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驱动开发之 用DeviceIoControl实现应用程序与驱动程序通信

2024-07-13 14:10:52   222人阅读

驱动开发之 用DeviceIoControl实现应用程序与驱动程序通信

1.

readfile和writefile可以实现应用程序与驱动程序通信，另外一个Win32 API 是DeviceIoControl。

应用程序自定义一中IO控制码，然后调用DeviceIoControl函数，IO管理器会产生一个MajorFunction 为IRP_MJ_DEVICE_CONTROL，MinorFunction 为自己定义的控制码的IRP，系统就调用相应的处理IRP_MJ_DEVICE_CONTROL的派遣函数，你在派遣函数中判断MinorFunction ，是自定义的控制码你就进行相应的处理。

2.

首先介绍一下DeviceIoControl函数

BOOL WINAPI DeviceIoControl(
  _In_         HANDLE hDevice,      //已经打开的设备句柄
  _In_         DWORD dwIoControlCode,//自定义的控制码，稍后介绍怎么定义
  _In_opt_     LPVOID lpInBuffer,    //输入缓冲区
  _In_         DWORD nInBufferSize,  //输入缓冲区的大小
  _Out_opt_    LPVOID lpOutBuffer,   //输出缓冲区
  _In_         DWORD nOutBufferSize, //输出缓冲区的大小
  _Out_opt_    LPDWORD lpBytesReturned, //实际返回的字节数，对应驱动程序中pIrp->IoStatus.Information。
  _Inout_opt_  LPOVERLAPPED lpOverlapped //重叠操作结构指针。同步设为NULL，DeviceIoControl将进行阻塞调用；否则，应在编程时按异步操作设计
);
例如：

UCHAR InputBuffer[10];
UCHAR OutputBuffer[10];

//将输入缓冲区全部置成0XBB
memset(InputBuffer,0xBB,10);
DWORD dwOutput;
//输入缓冲区作为输入，输出缓冲区作为输出
BOOL bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST, InputBuffer, 10, &OutputBuffer, 10, &dwOutput, (LPOVERLAPPED)NULL);

3.

定义IO控制码

#define IOCTL_Device_Function CTL_CODE(DeviceType, Function, Method, Access)

IOCTL_Device_Function：生成的IRP的MinorFunction 

DeviceType：设备对象的类型。设备类型可参考：http://blog.csdn.net/liyun123gx/article/details/38058965

Function ：自定义的IO控制码。自己定义时取0x800到0xFFF，因为0x0到0x7FF是微软保留的。

Method ：数据的操作模式。

              METHOD_BUFFERED：缓冲区模式

              METHOD_IN_DIRECT：直接写模式

              METHOD_OUT_DIRECT：直接读模式

              METHOD_NEITHER ：Neither模式

Access：访问权限，可取值有：

            FILE_ANY_ACCESS：表明用户拥有所有的权限

            FILE_READ_DATA：表明权限为只读

            FILE_WRITE_DATA：表明权限为可写

            也可以 FILE_WRITE_DATA | FILE_READ_DATA：表明权限为可读可写，但还没达到FILE_ANY_ACCESS的权限。

例如：#define IOCTL_TEST     CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0x800, METHOD_BUFFERED, FILE_ANY_ACCESS)

4.下面介绍不同的数据操作模式

(1).METHOD_BUFFERED：缓冲区模式

用户提供的输入缓冲区的内容被复制到IRP中的pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer内存地址，复制的长度是DeviceIoControl指定的输入字节数。

驱动程序输出数据时，还可以向pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer中写入，操作系统会将此地址的数据复制到DeviceIoControl的输出缓冲区。

复制的字节数通过设置pIrp->IoStatus.Information来指定。

派遣函数中通过下面代码得到输入缓冲区输出缓冲的大小以及IOCTL

//得到当前堆栈
PIO_STACK_LOCATION stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
//得到输入缓冲区大小
ULONG cbin = stack->Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength;
//得到输出缓冲区大小
ULONG cbout = stack->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength;
//得到IOCTL码
ULONG code = stack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;

通过操作pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer来进行数据的输入输出

UCHAR* InputBuffer = (UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
for (ULONG i=0;i<cbin;i++)
{
	KdPrint(("%X\n",InputBuffer[i]));
}

//操作输出缓冲区,输出缓冲区和输入缓冲区是一个缓冲区
UCHAR* OutputBuffer = (UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
memset(OutputBuffer,0xAA,cbout);
//设置实际操作输出缓冲区长度
 pIrp->IoStatus.Information  = 	cbout;
(2) METHOD_IN_DIRECT与METHOD_OUT_DIRECT  直接内存模式

与缓冲模式相同，用户提供的输入缓冲区的内容被复制到IRP中的pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer内存地址，复制的长度是DeviceIoControl指定的输入字节数。

直接内存模式中，操作系统会将DeviceIoControl指定的输出缓冲区锁定，然后在内核模式地址下重新映射一段地址。

派遣函数中IRP中的pIrp->MdlAddress记录DeviceIoControl指定的输出缓冲区。派遣函数应该使用MmGetSystemAddressForMdlSafe将这段内存映射到内核模式下的内存地址。

得到输入输出缓冲区的大小以及IOCTL的方式与缓冲区模式相同。

另外需要注意CTL_CODE设置的权限问题，若以只读方式打开设备，METHOD_IN_DIRECT的IOCTL操作会失败。

派遣函数中处理直接内存模式：

//显示输入缓冲区数据
UCHAR* InputBuffer = (UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
for (ULONG i=0;i<cbin;i++)
{
	KdPrint(("%X\n",InputBuffer[i]));
}
//pIrp->MdlAddress为DeviceIoControl输出缓冲区地址相同
KdPrint(("User Address:0X%08X\n",MmGetMdlVirtualAddress(pIrp->MdlAddress)));
UCHAR* OutputBuffer = (UCHAR*)MmGetSystemAddressForMdlSafe(pIrp->MdlAddress,NormalPagePriority);
//InputBuffer被映射到内核模式下的内存地址，必定在0X80000000-0XFFFFFFFF之间
memset(OutputBuffer,0xAA,cbout);

(3)METHOD_NEITHER ：Neither模式

因为此模式直接访问用户模式地址，这是很危险的，所以此模式很少被用到。

使用用户模式地址必须保证调用DeviceIoControl 的线程与派遣函数运行在同一个线程上下文中。

派遣函数得到输入缓冲区的方式与前两种不同，此模式是通过IO堆栈的stack->Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer;得到输入缓冲区。

驱动通过pIrp->UserBuffer得到输出缓冲区。

得到输入输出缓冲区的长度与IOCTL的方式与前两种相同。

由于驱动程序的派遣函数不能保证传递进来的用户地址是合法地址，所以要对传入的用户模式地址进行可读写判断。这就需要ProbeForRead函数和ProbeForWrite函数与_try _execpt 结合使用。

下面是驱动派遣函数中Neither模式

//显示输入缓冲区数据
UCHAR* UserInputBuffer = (UCHAR*)stack->Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer;
KdPrint(("UserInputBuffer:0X%0X\n",UserInputBuffer));

//得到用户模式地址
PVOID UserOutputBuffer = pIrp->UserBuffer;
KdPrint(("UserOutputBuffer:0X%0X\n",UserOutputBuffer));

__try
{
	KdPrint(("Enter __try block\n"));

	//判断指针是否可读
	ProbeForRead(UserInputBuffer,cbin,4);
	//显示输入缓冲区内容
	for (ULONG i=0;i<cbin;i++)
	{
		KdPrint(("%X\n",UserInputBuffer[i]));
	}

	//判断指针是否可写
	ProbeForWrite(UserOutputBuffer,cbout,4);

	//操作输出缓冲区
	memset(UserOutputBuffer,0xAA,cbout);

	//如果在上面引发异常，所以以后语句不会被执行!
	pIrp->IoStatus.Information = cbout;

	KdPrint(("Leave __try block\n"));
}
__except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
{
	KdPrint(("Catch the exception\n"));
	KdPrint(("The program will keep going\n"));
	status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
}

pIrp->IoStatus.Information = cbout;



注：有不妥之处望指正。

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