应用程序与驱动程序通信 DeviceIoControl
之前写过一篇关于通过DeviceIoControl函数来使应用程序与驱动程序通信的博客，这次再通过这个完整的代码来简要疏通总结一下。
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
#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 );
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
#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;
}
