驅動程序簡單入門

我們學習程序設計，都是從“Hello World”開始的，驅動程序也不例外，今天我就寫一個驅動版的“Hello World”來熱熱身，目的希望大家能對驅動程序的基本框架有所瞭解。

驅動程序分爲2類，一個是Kernel模式驅動，另一個是Windows模式驅動，2種模式本質是相同，但細節不同，本文介紹的是內核模式驅動和驅動程序的安裝、使用。

驅動程序同普通的EXE，DLL一樣，都屬於PE文件，而且都有一個入口函數。但EXE中，入口函數是main()/WinMain()和Unicode的wmain()/wWinmain()，DLL的入口函數則可有可無，它是DllMain()。驅動程序也有入口函數，而且是必須的，它是DriverEntry()，再次提示，它是必須的，因爲I/O管理器會首先調用驅動程序的DriverEntry()，它的作用就像DllMain()--完成一些初始化工作。DriverEntry()一共有2個參數：1）PDRIVER_OBJECT DriverObject，指向驅動程序對象的指針，我們操作驅動程序，全靠它，它是由I/O管理器傳遞進來的；2）PUNICODE_STRING RegistryPath，驅動程序的服務主鍵，這個參數的使用並不多，但要注意，在DriverEntry()返回後，它可能會消失，所以如果需要使用，記住先要保存下來。DriverEntry()的返回一個NTSTATUS值，它是一個ULONG值，具體的定義，請參見DDK中的NTSTATUS.H頭文件，裏邊有詳細的定義。

既然要寫驅動版的“Hello World”，就需要確定如何來與驅動程序通信，常用的共享內存，共享事件，IOCTL宏，或者直接用ReadFile()或WriteFile()進行讀寫，在本文裏我就採用一種簡單的、但又很常用的IOCTL宏，它依賴的IRP派遣例程是IRP_MJ_DEVICE_CONTROL，Win32程序使用DeviceIoControl()與驅動進行通信，根據不同的IOCTL宏，輸出不同的調試信息。爲了簡便，我並沒有使用ReadFile()將信息讀出來，而是直接用DbgPrint()輸出，所以需要使用DbgView查看，其他調試工具也可以。PS：偷懶！

驅動程序與I/O管理器通信，使用的是IRP，即I/O請求包。IRP分爲2部分：1）IRP首部；2）IRP堆棧。IRP首部信息如下：

IRP首部：

IO_STATUS_BLOCK IoStatus???????????????????????????????? 包含I/O請求的狀態
PVOID AssociatedIrp.SystemBuffer???????????????? 如果執行緩衝區I/O，這個指針指向系統緩衝區
PMDL MdlAddress?????????????????????????????????????????????????? 如果直接I/O，這個指針指向用戶緩衝區的存儲器描述符表
PVOID UserBuffer???????????????????????????????????????????????? I/O緩衝區的用戶空間地址IRP堆棧：

UCHAR MajorFunction???????????????????????????? 指示IRP_MJ_XXX派遣例程
UCHAR MinorFunction???????????????????????????? 同上，一般文件系統和SCSI驅動程序使用它
union Parameters?????????????????????????????????? MajorFunction的聯合類型
{
struct Read???????????????????????????????????????????? IRP_MJ_READ的參數
ULONG Length
ULONG Key
LARGE_INTEGER ByteOffset
struct Write?????????????????????????????????????????? IRP_MJ_WRITE的參數
ULONG Length
ULONG Key
LARGE_INTEGER ByteOffset
struct DeviceIoControl?????????????????????? IRP_MJ_DEVICE_CONTROL和IRP_MJ_INTERNAL_DEVICE_CONTROL的參數
ULONG OutputBufferLength
ULONG InputBufferLength
ULONG IoControlCode
PVOID Type3InputBuffer
}
PDEVICE_OBJECT DeviceObject???????????? 請求的目標設備對象的指針
PFILE_OBJECT FileObject???????????????????? 請求的目標文件對象的指針，如果有的話

操作IRP。對於不同的IRP函數，操作也是不同的：有的只操作IRP首部；有的只操作IRP堆棧；還有操作IRP整體，

下面是一些常用的函數：

IRP整體：

?????? 名稱???????????????????????????????????????? 描述???????????????????????????????????????????????? 調用者
IoStartPacket???????????????????? 發送IRP到Start I/O例程???????????????????? Dispatch
IoCompleteRequest???????????? 表示所有的處理完成???????????????????????????? DpcForIsr
IoStartNextPacket???????????? 發送下一個IRP到Start I/O例程???????? DpcForIsr
IoCallDriver?????????????????????? 發送IRP請求?????????????????????????????????????????? Dispatch
IoAllocateIrp???????????????????? 請求另外的IRP?????????????????????????????????????? Dispatch
IoFreeIrp???????????????????????????? 釋放驅動程序分配的IRP?????????????????????? I/O Completion

IRP堆棧：

?????? 名稱?????????????????????????????????????????????????????? 描述???????????????????????????????????????????????? 調用者
IoGetCurrentIrpStackLocation???? 得到調用者堆棧的指針???????????????????????? Dispatch
????
IoMarkIrpPending???????????????????????????? 爲進一步的處理標記調用者I/O堆棧?? Dispatch
IoGetNextIrpStackLocation?????????? 得到下一個驅動程序的I/O堆棧的指針???? Dispatch
IoSetNextIrpStackLocation?????????? 將I/O堆棧指針壓入堆棧?????????????????????? Dispatc

在驅動程序，IRP派遣例程起着很重要的作用，每個IRP派遣例程，幾乎都有對應的Win32函數，下面是幾個常用的：

IRP派遣例程：

?????? 名稱?????????????????????????????????????????????????????? 描述???????????????????????????????????????????????? 調用者
IRP_MJ_CREATE???????????????????????????????????? 請求一個句柄???????????????????????????????????? CreateFile
IRP_MJ_CLEANUP?????????????????????????????????? 在關閉句柄時取消懸掛的IRP?????????? CloseHandle
IRP_MJ_CLOSE?????????????????????????????????????? 關閉句柄???????????????????????????????????????????? CloseHandle
IRP_MJ_READ???????????????????????????????????????? 從設備得到數據???????????????????????????????? ReadFile
IRP_MJ_WRITE?????????????????????????????????????? 傳送數據到設備???????????????????????????????? WriteFile
IRP_MJ_DEVICE_CONTROL???????????????????? 控制操作（利用IOCTL宏）?????????????? DeviceIoControl
IRP_MJ_INTERNAL_DEVICE_CONTROL?? 控制操作(只能被內核調用)???????????? N/A
IRP_MJ_QUERY_INFORMATION?????????????? 得到文件的長度???????????????????????????????? GetFileSize
IRP_MJ_SET_INFORMATION?????????????????? 設置文件的長度???????????????????????????????? SetFileSize
IRP_MJ_FLUSH_BUFFERS?????????????????????? 寫輸出緩衝區或者丟棄輸入緩衝區 FlushFileBuffers FlushConsoleInputBuffer PurgeComm
IRP_MJ_SHUTDOWN???????????????????????????????? 系統關閉???????????????????????????????????????????? InitiateSystemShutdown

=================================================================================================================================

下面開始寫我們的驅動版的“Hello World”，程序很簡單，先介紹一下流程：

1，調用IoCreateDevice()創建一個設備，並返回一個設備對象。
2，調用IoCreateSynbolicLink()創建一個符號連接，使Win32程序可以使用驅動程序
3，設置IRP_MJ_DEVICE_CONTROL派遣例程HelloWorldDispatch()和卸載例程HelloWorldUnLoad()。

如果Win32程序使用DeviceIoControl()，則執行HelloWorldDispatch()函數
4，調用IoGetCurrentIrpStackLocation()得到當前調用者的IRP指針
5，取得IO控制代碼，完成後使用IoCompleteRequest()完成IRP操作

如果使用ControlService()停止驅動程序，則執行HelloWorldUnLoad()函數
4，調用IoDeleteSymbolicLink()刪除符號連接
5，調用IoDeleteDevice()刪除已建立的設備

驅動入口DriverEntry()

//創建設備
IoCreateDevice(DriverObject,?????????????? //驅動程序對象
???????????????????????????? 0,???????????????????????????????????? //擴展設備的大小，由於不需要，所以置0
???????????????????????????? &DeviceNameString,???? //設備名稱
???????????????????????????? FILE_DEVICE_UNKNOWN, //設備類型
???????????????????????????? 0,???????????????????????????????????? //指示設備允許的操作
???????????????????????????? FALSE,???????????????????????????? //如果爲TRUE，表示只能有一個線程使用該設備，爲FALSE，則沒有限制
???????????????????????????? &lpDeviceObject);?????? //返回的設備對象

//創建符號連接
IoCreateSymbolicLink(&DeviceLinkString,???? //存放符號連接的UNICODE_STRING
???????????????????????????????????????? &DeviceNameString);?? //設備名稱

//派遣例程和卸載例程
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);???? //得到當前調用者的IRP堆棧

//獲取IO控制代碼，並執行指定操作，這裏只是DbgPrint()
IoControlCodes=IrpStack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;
switch (IoControlCodes)?? {
......

IoCompleteRequest(pIrp,IO_NO_INCREMENT);???? //完成IRP操作

卸載例程HelloWorldUnLoad()

//刪除符號連接和設備
IoDeleteSymbolicLink(&DeviceLinkString);
IoDeleteDevice(DriverObject->DeviceObject);

=================================================================================================================================

完整代碼：

=================================================================================================================================

驅動程序的編譯需要使用DDK中的build實用程序，它是一個命令行程序，使用不是很方便。VC知識庫有一篇在VC++ 6.0中編譯驅動的文章，有興趣可以去看看。

1，makefile
編譯驅動程序，首先應該準備一個makefile，這個文件很簡單，只有一句代碼：
#
# 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

正如描述的那樣，不要修改這個文件---它是通用的！

2，sources
準備的第二個文件就是sources，它描述了一些編譯的細節。針對本文的程序，sources文件的內容是這樣的：
TARGETNAME=HelloWorld???? //驅動名稱
TARGETPATH=.?????????????????????? //編譯後SYS的路徑
TARGETTYPE=DRIVER???????????? //類型爲驅動程序

SOURCES= HelloWorld.c???? //只有一個源文件

有了這2個文件後，就可以使用build進行編譯了。進入「開始」菜單/程序/Development Kits/Windows 2000 DDK，
分別有3個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。不用說，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>

現在C:/HelloWorld/i386目錄下，就有了HelloWorld.sys。

=================================================================================================================================

驅動程序的安裝如同安裝服務一樣，唯一不同的是，創建服務時，類型是內核驅動，其他跟操作服務沒什麼區別。

安裝驅動程序流程：
1，調用OpenSCManager()打開服務控制管理器
2，調用CreateService()創建一個服務，服務類型爲內核驅動
3，調用OpenService()取得服務句柄
啓動服務
4，調用StartService()啓動服務
停止服務
4，調用ControlService()停止服務
刪除服務
4，調用DeleteService()刪除服務
5，調用CloseServiceHandle()關閉服務句柄

操作驅動程序流程：
1，調用CreateFile()取得設備句柄
2，調用DeviceIoControl()傳遞I/O控制代碼
3，調用CloseHandle()關閉設備句柄