DeviceIoControl与驱动交互
2012-05-02 11:11 java20130722 阅读(522) 评论(0) 编辑 收藏 举报
与驱动程序通信的函数，除了ReadFile和WriteFile函数还有DeviceIoControl函数，而且DeviceIoControl函数那是相当的彪悍。因为它可以自定义控制码，你只要在IRP_MJ_DEVICE_CONTROL对应的派遣函数中读取控制码，然后针对控制码，你就可以实现自定义的功能了。
函数原型：
BOOL WINAPI DeviceIoControl(
__in HANDLEhDevice,
__in DWORDdwIoControlCode,
__in_opt LPVOID lpInBuffer,
__in DWORDnInBufferSize,
__out_opt LPVOID lpOutBuffer,
__in DWORDnOutBufferSize,
__out_opt LPDWORD lpBytesReturned,
__inout_opt LPOVERLAPPED lpOverlapped
);
其中lpBytesReturned的值来自于IRP结构中的pIRP->IoStatus.Information。DeviceIoControl的第二个参数就是控制码，控制码是一个32为无符号整型，需要符合DDK的规定。
控制代码中各数据位字段的含义如下：
◎ DeviceType--设备类型（31-16bit）指 出了设备的类型，微软保留了0－7FFFh的取值，剩下的8000h－0FFFFh 供开发商定义新的内核模式驱动程序。我们可以在\include\w2k\ntddk.inc文件中找到一组FILE_DEVICE_XXX 符号常量，这些值都是微软保留的
值，我们可以使用其中的FILE_DEVICE_UNKNOWN。当然你也可以定义另外一个FILE_DEVICE_XXX值
◎ Access--存取代码（15-14bit）指明应用程序存取设备的方式，由于这个字段只有2位，所以只有4种可能性：
· FILE_ANY_ACCESS (0)--最大的存取权限，就是什么操作都可以
· FILE_READ_ACCESS (1)--读权限，设备将数据传递到指定的缓冲区
· FILE_WRITE_ACCESS (2)--写权限，可以从内存中向设备传递数据
· FILE_READ_ACCESS or FILE_WRITE_ACCESS (3)--读写权限，设备和内存缓冲区之间可以互相传递数据
◎ Function--功能代码（13-2bit）用来描述要进行的操作，我们可以用800h－0FFFh来定义自己的I/O控制代码，
0－7FFh之间的值是被微软保留的，用来定义公用的I/O控制代码
◎ Method--缓冲模式（0-1bit）表示I/O管理器如何对输入和输出的数据进行缓冲，这个字段的长度是2位，所以有
4种可能性：
·METHOD_BUFFERED (0)--对I/O进行缓冲
·METHOD_IN_DIRECT (1)--对输入不进行缓冲
·METHOD_OUT_DIRECT (2)--对输出不进行缓冲
·METHOD_NEITHER (3)--都不缓冲
缓冲区模式虽然会损失点性能，但是其安全性好。
下面将分别讲述这几种模式。
缓冲内存模式(对应代码中的IOCTL_TEST1)
首先要将控制码中的Method设置为METHOD_BUFFERED。
往驱动中Input数据：在Win32 APIDeviceIoControl函数的内部，用户提供的输入缓冲区的内容被复制到IRP的pIRP->AssociatedIrp.SystemBuffer的内存地址，复制的字节是有DeviceControl指定的输入字节数。从驱动中Output数据：派遣函数可以向pIRP->AssociatedIrp.SystemBuffer写入数据，被当做是设备输出的数据。操作系统会将AssociatedIrp.SystemBuffer的数据再次复制到DeviceIoControl提供的输出缓冲区，复制的字节数有pIrp->IoStatus.Information指定，DeviceIoControl也可以通过参数lpBytesReturned得到复制的字节数。
原理就是这样了，理论上就可以实现读和写的双向操作了。
直接内存模式(对应代码中的IOCTL_TEST2)
首先将Method设置为METHOD_IN_DIRECT 或METHOD_OUT_DIRECT ，这两者的不同只是体现在打开设备的权限上，当以只读权限打开设备时，METHOD_IN_DIRECT 就可以顺利操作，而METHOD_OUT_DIRECT 就会失败。如果以读写权限打开时，两者都可以执行成功。
往驱动中Input数据：这部分和上面的缓冲内存模式一样，输入缓冲区的数据复制到pIrp->AssociateIrp.SystemBuffer内存地址，复制的字节数是按照DeviceIoControl指定的。
从驱动中Output数据：操作系统会为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到一段地址。在派遣函数中可以先获取DeviceIoControl指定的输出缓冲区(lpOutBufferb被记录在pIrp->AssociateIrp.SystemBuffer)，然后再通过MmGetSystemAddressForMdlSafe获取其在核地址中的映射值。
其他内存模式(对应代码中的IOCTL_TEST3)
个人觉得这种方式挺麻烦的而且少被用到，由于它是直接访问用户模式地址，要求调用DeviceIoControl的线程和派遣函数运行在同一个线程设备上下文中，自己有个印象就行了。
首先将指定的Method参数设置为METHOD_NEITHER。
往驱动中Input数据：通过I/O堆栈的Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer得到DeviceIoControl提供的输入缓冲区地址，Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength得到其长度。由于不能保证传递过来的地址合法，所以需要先要结果ProbeRead函数进行判断。
从驱动中Output数据：通过pIrp->UserBuffer得到DeviceIoControl函数提供的输出缓冲区地址，再通过Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength得到输出缓冲区大小。同样的要用ProbeWrite函数先进行判断。
下面给出一个实例代码，来自于张帆的《Windows驱动开发详解》
首先是控制码设置：
#define IOCTL_TEST1 CTL_CODE(\
FILE_DEVICE_UNKNOWN, \
0x800, \
METHOD_BUFFERED, \
FILE_ANY_ACCESS)
#define IOCTL_TEST2 CTL_CODE(\
FILE_DEVICE_UNKNOWN, \
0x801, \
METHOD_IN_DIRECT, \
FILE_ANY_ACCESS)
#define IOCTL_TEST3 CTL_CODE(\
FILE_DEVICE_UNKNOWN, \
0x802, \
METHOD_NEITHER, \
FILE_ANY_ACCESS)
再是IRP_MJ_DEVICE_CONTROL派遣函数：
NTSTATUSIOCTRLDRIVER_DispatchDeviceControl(
IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
IN PIRP pIrp
)
{
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
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;
ULONG info = 0;
switch(code)
{
case IOCTL_TEST1:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST1\n"));
UCHAR* InputBuffer =(UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
for (ULONGi=0;i<cbin;i++)
{
KdPrint(("zhui：%X\n",InputBuffer[i]));
}
//操作输出缓冲区
UCHAR* OutputBuffer =(UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
memset(OutputBuffer,0xAA,cbout);
//设置实际操作输出缓冲区长度
info = cbout;
break;
}
case IOCTL_TEST2:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST2\n"));
UCHAR* InputBuffer =(UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
for (ULONGi=0;i<cbin;i++)
{
KdPrint(("zhui：%X\n",InputBuffer[i]));
}
//pIrp->MdlAddress为DeviceIoControl输出缓冲区地址相同
KdPrint(("zhui：UserAddress: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);
//设置实际操作输出缓冲区长度
info = cbout;
break;
}
case IOCTL_TEST3:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST3\n"));
UCHAR* UserInputBuffer= (UCHAR*)stack->Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer;
KdPrint(("zhui：UserInputBuffer:0X%0X\n",UserInputBuffer));
//得到用户模式地址
PVOID UserOutputBuffer= pIrp->UserBuffer;
KdPrint(("zhui：UserOutputBuffer:0X%0X\n",UserOutputBuffer));
__try
{
KdPrint(("zhui：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 (ULONGi=0;i<cbin;i++)
{
KdPrint(("zhui：%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);
//由于在上面引发异常，所以以后语句不会被执行!
info = cbout;
KdPrint(("zhui：Leave __try block\n"));
}
__except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
{
KdPrint(("zhui：Catch the exception\n"));
KdPrint(("zhui：The program will keep going\n"));
status =STATUS_UNSUCCESSFUL;
}
info = cbout;
break;
}
default:
status =STATUS_INVALID_DEVICE_REQUEST;
break;
}
pIrp->IoStatus.Status = status;
pIrp->IoStatus.Information = info;
IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
return status;
}
测试的main函数：
int main()
{
HANDLE hDevice =
CreateFile("\\\\.\\HelloDDK",
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
0, // share mode none
NULL, // no security
OPEN_EXISTING,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
NULL); // no template
if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
printf("Failed to obtainfile handle to device: "
"%s with Win32error code: %d\n",
"MyWDMDevice", GetLastError() );
return 1;
}
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;
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST1, InputBuffer, 10,&OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%dbytes\n",dwOutput);
for (inti=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST2, InputBuffer, 10,&OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%dbytes\n",dwOutput);
for (inti=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST3, InputBuffer, 10,&OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%dbytes\n",dwOutput);
for (int i=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
CloseHandle(hDevice);
return 0;
}
首先是控制码设置：
#define IOCTL_TEST1 CTL_CODE(\ FILE_DEVICE_UNKNOWN, \ 0x800, \ METHOD_BUFFERED, \ FILE_ANY_ACCESS) #define IOCTL_TEST2 CTL_CODE(\ FILE_DEVICE_UNKNOWN, \ 0x801, \ METHOD_IN_DIRECT, \ FILE_ANY_ACCESS) #define IOCTL_TEST3 CTL_CODE(\ FILE_DEVICE_UNKNOWN, \ 0x802, \ METHOD_NEITHER, \ FILE_ANY_ACCESS)
再是IRP_MJ_DEVICE_CONTROL派遣函数：
NTSTATUS IOCTRLDRIVER_DispatchDeviceControl(
IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
IN PIRP pIrp
)
{
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
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;
ULONG info = 0;
switch(code)
{
case IOCTL_TEST1:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST1\n"));
UCHAR* InputBuffer = (UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
for (ULONG i=0;i<cbin;i++)
{
KdPrint(("zhui：%X\n",InputBuffer[i]));
}
//操作输出缓冲区
UCHAR* OutputBuffer = (UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
memset(OutputBuffer,0xAA,cbout);
//设置实际操作输出缓冲区长度
info = cbout;
break;
}
case IOCTL_TEST2:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST2\n"));
UCHAR* InputBuffer = (UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
for (ULONG i=0;i<cbin;i++)
{
KdPrint(("zhui：%X\n",InputBuffer[i]));
}
//pIrp->MdlAddress为DeviceIoControl输出缓冲区地址相同
KdPrint(("zhui：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);
//设置实际操作输出缓冲区长度
info = cbout;
break;
}
case IOCTL_TEST3:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST3\n"));
UCHAR* UserInputBuffer = (UCHAR*)stack->Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer;
KdPrint(("zhui：UserInputBuffer:0X%0X\n",UserInputBuffer));
//得到用户模式地址
PVOID UserOutputBuffer = pIrp->UserBuffer;
KdPrint(("zhui：UserOutputBuffer:0X%0X\n",UserOutputBuffer));
__try
{
KdPrint(("zhui：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(("zhui：%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);
//由于在上面引发异常，所以以后语句不会被执行!
info = cbout;
KdPrint(("zhui：Leave __try block\n"));
}
__except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
{
KdPrint(("zhui：Catch the exception\n"));
KdPrint(("zhui：The program will keep going\n"));
status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
}
info = cbout;
break;
}
default:
status = STATUS_INVALID_DEVICE_REQUEST;
break;
}
pIrp->IoStatus.Status = status;
pIrp->IoStatus.Information = info;
IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
return status;
}测试的main函数：
int main()
{
HANDLE hDevice =
CreateFile("\\\\.\\HelloDDK",
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
0, // share mode none
NULL, // no security
OPEN_EXISTING,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
NULL ); // no template
if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
printf("Failed to obtain file handle to device: "
"%s with Win32 error code: %d\n",
"MyWDMDevice", GetLastError() );
return 1;
}
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;
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST1, InputBuffer, 10, &OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%d bytes\n",dwOutput);
for (int i=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X ",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST2, InputBuffer, 10, &OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%d bytes\n",dwOutput);
for (int i=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X ",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST3, InputBuffer, 10, &OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%d bytes\n",dwOutput);
for (int i=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X ",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
CloseHandle(hDevice);
return 0;
}
