详解应用程序与驱动程序通信DeviceIoControl

一、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:

#defineMETHOD_BUFFERED0

#defineMETHOD_IN_DIRECT1

#defineMETHOD_OUT_DIRECT2

#defineMETHOD_NEITHER3

(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:

(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。

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

METHOD_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:

(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:

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

#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

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。

//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;

}

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:

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

);

五、总结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。

六、源代码

BufferedIO.h

#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);

BufferedIO.c

#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;

}

}

IO.cpp

// 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;

}

以上就是详解应用程序与驱动程序通信DeviceIoControl的详细内容,更多关于应用程序 驱动程序通信 DeviceIoControl的资料请关注其它相关文章!

以上是 详解应用程序与驱动程序通信DeviceIoControl 的全部内容, 来源链接: utcz.com/p/246253.html

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