本文讲述Windows磁盘驱动的主要结构功能与编写方法基础。本文描述的内容仅限于软件层面，并不与具体的硬件相关。
1.磁盘驱动基础
不少人把文件系统驱动和磁盘驱动混为一谈。实际上文件系统驱动应该与磁盘驱动是两类不同的驱动程序。文件系统仅仅考虑数据在存储设备上的保存格式（而不考虑具体是什么存储设备），而磁盘是存储设备的一种。
在存储设备驱动(storage driver)中，与实际的硬件设备打交道的驱动称为微端口（miniport）驱动，而更上层的驱动称为类驱动（class driver）。这里说的磁盘驱动（disk driver）是一个类驱动。类驱动具体功能通过下层的微端口驱动实现。而自己则抽象出一类设备（如磁盘），供文件系统驱动调用。这样，文件系统就不用自己去和硬件细节打交道了，在它看来所有的磁盘都是一个磁盘设备。这就是类驱动存在的意义。
如果认为微端口驱动都是硬件驱动的话，则类驱动是硬件驱动之上的软件驱动。
要学习磁盘驱动的编写，可以参考WINDDK\src\storage\class\disk,这是一个SCSI磁盘类驱动（SCSI disk class driver）的例子。但是这个例子的实现细节过于烦琐。为此我在网上找到一个文件虚拟磁盘（FileDisk）的例子，用这个来说明磁盘驱动的编写方法。你可以在网上下载它。
磁盘驱动找到物理媒质的时候，生成磁盘设备对象。但是要注意磁盘设备对象与卷（volume）设备对象（volume device driver）的区别。一个磁盘设备对象对应一个物理的磁盘。而卷，则是文件系统驱动找到磁盘设备之后，挂载形成的一种新设备。这种设备可以进行很多操作，比如生成文件，删除文件，修改文件等，这些是与文件系统相关的操作。而磁盘设备对象则没有这些操作。因为磁盘并不知道有文件系统，所以仅仅能进行读，写，获取一些磁盘信息等操作。比文件系统操作简单得多。
每当你生成一个磁盘驱动对象，系统中就出现一个新的磁盘。是否出现在windows的我的电脑之中，还需要涉及到一些其他信息的返回。但是你确实可以随时生成新的磁盘，无论具体的硬件是否存在。在内核代码中，你可以使用IoCreateDevice来生成一个磁盘设备。
XP版本的ifs下的例子disk使用IoCreateDisk来生成一个磁盘。似乎这个函数的使用更加简便。而FileDisk的例子，使用IoCreateDevice，可能这个例子开发比较早，或者是为了兼容2000ddk.
驱动的入口是DriverEntry,你可以首先编写这个函数。你可以在这里生成磁盘设备对象.设备对象都是有名字的。首先你必须确定它们的名字。FileDisk在DriverEntry中生成了一连串设备，这些设备的名字如下:
"http://www.cnblogs.com/kuangfuhxw/admin/file://device//FileDisk0"
"http://www.cnblogs.com/kuangfuhxw/admin/file://device//FileDisk1"
"http://www.cnblogs.com/kuangfuhxw/admin/file://device//FileDisk2"
"http://www.cnblogs.com/kuangfuhxw/admin/file://device//FileDisk3"
"http://www.cnblogs.com/kuangfuhxw/admin/file://device//FileDisk4"
... 依次类推。
需要多少个磁盘设备对象和你的需要有关，这个数字事先已经保存在注册表中。对你的简单代码来说，只要：
NTSTATUS
DriverEntry (
IN PDRIVER_OBJECT DriverObject,
IN PUNICODE_STRING RegistryPath
)
{
PDEVICE_OBJECT device_object;
UNICODE_STRING device_name;
RtlInitUnicodeString(&device_name,L"http://www.cnblogs.com/kuangfuhxw/admin/file://device//FileDisk");
status = IoCreateDevice(
DriverObject,
0, //sizeof(DEVICE_EXTENSION),这里是设备扩展的大小空间
&device_name,
FILE_DEVICE_DISK,
0,
FALSE,
&device_object);
return status;
}
建议打开ddk帮助看看IoCreateDevice的参数说明。FILE_DEVICE_DISK是ddk中定义的一种设备类型。现在磁盘设备对象已经生成了，只要加载这个驱动，系统将知道增加一个磁盘。不过还有以下的一些问题:
（1）当设备目录"http://www.cnblogs.com/kuangfuhxw/admin/file://device/"不存在的时候，你的创建会失败。所以应该先创建这个目录，使用ZwCreateDirectoryObject即可。
（2）你确实创建了一个磁盘设备对象。但是你没有为你的驱动指定分发例程。当windows对这个磁盘有所请求（比如获取磁盘的信息，读写这个磁盘等），你的分发例程会被调用。此时没有写分发例程，因此windows也无法得到这个磁盘的信息，因而它不会起作用。
（3）你必然要在磁盘设备对象上保留一些私人信息，因此不能把设备扩展大小设置为0。你应该定义设备扩展的数据结构。当然这要看你的需要了。
（4）你还需要设置一些设备标志。
* * *
2 分发例程和设备扩展
应该给你的驱动指定分发例程。这样你的磁盘设备生成之后，windows会发给你请求，来读取你的磁盘的信息。而这些请求（irp）就会发到你的分发例程中。
分发例程是一组用来处理不同请求的函数。
NTSTATUS
DriverEntry (
IN PDRIVER_OBJECT DriverObject,
IN PUNICODE_STRING RegistryPath
)
{
... // 前面生成设备对象...
// 设置分发例程。请注意仅仅需要5个，比文件系统少多了。
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = FileDiskCreateClose;
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = FileDiskCreateClose;
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_READ] = FileDiskReadWrite;
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE] = FileDiskReadWrite;
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = FileDiskDeviceControl;
// 卸载例程。
DriverObject->DriverUnload = FileDiskUnload;
return status;
}
下面的任务你要自己编写FileDiskCreateClose, FileDiskReadWrite, FileDiskDeviceControl这三个函数。
请注意所有的分发例程的结构都是如此：
NTSTATUS
DispatchFunction(
IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
IN PIRP Irp
);
DeviceObject是接受请求的设备对象指针，应该是由你的驱动生成的，所以才会发到你的驱动的分发例程。Irp是请求包指针。里边含有请求相关的信息。最后返回执行的结果（成功或者错误代码）。
从FileDisk看来，分发例程比文件系统驱动要简单得多。DriverObject->DriverUnload是一个特殊的例程，在windows卸载你的驱动的时候被调用。你可以在其中删除设备，关闭打开的文件等等。
FileDisk定义了一个设备扩展。这个设备扩展被记录在设备对象中，你随时可以通过DeviceObject->DeviceExtension得到它。它的内容如下:
typedef struct _DEVICE_EXTENSION {
BOOLEAN media_in_device;
HANDLE file_handle;
FILE_STANDARD_INFORMATION file_information;
BOOLEAN read_only;
PSECURITY_CLIENT_CONTEXT security_client_context;
LIST_ENTRY list_head;
KSPIN_LOCK list_lock;
KEVENT request_event;
PVOID thread_pointer;
BOOLEAN terminate_thread;
} DEVICE_EXTENSION, *PDEVICE_EXTENSION;
media_in_device是指这个设备是否已经指定了一个文件作为存储媒质。这是一个用文件来虚拟磁盘的驱动。那么一个磁盘应该对应一个实际存在的文件。读写这个磁盘的请求最终转变为对文件的读写。如果一个磁盘设备对象还没有指定文件，那么这个内容是FALSE.
file_handle是文件句柄。也就是这个虚拟磁盘所对应的文件。
file_information是这个文件的一些信息。
read_only是否只读。
security_client_context 访问文件的时候需要使用的一个线程客户安全性上下文。
list_head是一个链表头。一部分irp（windows发来的请求包）被放入这个链表中。我们为每个磁盘对象开启一个系统线程（处理线程），专门用来处理这些请求。
list_lock是为了保证链表读写同步的锁。
request_event是一个事件。当链表中没有请求的时候，处理请求的系统线程并不做任何事情，而只等待这个事件。当有请求到来，我们把请求放入链表，然后设置这个事件。处理线程就会开始处理这些请求。
thread_pointer是线程的指针，用来最后等待这个线程的结束。
terminate_thread是一个标志。如果设置为TRUE，处理线程执行的时候检测到这个，就会把自己终止掉。
* * *
3.分发例程-打开与关闭，读与写
这里需要Create和Close是为了通信。让应用程序可以打开这些磁盘设备来设置一些信息。
打开关闭非常简单，都是对irp无条件返回成功：
NTSTATUS
FileDiskCreateClose (
IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
IN PIRP Irp
)
{
PAGED_CODE();
Irp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
Irp->IoStatus.Information = FILE_OPENED;
IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);
return STATUS_SUCCESS;
}
PAGED_CODE()是一个调试用的宏。如果一个函数被定义在可分页交换的段中，那么它执行时的中断级别必须满足一定的要求。PAGED_CODE()用来检测是否符合。如果不行，调试版本中这里会出现失败。这个宏仅仅在调试版本下有效。
例子disk的读写非常复杂。而FileDisk的读写是对文件的读写。所以相对简单一些。基本的过程如下：
1.得到设备扩展。
2.检查是否已经打开了文件。如果没有，直接返回失败。
3.对于长度为0的读写，直接返回成功。
4.把请求加入设备扩展中的请求队列中，设置事件让处理线程运行处理。
5.返回等待。
你固然可以在读写例程中直接读写文件。但是这不符合惯例。读写文件需要消耗的时间比较长，应该让系统尽快得到答复以便可以干其他的事情。此外这个函数很容易重入，我们希望把读写请求的完成序列化，为此我们并不在这里直接读写文件。而是把请求放入队列中。为每个磁盘设备对象生成一个系统线程，来依次处理这些请求。
NTSTATUS
FileDiskReadWrite (
IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
IN PIRP Irp
)
{
PDEVICE_EXTENSION device_extension;
PIO_STACK_LOCATION io_stack;
// 得到设备扩展
device_extension = (PDEVICE_EXTENSION) DeviceObject->DeviceExtension;
...
}
上面得到了设备扩展，那么我检查这个磁盘是否已经有物理媒质（也就是一个文件用来模拟磁盘空间）。
// 如果没有打开过文件，就返回失败
if (!device_extension->media_in_device)
{
Irp->IoStatus.Status = STATUS_NO_MEDIA_IN_DEVICE;
Irp->IoStatus.Information = 0;
IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);
return STATUS_NO_MEDIA_IN_DEVICE;
}
想得到要读多长的时候要得到Irp的当前栈空间：
io_stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp);
// 读0长的时候立刻成功
if (io_stack->Parameters.Read.Length == 0)
{
Irp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
Irp->IoStatus.Information = 0;
IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);
return STATUS_SUCCESS;
}
然后就可以把Irp放到队列里去等待完成了:
// 标志pending
IoMarkIrpPending(Irp);
// 把请求写入链表
ExInterlockedInsertTailList(
&device_extension->list_head,
&Irp->Tail.Overlay.ListEntry,
&device_extension->list_lock
);
// 设置事件。让线程循环运行。
KeSetEvent(
&device_extension->request_event,
(KPRIORITY) 0,
FALSE
);
return STATUS_PENDING;
到此读写例程完成。至于真正的读写完成在处理线程中，请阅读后面关于处理线程的章节。
* * *
5.分发例程-磁盘固有的设备控制
设备控制（Device Control）是除了读，写之外最重要的操作之一。对磁盘来说，windows通过发送设备控制请求来询问此磁盘的一些信息。收到设备控制请求之后，应该首先得到控制功能号，然后根据不同的控制功能号进行不同的处理.这些功能号有些是windows固有的，有些是由你自己定义的。
NTSTATUS
FileDiskDeviceControl (
IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
IN PIRP Irp
)
{
PDEVICE_EXTENSION device_extension;
PIO_STACK_LOCATION io_stack;
NTSTATUS status;
// 得到设备扩展
device_extension = (PDEVICE_EXTENSION) DeviceObject->DeviceExtension;
// 得到当前设备栈
io_stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp);
// 判断如果是还没有加载物理媒质就返回失败。但是
// IOCTL_FILE_DISK_OPEN_FILE是自定义的功能号，专
// 用来加载物理媒质的，所以排除在外
if (!device_extension->media_in_device &&
io_stack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode !=
IOCTL_FILE_DISK_OPEN_FILE)
{
Irp->IoStatus.Status = STATUS_NO_MEDIA_IN_DEVICE;
Irp->IoStatus.Information = 0;
IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);
return STATUS_NO_MEDIA_IN_DEVICE;
}
// 根据不同的功能号处理...
switch (io_stack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode)
{
...
}
...
}
