數目寄存器
    BYTE bSectorNumberReg;   // 開始扇區寄存器
    BYTE bCylLowReg;         // 開始柱面低字節寄存器
    BYTE bCylHighReg;        // 開始柱面高字節寄存器
    BYTE bDriveHeadReg;      // 驅動器/磁頭寄存器
    BYTE bCommandReg;        // 指令寄存器
    BYTE bReserved;          // 保留
} IDEREGS, *PIDEREGS, *LPIDEREGS;
  
// 從驅動程序返回的狀態
typedef struct _DRIVERSTATUS
{
    BYTE bDriverError;      // 錯誤碼
    BYTE bIDEStatus;        // IDE狀態寄存器
    BYTE bReserved[2];      // 保留
    DWORD dwReserved[2];    // 保留
} DRIVERSTATUS, *PDRIVERSTATUS, *LPDRIVERSTATUS;
  
// IDE設備IOCTL輸入數據結構
typedef struct _SENDCMDINPARAMS
{
    DWORD cBufferSize;      // 緩衝區字節數
    IDEREGS irDriveRegs;    // IDE寄存器組
    BYTE bDriveNumber;      // 驅動器號
    BYTE bReserved[3];      // 保留
    DWORD dwReserved[4];    // 保留
    BYTE bBuffer[1];        // 輸入緩衝區(此處象徵性地包含1字節)
} SENDCMDINPARAMS, *PSENDCMDINPARAMS, *LPSENDCMDINPARAMS;
  
// IDE設備IOCTL輸出數據結構
typedef struct _SENDCMDOUTPARAMS
{
    DWORD cBufferSize;          // 緩衝區字節數
    DRIVERSTATUS DriverStatus;  // 驅動程序返回狀態
    BYTE bBuffer[1];            // 輸入緩衝區(此處象徵性地包含1字節)
} SENDCMDOUTPARAMS, *PSENDCMDOUTPARAMS, *LPSENDCMDOUTPARAMS;
  
// IDE的ID命令返回的數據
// 共512字節(256個WORD)，這裏僅定義了一些感興趣的項(基本上依據ATA/ATAPI-4)
typedef struct _IDINFO
{
    USHORT  wGenConfig;                 // WORD 0: 基本信息字
    USHORT  wNumCyls;                   // WORD 1: 柱面數
    USHORT  wReserved2;                 // WORD 2: 保留
    USHORT  wNumHeads;                  // WORD 3: 磁頭數
    USHORT  wReserved4;                 // WORD 4: 保留
    USHORT  wReserved5;                 // WORD 5: 保留
    USHORT  wNumSectorsPerTrack;        // WORD 6: 每磁道扇區數
    USHORT  wVendorUnique[3];           // WORD 7-9: 廠家設定值
    CHAR    sSerialNumber[20];          // WORD 10-19:序列號
    USHORT  wBufferType;                // WORD 20: 緩衝類型
    USHORT  wBufferSize;                // WORD 21: 緩衝大小
    USHORT  wECCSize;                   // WORD 22: ECC校驗大小
    CHAR    sFirmwareRev[8];            // WORD 23-26: 固件版本
    CHAR    sModelNumber[40];           // WORD 27-46: 內部型號
    USHORT  wMoreVendorUnique;          // WORD 47: 廠家設定值
    USHORT  wReserved48;                // WORD 48: 保留
    struct {
        USHORT  reserved1:8;
        USHORT  DMA:1;                  // 1=支持DMA
        USHORT  LBA:1;                  // 1=支持LBA
        USHORT  DisIORDY:1;             // 1=可不使用IORDY
        USHORT  IORDY:1;                // 1=支持IORDY
        USHORT  SoftReset:1;            // 1=需要ATA軟啓動
        USHORT  Overlap:1;              // 1=支持重疊操作
        USHORT  Queue:1;                // 1=支持命令隊列
        USHORT  InlDMA:1;               // 1=支持交叉存取DMA
    } wCapabilities;                    // WORD 49: 一般能力
    USHORT  wReserved1;                 // WORD 50: 保留
    USHORT  wPIOTiming;                 // WORD 51: PIO時序
    USHORT  wDMATiming;                 // WORD 52: DMA時序
    struct {
        USHORT  CHSNumber:1;            // 1=WORD 54-58有效
        USHORT  CycleNumber:1;          // 1=WORD 64-70有效
        USHORT  UnltraDMA:1;            // 1=WORD 88有效
        USHORT  reserved:13;
    } wFieldValidity;                   // WORD 53: 後續字段有效性標誌
    USHORT  wNumCurCyls;                // WORD 54: CHS可尋址的柱面數
    USHORT  wNumCurHeads;               // WORD 55: CHS可尋址的磁頭數
    USHORT  wNumCurSectorsPerTrack;     // WORD 56: CHS可尋址每磁道扇區數
    USHORT  wCurSectorsLow;             // WORD 57: CHS可尋址的扇區數低位字
    USHORT  wCurSectorsHigh;            // WORD 58: CHS可尋址的扇區數高位字
    struct {
        USHORT  CurNumber:8;            // 當前一次性可讀寫扇區數
        USHORT  Multi:1;                // 1=已選擇多扇區讀寫
        USHORT  reserved1:7;
    } wMultSectorStuff;                 // WORD 59: 多扇區讀寫設定
    ULONG  dwTotalSectors;              // WORD 60-61: LBA可尋址的扇區數
    USHORT  wSingleWordDMA;             // WORD 62: 單字節DMA支持能力
    struct {
        USHORT  Mode0:1;                // 1=支持模式0 (4.17Mb/s)
        USHORT  Mode1:1;                // 1=支持模式1 (13.3Mb/s)
        USHORT  Mode2:1;                // 1=支持模式2 (16.7Mb/s)
        USHORT  Reserved1:5;
        USHORT  Mode0Sel:1;             // 1=已選擇模式0
        USHORT  Mode1Sel:1;             // 1=已選擇模式1
        USHORT  Mode2Sel:1;             // 1=已選擇模式2
        USHORT  Reserved2:5;
    } wMultiWordDMA;                    // WORD 63: 多字節DMA支持能力
    struct {
        USHORT  AdvPOIModes:8;          // 支持高級POI模式數
        USHORT  reserved:8;
    } wPIOCapacity;                     // WORD 64: 高級PIO支持能力
    USHORT  wMinMultiWordDMACycle;      // WORD 65: 多字節DMA傳輸週期的最小值
    USHORT  wRecMultiWordDMACycle;      // WORD 66: 多字節DMA傳輸週期的建議值
    USHORT  wMinPIONoFlowCycle;         // WORD 67: 無流控制時PIO傳輸週期的最小值
    USHORT  wMinPOIFlowCycle;           // WORD 68: 有流控制時PIO傳輸週期的最小值
    USHORT  wReserved69[11];            // WORD 69-79: 保留
    struct {
        USHORT  Reserved1:1;
        USHORT  ATA1:1;                 // 1=支持ATA-1
        USHORT  ATA2:1;                 // 1=支持ATA-2
        USHORT  ATA3:1;                 // 1=支持ATA-3
        USHORT  ATA4:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-4
        USHORT  ATA5:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-5
        USHORT  ATA6:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-6
        USHORT  ATA7:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-7
        USHORT  ATA8:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-8
        USHORT  ATA9:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-9
        USHORT  ATA10:1;                // 1=支持ATA/ATAPI-10
        USHORT  ATA11:1;                // 1=支持ATA/ATAPI-11
        USHORT  ATA12:1;                // 1=支持ATA/ATAPI-12
        USHORT  ATA13:1;                // 1=支持ATA/ATAPI-13
        USHORT  ATA14:1;                // 1=支持ATA/ATAPI-14
        USHORT  Reserved2:1;
    } wMajorVersion;                    // WORD 80: 主版本
    USHORT  wMinorVersion;              // WORD 81: 副版本
    USHORT  wReserved82[6];             // WORD 82-87: 保留
    struct {
        USHORT  Mode0:1;                // 1=支持模式0 (16.7Mb/s)
        USHORT  Mode1:1;                // 1=支持模式1 (25Mb/s)
        USHORT  Mode2:1;                // 1=支持模式2 (33Mb/s)
        USHORT  Mode3:1;                // 1=支持模式3 (44Mb/s)
        USHORT  Mode4:1;                // 1=支持模式4 (66Mb/s)
        USHORT  Mode5:1;                // 1=支持模式5 (100Mb/s)
        USHORT  Mode6:1;                // 1=支持模式6 (133Mb/s)
        USHORT  Mode7:1;                // 1=支持模式7 (166Mb/s) ???
        USHORT  Mode0Sel:1;             // 1=已選擇模式0
        USHORT  Mode1Sel:1;             // 1=已選擇模式1
        USHORT  Mode2Sel:1;             // 1=已選擇模式2
        USHORT  Mode3Sel:1;             // 1=已選擇模式3
        USHORT  Mode4Sel:1;             // 1=已選擇模式4
        USHORT  Mode5Sel:1;             // 1=已選擇模式5
        USHORT  Mode6Sel:1;             // 1=已選擇模式6
        USHORT  Mode7Sel:1;             // 1=已選擇模式7
    } wUltraDMA;                        // WORD 88:  Ultra DMA支持能力
    USHORT    wReserved89[167];         // WORD 89-255
} IDINFO, *PIDINFO;
  
// SCSI驅動所需的輸入輸出共用的結構
typedef struct _SRB_IO_CONTROL
{
   ULONG HeaderLength;        // 頭長度
   UCHAR Signature[8];        // 特徵名稱
   ULONG Timeout;             // 超時時間
   ULONG ControlCode;         // 控制碼
   ULONG ReturnCode;          // 返回碼
   ULONG Length;              // 緩衝區長度
} SRB_IO_CONTROL, *PSRB_IO_CONTROL;

需要引起注意的是IDINFO第57-58 WORD (CHS可尋址的扇區數)，因爲不滿足32位對齊的要求，不可定義爲一個ULONG字段。Lynn McGuire的程序里正是由於定義爲一個ULONG字段，導致該結構不可用。

以下是核心代碼：

// 打開設備
// filename: 設備的“文件名”(設備路徑)
HANDLE OpenDevice(LPCTSTR filename)
{
    HANDLE hDevice;
  
    // 打開設備
    hDevice = ::CreateFile(filename,            // 文件名
        GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,          // 讀寫方式
        FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE,    // 共享方式
        NULL,                    // 默認的安全描述符
        OPEN_EXISTING,           // 創建方式
        0,                       // 不需設置文件屬性
        NULL);                   // 不需參照模板文件
  
    return hDevice;
}
  
// 向驅動發“IDENTIFY DEVICE”命令，獲得設備信息
// hDevice: 設備句柄
// pIdInfo:  設備信息結構指針
BOOL IdentifyDevice(HANDLE hDevice, PIDINFO pIdInfo)
{
    PSENDCMDINPARAMS pSCIP;      // 輸入數據結構指針
    PSENDCMDOUTPARAMS pSCOP;     // 輸出數據結構指針
    DWORD dwOutBytes;            // IOCTL輸出數據長度
    BOOL bResult;                // IOCTL返回值
  
    // 申請輸入/輸出數據結構空間
    pSCIP = (PSENDCMDINPARAMS)::GlobalAlloc(LMEM_ZEROINIT, sizeof(SENDCMDINPARAMS) - 1);
    pSCOP = (PSENDCMDOUTPARAMS)::GlobalAlloc(LMEM_ZEROINIT, sizeof(SENDCMDOUTPARAMS) + sizeof(IDINFO) - 1);
  
    // 指定ATA/ATAPI命令的寄存器值
//    pSCIP->irDriveRegs.bFeaturesReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bSectorCountReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bSectorNumberReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bCylLowReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bCylHighReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bDriveHeadReg = 0;
    pSCIP->irDriveRegs.bCommandReg = IDE_ATA_IDENTIFY;
  
    // 指定輸入/輸出數據緩衝區大小
    pSCIP->cBufferSize = 0;
    pSCOP->cBufferSize = sizeof(IDINFO);
  
    // IDENTIFY DEVICE
    bResult = ::DeviceIoControl(hDevice,        // 設備句柄
        DFP_RECEIVE_DRIVE_DATA,                 // 指定IOCTL
        pSCIP, sizeof(SENDCMDINPARAMS) - 1,     // 輸入數據緩衝區
        pSCOP, sizeof(SENDCMDOUTPARAMS) + sizeof(IDINFO) - 1,    // 輸出數據緩衝區
        &dwOutBytes,                // 輸出數據長度
        (LPOVERLAPPED)NULL);        // 用同步I/O
  
    // 複製設備參數結構
    ::memcpy(pIdInfo, pSCOP->bBuffer, sizeof(IDINFO));
  
    // 釋放輸入/輸出數據空間
    ::GlobalFree(pSCOP);
    ::GlobalFree(pSCIP);
  
    return bResult;
}
  
// 向SCSI MINI-PORT驅動發“IDENTIFY DEVICE”命令，獲得設備信息
// hDevice: 設備句柄
// pIdInfo:  設備信息結構指針
BOOL IdentifyDeviceAsScsi(HANDLE hDevice, int nDrive, PIDINFO pIdInfo)
{
    PSENDCMDINPARAMS pSCIP;     // 輸入數據結構指針
    PSENDCMDOUTPARAMS pSCOP;    // 輸出數據結構指針
    PSRB_IO_CONTROL pSRBIO;     // SCSI輸入輸出數據結構指針
    DWORD dwOutBytes;           // IOCTL輸出數據長度
    BOOL bResult;               // IOCTL返回值
  
    // 申請輸入/輸出數據結構空間
    pSRBIO = (PSRB_IO_CONTROL)::GlobalAlloc(LMEM_ZEROINIT,
        sizeof(SRB_IO_CONTROL) + sizeof(SENDCMDOUTPARAMS) + sizeof(IDINFO) - 1);
    pSCIP = (PSENDCMDINPARAMS)((char *)pSRBIO + sizeof(SRB_IO_CONTROL));
    pSCOP = (PSENDCMDOUTPARAMS)((char *)pSRBIO + sizeof(SRB_IO_CONTROL));
  
    // 填充輸入/輸出數據
    pSRBIO->HeaderLength = sizeof(SRB_IO_CONTROL);
    pSRBIO->Timeout = 10000;
    pSRBIO->Length = sizeof(SENDCMDOUTPARAMS) + sizeof(IDINFO) - 1;
    pSRBIO->ControlCode = IOCTL_SCSI_MINIPORT_IDENTIFY;
    ::strncpy ((char *)pSRBIO->Signature, "SCSIDISK", 8);
  
    // 指定ATA/ATAPI命令的寄存器值
//    pSCIP->irDriveRegs.bFeaturesReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bSectorCountReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bSectorNumberReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bCylLowReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bCylHighReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bDriveHeadReg = 0;
    pSCIP->irDriveRegs.bCommandReg = IDE_ATA_IDENTIFY;
    pSCIP->bDriveNumber = nDrive;
  
    // IDENTIFY DEVICE
    bResult = ::DeviceIoControl(hDevice,    // 設備句柄
        IOCTL_SCSI_MINIPORT,                // 指定IOCTL
        pSRBIO, sizeof(SRB_IO_CONTROL) + sizeof(SENDCMDINPARAMS) - 1,    // 輸入數據緩衝區
        pSRBIO, sizeof(SRB_IO_CONTROL) + sizeof(SENDCMDOUTPARAMS) + sizeof(IDINFO) - 1,    // 輸出數據緩衝區
        &dwOutBytes,            // 輸出數據長度
        (LPOVERLAPPED)NULL);    // 用同步I/O
  
    // 複製設備參數結構
    ::memcpy(pIdInfo, pSCOP->bBuffer, sizeof(IDINFO));
  
    // 釋放輸入/輸出數據空間
    ::GlobalFree(pSRBIO);
  
    return bResult;
}
  
// 將串中的字符兩兩顛倒
// 原因是ATA/ATAPI中的WORD，與Windows採用的字節順序相反
// 驅動程序中已經將收到的數據全部反過來，我們來個負負得正
void AdjustString(char* str, int len)
{
    char ch;
    int i;
  
    // 兩兩顛倒
    for (i = 0; i < len; i += 2)
    {
        ch = str[i];
        str[i] = str[i + 1];
        str[i + 1] = ch;
    }
  
    // 若是右對齊的，調整爲左對齊 (去掉左邊的空格)
    i = 0;
    while ((i < len) && (str[i] == ' ')) i++;
  
    ::memmove(str, &str[i], len - i);
  
    // 去掉右邊的空格
    i = len - 1;
    while ((i >= 0) && (str[i] == ' '))
    {
        str[i] = '/0';
        i--;
    }
}
  
// 讀取IDE硬盤的設備信息，必須有足夠權限
// nDrive: 驅動器號(0=第一個硬盤，1=0=第二個硬盤，......)
// pIdInfo: 設備信息結構指針
BOOL GetPhysicalDriveInfoInNT(int nDrive, PIDINFO pIdInfo)
{
    HANDLE hDevice;         // 設備句柄
    BOOL bResult;           // 返回結果
    char szFileName[20];    // 文件名
  
    ::sprintf(szFileName,"////.//PhysicalDrive%d", nDrive);
  
    hDevice = ::OpenDevice(szFileName);
  
    if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
    {
        return FALSE;
    }
  
    // IDENTIFY DEVICE
    bResult = ::IdentifyDevice(hDevice, pIdInfo);
  
    if (bResult)
    {
        // 調整字符串
        ::AdjustString(pIdInfo->sSerialNumber, 20);
        ::AdjustString(pIdInfo->sModelNumber, 40);
        ::AdjustString(pIdInfo->sFirmwareRev, 8);
    }
  
    ::CloseHandle (hDevice);
  
    return bResult;
}
  
// 用SCSI驅動讀取IDE硬盤的設備信息，不受權限制約
// nDrive: 驅動器號(0=Primary Master, 1=Promary Slave, 2=Secondary master, 3=Secondary slave)
// pIdInfo: 設備信息結構指針
BOOL GetIdeDriveAsScsiInfoInNT(int nDrive, PIDINFO pIdInfo)
{
    HANDLE hDevice;         // 設備句柄
    BOOL bResult;           // 返回結果
    char szFileName[20];    // 文件名
  
    ::sprintf(szFileName,"////.//Scsi%d:", nDrive/2);
  
    hDevice = ::OpenDevice(szFileName);
  
    if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
    {
        return FALSE;
    }
  
    // IDENTIFY DEVICE
    bResult = ::IdentifyDeviceAsScsi(hDevice, nDrive%2, pIdInfo);
  
    // 檢查是不是空串
    if (pIdInfo->sModelNumber[0] == '/0')
    {
        bResult = FALSE;
    }
  
    if (bResult)
    {
        // 調整字符串
        ::AdjustString(pIdInfo->sSerialNumber, 20);
        ::AdjustString(pIdInfo->sModelNumber, 40);
        ::AdjustString(pIdInfo->sFirmwareRev, 8);
    }
  
    return bResult;
}

Q 我注意到ATA/ATAPI裏，以及DiskID32裏，有一個“IDENTIFY PACKET DEVICE”指令，與“IDENTIFY DEVICE”有什麼區別？

A IDENTIFY DEVICE專門用於固定硬盤，而IDENTIFY PACKET DEVICE用於可移動存儲設備如CDROM、CF、MO、ZIP、TAPE等。因爲驅動程序的原因，實際上用本例的方法，不管是IDENTIFY DEVICE也好，IDENTIFY PACKET DEVICE也好，獲取可移動存儲設備的詳細信息，一般是做不到的。而且除了IDE硬盤，對SCSI、USB等接口的硬盤也不起作用。除非廠商提供的驅動支持這樣的功能。

Q ATA/ATAPI有很多指令，如READ SECTORS, WRITE SECTORS, SECURITY, SLEEP, STANDBY等，利用上述方法，是否可進行相應操作？

A 應該沒問題。但切記，要慎重慎重再慎重！

Q 關於權限問題，請解釋一下好嗎？

A 在NT/2000/XP下，administrator可以管理設備，上述兩種訪問驅動的方法都行。但在user身份下，或者登錄到域後，用戶無法訪問PhysicalDrive驅動的核心層，但SCSI MINI-PORT驅動卻可以。目前是可以，不知道Windows以後的版本是否支持。因爲這肯定是一個安全隱患。

另外，我們着重討論NT/2000/XP中DeviceIoControl的應用，如果需要在98/ME中得到包括硬盤序列號在內的更加詳細的信息，請參考DiskID32。

[相關資源]

本文Demo源碼：IdeDiskInfo.zip (25KB) Lynn McGuire的 DiskID32.zip (30KB) T13官方網站：http://www.t13.org bhw98的專欄：http://www.csdn.net/develop/author/netauthor/bhw98/

首次發佈：2003-02-24
最後修訂：2003-05-20

實戰DeviceIoControl 之四：獲取硬盤的詳細信息

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