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Windows驱动开发（二）

2024-07-14 15:01:26   226人阅读

  •     本节主要介绍驱动开发的一些基础知识。


    1. 驱动程序的基本组成

        1.1. 最经常见到的数据结构

               a. DRIVER_OBJECT驱动对象

[cpp] view plaincopy
  1. // WDK中对驱动对象的定义  
  2. // 每个驱动程序都会有一个唯一的驱动对象与之对应  
  3. // 它是在驱动加载时被内核对象管理程序创建的  
  4.   
  5. typedef struct _DRIVER_OBJECT {  
  6.     CSHORT Type;  
  7.     CSHORT Size;  
  8.   
  9.     //  
  10.     // The following links all of the devices created by a single driver  
  11.     // together on a list, and the Flags word provides an extensible flag  
  12.     // location for driver objects.  
  13.     //  
  14.   
  15.     PDEVICE_OBJECT DeviceObject;  
  16.     ULONG Flags;  
  17.   
  18.     //  
  19.     // The following section describes where the driver is loaded.  The count  
  20.     // field is used to count the number of times the driver has had its  
  21.     // registered reinitialization routine invoked.  
  22.     //  
  23.   
  24.     PVOID DriverStart;  
  25.     ULONG DriverSize;  
  26.     PVOID DriverSection;  
  27.     PDRIVER_EXTENSION DriverExtension;  
  28.   
  29.     //  
  30.     // The driver name field is used by the error log thread  
  31.     // determine the name of the driver that an I/O request is/was bound.  
  32.     //  
  33.   
  34.     UNICODE_STRING DriverName;  
  35.   
  36.     //  
  37.     // The following section is for registry support.  Thise is a pointer  
  38.     // to the path to the hardware information in the registry  
  39.     //  
  40.   
  41.     PUNICODE_STRING HardwareDatabase;  
  42.   
  43.     //  
  44.     // The following section contains the optional pointer to an array of  
  45.     // alternate entry points to a driver for "fast I/O" support.  Fast I/O  
  46.     // is performed by invoking the driver routine directly with separate  
  47.     // parameters, rather than using the standard IRP call mechanism.  Note  
  48.     // that these functions may only be used for synchronous I/O, and when  
  49.     // the file is cached.  
  50.     //  
  51.   
  52.     PFAST_IO_DISPATCH FastIoDispatch;  
  53.   
  54.     //  
  55.     // The following section describes the entry points to this particular  
  56.     // driver.  Note that the major function dispatch table must be the last  
  57.     // field in the object so that it remains extensible.  
  58.     //  
  59.   
  60.     PDRIVER_INITIALIZE DriverInit;  
  61.     PDRIVER_STARTIO DriverStartIo;  
  62.     PDRIVER_UNLOAD DriverUnload;  
  63.     PDRIVER_DISPATCH MajorFunction[IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION + 1];  
  64.   
  65. } DRIVER_OBJECT;  
  66. typedef struct _DRIVER_OBJECT *PDRIVER_OBJECT;   

参数说明：

  • DeviceObject : 每个驱动程序都会有至少一个设备对象。每个设备对象都有一个指向下一个设备对象的指针，最后一个设备对象指向空。此参数指的是驱动对象的第一个设备对象。设备对象的创建与删除都是由程序员自行处理的。
  • DriverName : 驱动名称，由UNICODE_STRING记录。一般格式为\Driver\[DriverName]。
  • HardwareDatabase :  设备的硬件数据库名称。一般格式为\REGISTRY\MACHINE\HARDWARE\DESCRIPTION\SYSTEM。
  • DriverStartIo : 记录StartIO派发函数地址，用于序列化操作。
  • DriverUnload : 指定驱动卸载时的回调函数地址。
  • MajorFunction : 记录处理IRP的派发函数的函数地址。
  • FastIoDispatch : 文件驱动中会用到此成员，用于处理快速IO请求。

驱动对象图解：

b. DEVICE_OBJECT设备对象

[cpp] view plaincopy
  1. // WDK定义的设备对象  
  2.   
  3. typedef struct DECLSPEC_ALIGN(MEMORY_ALLOCATION_ALIGNMENT) _DEVICE_OBJECT {  
  4.     CSHORT Type;  
  5.     USHORT Size;  
  6.     LONG ReferenceCount;  
  7.     struct _DRIVER_OBJECT *DriverObject;  
  8.     struct _DEVICE_OBJECT *NextDevice;  
  9.     struct _DEVICE_OBJECT *AttachedDevice;  
  10.     struct _IRP *CurrentIrp;  
  11.     PIO_TIMER Timer;  
  12.     ULONG Flags;                                // See above:  DO_...  
  13.     ULONG Characteristics;                      // See ntioapi:  FILE_...  
  14.     __volatile PVPB Vpb;  
  15.     PVOID DeviceExtension;  
  16.     DEVICE_TYPE DeviceType;  
  17.     CCHAR StackSize;  
  18.     union {  
  19.         LIST_ENTRY ListEntry;  
  20.         WAIT_CONTEXT_BLOCK Wcb;  
  21.     } Queue;  
  22.     ULONG AlignmentRequirement;  
  23.     KDEVICE_QUEUE DeviceQueue;  
  24.     KDPC Dpc;  
  25.   
  26.     //  
  27.     //  The following field is for exclusive use by the filesystem to keep  
  28.     //  track of the number of Fsp threads currently using the device  
  29.     //  
  30.   
  31.     ULONG ActiveThreadCount;  
  32.     PSECURITY_DESCRIPTOR SecurityDescriptor;  
  33.     KEVENT DeviceLock;  
  34.   
  35.     USHORT SectorSize;  
  36.     USHORT Spare1;  
  37.   
  38.     struct _DEVOBJ_EXTENSION  *DeviceObjectExtension;  
  39.     PVOID  Reserved;  
  40.   
  41. } DEVICE_OBJECT;  
  42.   
  43. typedef struct _DEVICE_OBJECT *PDEVICE_OBJECT;   

参数说明：

  • DriverObject : 指向驱动程序中的驱动对象。如果多个设备对象属于同一个驱动程序，则它们所指的驱动对象是相同的。
  • NextDevice : 指向下一个设备对象。
  • AttachedDevice : 指向下一个设备对象。如果有更高一层的驱动附加到这个驱动的时候，其指向的就是更高一层的那个驱动。
  • CurrentIrp : 使用StartIO派发函数的时候，它指向的是当前的IRP结构
  • Flags : 标志域，32位无符号整形，其值有以下几种：
    1. DO_BUFFERED_IO : 读写操作使用缓冲方式（系统复制缓冲区）访问用户模式数据。
    2. DO_EXCLUSIVE : 一次只允许一个线程打开设备句柄。
    3. DO_DIRECT_IO : 读写操作使用直接方式（内存描述表）访问用户模式数据。
    4. DO_DEVICE_INITIALIZING : 设备对象正在初始化。
    5. DO_POWER_PAGABLE : 必须在PASSIVE_LEVEL级上处理IRP_MJ_PNP请求。
    6. DO_POWER_INRUSH : 设备上电期间需要大电流。
  • DeviceExtension : 指向设备扩展对象。设备扩展对象是一个程序员自己定义的结构体。在驱动程序中，应该尽量避免全局变量的使用，因为全局变量不容易同步，所以将全局变量存在设备扩展中是一个非常好的解决方案。
  • DeviceType : 设备类型，常用的设备类型有：
    1. FILE_DEVICE_BEEP：蜂鸣器设备对象。
    2. FILE_DEVICE_CD_ROM：CD光驱设备对象。
    3. FILE_DEVICE_CD_ROM_FILE_SYSTEM：CD光驱文件系统设备对象。
    4. FILE_DEVICE_CONTROLLER：控制器设备对象。
    5. FILE_DEVICE_DATALINK：数据链设备对象。
    6. FILE_DEVICE_DFS：DFS设备对象。
    7. FILE_DEVICE_DISK：磁盘设备对象。
    8. FILE_DEVICE_DISK_FILE_SYSTEM：磁盘文件系统设备对象。
    9. FILE_DEVICE_FILE_SYSTEM：文件系统设备对象。
    10. FILE_DEVICE_INPORT_PORT：输入端口设备对象。
    11. FILE_DEVICE_KEYBOARD：键盘设备对象。
    12. FILE_DEVICE_MAILSLOT：邮槽设备对象。
    13. FILE_DEVICE_MIDI_IN：MIDI输入设备对象。
    14. FILE_DEVICE_MIDI_OUT：MIDI输出设备对象。
    15. FILE_DEVICE_MOUSE：鼠标设备对象。
    16. FILE_DEVICE_MULTI_UNC_PROVIDER：多UNC设备对象。
    17. FILE_DEVICE_NAMED_PIPE：命名管道设备对象。
    18. FILE_DEVICE_NETWORK：网络设备对象。
    19. FILE_DEVICE_NETWORK_BROWSER：网络浏览器设备对象。
    20. FILE_DEVICE_NETWORK_FILE_SYSTEM：网络文件系统设备对象。
    21. FILE_DEVICE_NULL：空设备对象。
    22. FILE_DEVICE_PARALLEL_PORT：并口设备对象。
    23. FILE_DEVICE_PHYSICAL_NETCARD：物理网卡设备对象。
    24. FILE_DEVICE_PRINTER：打印机设备对象。
    25. FILEDEVICE_SCANNER：扫描仪设备对象。
    26. FILE_DEVICE_SERIAL_MOUSE_PORT：串口鼠标设备对象。
    27. FILE_DEVICE_SERIAL_PORT：串口设备对象。
    28. FILE_DEVICE_SCREEN：屏幕设备对象。
    29. FILE_DEVICE_SOUND：声音设备对象。
    30. FILE_DEVICE_STREAMS：流设备对象。
    31. FILE_DEVICE_TAPE：磁带设备对象。
    32. FILE_DEVICE_TAPE_FILE_SYSTEM：磁带文件系统设备对象。
    33. FILE_DEVICE_TRANSPORT：传输设备对象。
    34. FILE_DEVICE_UNKNOW：未知设备对象。
    35. FILE_DEVICE_VIDEO：视频设备对象。
    36. FILE_DEVICE_VIRTUAL_DISK：虚拟磁盘设备对象。
    37. FILE_DEVICE_WAVE_IN：声音输入设备对象。
    38. FILE_DEVICE_WAVE_OUT：声音输出设备对象。
    39. FILE_DEVICE_8042_PORT：8042端口设备。
    40. FILE_DEVICE_NETWORK_REDIRECTOR：网卡设备对象。
    41. FILE_DEVICE_BATTERY：电池设备对象。
    42. FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER：总线扩展设备对象。
    43. FILE_DEVICE_MODEM：调制解调器设备对象。
    44. FILE_DEVICE_VDM：VDM设备对象。
    45. FILE_DEVICE_MASS_STORAGE：大容量存储设备对象。
    46. FILE_DEVICE_SMB：SMB设备对象。
    47. FILE_DEVICE_KS：内核流设备对象。
    48. FILE_DEVICE_CHANGER：充电设备对象。
    49. FILE_DEVICE_SMARTCARD：智能卡设备对象。
    50. FILE_DEVICE_ACPI：ACPI设备对象。
    51. FILE_DEVICE_DVD：DVD设备对象。

根据设备的需要，需要填写响应的设备类型。当制作虚拟设备时，应当选择FILE_DEVICE_UNKONWN类型的设备。

  • StackSize : 在多层驱动情况下，驱动与驱动之间会形成类似堆栈的结构。IRP会依次从最高层传递到最底层。StackSize就是驱动的层数。
  • AlignmentRequirement : 设备在大容量传输的时候，需要内存对齐，以保证传输速度。

c. 设备扩展

设备对象中只包含了设备的基本信息，如果需要保存其他的信息可以使用设备扩展。

设备扩展是由程序员自定义的，可以按照自己的需要添加相关的信息。设备扩展保存在非分页内存中。

在驱动程序中应该尽量避免使用全局函数，因为全局函数往往导致函数的不可重入性。将全局变量以设备扩展方式储存，加以适当的同步保护措施是一个很好的解决方案。除此之外设备扩展往往还会记录一下信息：

设备对象的反向指针。

设备状态或驱动环境信息。

中断对象指针。

控制器对象指针。

由于设备扩展是驱动程序专用的，它的结构必须在驱动程序的头文件中定义。


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