驱动程序简单入门

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

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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);

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完整代码：

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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。

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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