应用程序与驱动程序通信 DeviceIoControl
应用程序与驱动程序通信 DeviceIoControl
这种通信方式，就是驱动程序和应用程序自定义一种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（DeviceIoControl函数会产生此IRP），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。
一.先谈一下这个定义IO控制码 ，其实可以看作是一种通信协议。
看看CTL_CODE原型：
#define CTL_CODE( DeviceType, Function, Method, Access ) ( \ ((DeviceType) << 16) | ((Access) << 14) | ((Function) << 2) | (Method) \ )
可以看到，这个宏四个参数，自然是一个32位分成了4部分，高16位存储设备类型，14~15位访问权限，2～13位操作功能，最后0，1两位就是确定缓冲区是如何与I/O和文件系统数据缓冲区进行数据传递方式，最常见的就是METHOD_BUFFERED。
自定义CTL_CODE：
#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。
继续介绍这个缓冲区数据传递方式Method：
Method表示Ring3/Ring0的通信中的内存访问方式，有四种方式： #define METHOD_BUFFERED 0 #define METHOD_IN_DIRECT 1 #define METHOD_OUT_DIRECT 2 #define METHOD_NEITHER 3
（1）如果使用METHOD_BUFFERED，表示系统将用户的输入输出都经过pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer来缓冲，因此这种方式的通信比较安全。
METHOD_BUFFERED方式相当于对Ring3的输入输出都进行了缓冲。
METHOD_BUFFERED方式（借图）：
（2）如果使用METHOD_IN_DIRECT或METHOD_OUT_DIRECT方式，表示系统会将输入缓冲在pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer中，并将输出缓冲区锁定，然后在内核模式下重新映射一段地址，这样也是比较安全的。
METHOD_IN_DIRECT和METHOD_OUT_DIRECT可称为"直接方式"，是指系统依然对Ring3的输入缓冲区进行缓冲，但是对Ring3的输出缓冲区并没有缓冲，而是在内核中进行了锁定。这样Ring3输出缓冲区在驱动程序完成I/O请求之前，都是无法访问的，从一定程度上保障了安全性。如图21.1.14所示。 这两种方式，对于Ring3的输入缓冲区和METHOD_BUFFERED方式是一致的。对于Ring3的输出缓冲区，首先由系统锁定，并使用pIrp->MdlAddress来描述这段内存，驱动程序需要使用MmGetSystemAddressForMdlSafe函数将这段内存映射到内核内存地址（OutputBuffer），然后可以直接写入OutputBuffer地址，最终在驱动派遣例程返回后，由系统解除这段内存的锁定。 METHOD_IN_DIRECT和METHOD_OUT_DIRECT方式的内存访问 8METHOD_IN_DIRECT和METHOD_OUT_DIRECT方式的区别，仅在于打开设备的权限上，当以只读权限打开设备时，METHOD_IN_DIRECT方式的IoControl将会成功，而METHOD_OUT_DIRECT方式将会失败。如果以读写权限打开设备，两种方式都会成功。
METHOD_IN_DIRECT和METHOD_OUT_DIRECT方式（借图）：
（3）如果使用METHOD_NEITHER方式，"其他方式"，虽然通信的效率提高了，但是不够安全。驱动的派遣函数中输入缓冲区可以通过I/O堆栈（IO_STACK_LOCATION）的stack->Parameters.DeviceIo Control.Type3InputBuffer得到。输出缓冲区可以通过pIrp->UserBuffer得到。由于驱动中的派遣函数不能保证传递进来的用户输入和输出地址，因此最好不要直接去读写这些地址的缓冲区。应该在读写前使用ProbeForRead和ProbeForWrite函数探测地址是否可读和可写。
METHOD_ NEITHER方式是不进行缓冲的，在驱动中可以直接使用Ring3的输入输出内存地址，
驱动程序可以通过pIrpStack->Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer得到Ring3的输入缓冲区地址（其中pIrpStack是IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp)的返回）；通过pIrp-> UserBuffer得到Ring3的输出缓冲区地址。 由于METHOD_NEITHER方式并不安全，因此最好对Type3InputBuffer读取之前使用ProbeForRead函数进行探测，对UserBuffer写入之前使用ProbeForWrite函数进行探测，当没有发生异常时，再进行读取和写入操作。
METHOD_NEITHER方式（借图）：
二 .定义驱动设备名，符号链接名 定义好了IO控制码CTL_CODE，第二步驱动程序还要准备驱动设备名和符号链接名。
关于在Ring0层中要设置驱动设备名的同时还要设置符号链接名的原因，是因为只有符号链接名才可以被用户模式下的应用程序识别。
windows下的设备是以"\Device\[设备名]”形式命名的。例如磁盘分区的c盘，d盘的设备名称就是"\Device\HarddiskVolume1”,"\Device\HarddiskVolume2”, 当然也可以不指定设备名称。 如果IoCreateDevice中没有指定设备名称，那么I/O管理器会自动分配一个数字作为设备的名称。例如"\Device\00000001"。\Device\[设备名]，不容易记忆，通常符号链接可以理解为设备的别名，更重要的是设备名，只能被内核模式下的其他驱动所识别，而别名可以被用户模式下的应用程序识别，例如c盘，就是名为"c:"的符号链接，其真正的设备对象是"\Device\HarddiskVolume1”，所以在写驱动时候，一般我们创建符号链接，即使驱动中没有用到，这也算是一个好的习惯吧。 驱动中符号链接名是这样写的 L"\\??\\HelloDDK" --->\??\HelloDDK
或者 L"\\DosDevices\\HelloDDK"--->\DosDevices\HelloDDK
在应用程序中，符号链接名： L"\\\\.\\HelloDDK"-->\\.\HelloDDK
DosDevices的符号链接名就是??, 所以"\\DosDevices\\XXXX"其实就是\\??\\XXXX
1234 | #define DEVICE_OBJECT_NAME L"\\Device\\BufferedIODeviceObjectName"//设备与设备之间通信#define DEVICE_LINK_NAME L"\\DosDevices\\BufferedIODevcieLinkName"//设备与Ring3之间通信 |
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三.将符号链接名与设备对象名称关联 ，等待IO控制码
驱动程序要做的最后一步，先用IoCreateDevice函数创建设备对象，再用IoCreateSymbolicLink将符号链接名与设备对象名称关联 ，大功告成，等待IO控制码。
1234567891011121314151617181920212223 | //创建设备对象名称RtlInitUnicodeString(&DeviceObjectName,DEVICE_OBJECT_NAME);//创建设备对象Status = IoCreateDevice(DriverObject,NULL, &DeviceObjectName, FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0, FALSE, &DeviceObject);if (!NT_SUCCESS(Status)){ return Status;} //创建设备连接名称RtlInitUnicodeString(&DeviceLinkName, DEVICE_LINK_NAME);//将设备连接名称与设备名称关联 Status = IoCreateSymbolicLink(&DeviceLinkName,&DeviceObjectName); if (!NT_SUCCESS(Status)){ IoDeleteDevice(DeviceObject); return Status;} |
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四.应用程序获取设备句柄，发送IO控制码。
驱动程序铺垫打理好之后，应用程序就可以由符号链接名通过CreateFile函数获取到设备句柄DeviceHandle，再用本场的主角，DeviceIoControl通过这个DeviceHandle发送控制码了。
先看看这两个函数：
1234567891011121314151617181920212223242526 | BOOL WINAPI DeviceIoControl( _In_ HANDLE hDevice, //CreateFile函数打开的设备句柄 _In_ DWORD dwIoControlCode,//自定义的控制码 _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); HANDLE CreateFile( LPCTSTR lpFileName, //打开的文件名 DWORD dwDesiredAccess, //访问权限 DWORD dwShareMode, //共享模式 LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, //安全属性 DWORD dwCreationDisposition, //文件存在与不存在时的文件创建模式 DWORD dwFlagsAndAttributes, //文件属性设定（隐藏、只读、压缩、指定为系统文件等） HANDLE hTemplateFile //文件副本句柄); |
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最后总结一下DeviceIoControl的通信流程：
1.驱动程序和应用程序自定义好IO控制码 （CTL_CODE宏 四个参数，32位，4部分，存储设备类型，访问权限，操作功能，缓冲区数据传递方式（四种））
2.驱动程序定义驱动设备名，符号链接名， 将符号链接名与设备对象名称关联 ，等待IO控制码（IoCreateDevice，IoCreateSymbolicLink）
3.应用程序由符号链接名通过CreateFile函数获取到设备句柄DeviceHandle，再用本场的主角，DeviceIoControl通过这个设备句柄发送控制码给派遣函数。
源代码：
BufferedIO.h
123456789101112131415 | #pragma once#include <ntifs.h> #define CTL_SYS \ CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x830,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS) #define DEVICE_OBJECT_NAME L"\\Device\\BufferedIODeviceObjectName"//设备与设备之间通信#define DEVICE_LINK_NAME L"\\DosDevices\\BufferedIODevcieLinkName"//设备与Ring3之间通信VOID DriverUnload(PDRIVER_OBJECT DriverObject);NTSTATUS PassThroughDispatch(PDEVICE_OBJECT DeviceObject, PIRP Irp);NTSTATUS ControlThroughDispatch(PDEVICE_OBJECT DeviceObject, PIRP Irp); |
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BufferedIO.c
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116 | #include "BufferedIO.h" NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT DriverObject, PUNICODE_STRING RegisterPath){ NTSTATUS Status = STATUS_SUCCESS; PDEVICE_OBJECT DeviceObject = NULL; UNICODE_STRING DeviceObjectName; UNICODE_STRING DeviceLinkName; ULONG i; // 栈 // 堆 // 全局(global Static Const) DriverObject->DriverUnload = DriverUnload; //创建设备对象名称 RtlInitUnicodeString(&DeviceObjectName,DEVICE_OBJECT_NAME); //创建设备对象 Status = IoCreateDevice(DriverObject,NULL, &DeviceObjectName, FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0, FALSE, &DeviceObject); if (!NT_SUCCESS(Status)) { return Status; } //创建设备连接名称 RtlInitUnicodeString(&DeviceLinkName, DEVICE_LINK_NAME); //将设备连接名称与设备名称关联 Status = IoCreateSymbolicLink(&DeviceLinkName,&DeviceObjectName); if (!NT_SUCCESS(Status)) { IoDeleteDevice(DeviceObject); return Status; } //设计符合我们代码的派遣历程 for (i=0;i<IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION;i++) { DriverObject->MajorFunction[i] = PassThroughDispatch; //函数指针 } DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = ControlThroughDispatch; return Status;}//派遣历程 NTSTATUS PassThroughDispatch(PDEVICE_OBJECT DeviceObject,PIRP Irp){ Irp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS; //LastError() Irp->IoStatus.Information = 0; //ReturnLength IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT); //将Irp返回给Io管理器 return STATUS_SUCCESS;}NTSTATUS ControlThroughDispatch(PDEVICE_OBJECT DeviceObject, PIRP Irp){ NTSTATUS Status; ULONG_PTR Informaiton = 0; PVOID InputData = NULL; ULONG InputDataLength = 0; PVOID OutputData = NULL; ULONG OutputDataLength = 0; ULONG IoControlCode = 0; PIO_STACK_LOCATION IoStackLocation = IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp); //Irp堆栈 IoControlCode = IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode; InputData = Irp->AssociatedIrp.SystemBuffer; OutputData = Irp->AssociatedIrp.SystemBuffer; InputDataLength = IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength; OutputDataLength = IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength; switch (IoControlCode) { case CTL_SYS: { if (InputData != NULL&&InputDataLength > 0) { DbgPrint("%s\r\n", InputData); } if (OutputData != NULL&&OutputDataLength >= strlen("Ring0->Ring3") + 1) { memcpy(OutputData, "Ring0->Ring3", strlen("Ring0->Ring3") + 1); Status = STATUS_SUCCESS; Informaiton = strlen("Ring0->Ring3") + 1; } else { Status = STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES; //内存不够 Informaiton = 0; } break; } default: break; } Irp->IoStatus.Status = Status; //Ring3 GetLastError(); Irp->IoStatus.Information = Informaiton; IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT); //将Irp返回给Io管理器 return Status; //Ring3 DeviceIoControl()返回值}VOID DriverUnload(PDRIVER_OBJECT DriverObject){ UNICODE_STRING DeviceLinkName; PDEVICE_OBJECT v1 = NULL; PDEVICE_OBJECT DeleteDeviceObject = NULL; RtlInitUnicodeString(&DeviceLinkName, DEVICE_LINK_NAME); IoDeleteSymbolicLink(&DeviceLinkName); DeleteDeviceObject = DriverObject->DeviceObject; while (DeleteDeviceObject != NULL) { v1 = DeleteDeviceObject->NextDevice; IoDeleteDevice(DeleteDeviceObject); DeleteDeviceObject = v1; }} |
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IO.cpp
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263 | // 缓冲区IO.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。// #include "stdafx.h"#include <windows.h>#define DEVICE_LINK_NAME L"\\\\.\\BufferedIODevcieLinkName" #define CTL_SYS \ CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x830,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)int main(){ HANDLE DeviceHandle = CreateFile(DEVICE_LINK_NAME, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL); if (DeviceHandle==INVALID_HANDLE_VALUE) { return 0; } char BufferData = NULL; DWORD ReturnLength = 0; BOOL IsOk = DeviceIoControl(DeviceHandle, CTL_SYS, "Ring3->Ring0", strlen("Ring3->Ring0")+1, (LPVOID)BufferData, 0, &ReturnLength, NULL); if (IsOk == FALSE) { int LastError = GetLastError(); if (LastError == ERROR_NO_SYSTEM_RESOURCES) { char BufferData[MAX_PATH] = { 0 }; IsOk = DeviceIoControl(DeviceHandle, CTL_SYS, "Ring3->Ring0", strlen("Ring3->Ring0") + 1, (LPVOID)BufferData, MAX_PATH, &ReturnLength, NULL); if (IsOk == TRUE) { printf("%s\r\n", BufferData); } } } if (DeviceHandle != NULL) { CloseHandle(DeviceHandle); DeviceHandle = NULL; } printf("Input AnyKey To Exit\r\n"); getchar(); return 0;} |
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