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1、windowswindows 驱动程序框架驱动程序框架windows 驱动程序框架 2007-06-14 18:50:49| 分类： 好的技术 | 标签：我的技术 |字号大中小 订阅 .windows 驱动程序框架 2006-11-23 17:15:00 | By: 赛伯 一、驱动程序框架介绍很多人都用过 VC+等图形集成开发环境(IDE)开发过 Windows应用程序，当用集成开发环境生成一个工程时，会自动生成一个预先定义好的命令行，这个命令行包含了编译器（compiler）和连接器（linker）某些缺省的配置。很多习惯于图形集成开发环境的人可能对此并不了解。你可能用 IDE 生成过 GU
2、I 应用程序，也可能生成过 console 应用程序，这是两种不同的子系统（subsystem）应用程序，如果你注意观察，可能会发现，console 应用程序中是以main 函数为入口函数，而 GUI 应用程序是以 WinMain 函数为入口函数。在工程设置上，console 应用程序的设置是/SUBSYSTEM:CONSOLE，而 GUI 应用程序的设置是/SUBSYSTEM:WINDOWS。而驱动程序的设置是/SUBSYSTEM:NATIVE。虽然在工程设置里，你可以通过选项“-entry:DriverEntry”来设定驱动程序的入口函数名字，但驱动程序的入口函数一般都命名为 Driver
3、Entry，DriverEntry 已经成为官方缺省的驱动函数入口名称。连接器（linker）根据 windows 可执行文件 PE 头的设置，生成最后的二进制文件，PE 文件头的设置还决定了这个可执行文件如何被加载的，例如是作为一个可执行文件被加载，还是作为一个动态链接库被加载，还是作为一个驱动程序被加载。加载器（loader）会根据这些设置来验证是否支持所设定的加载模式。我们只需设置好加载模式，加载器就会根据这个设置来加载我们的程序。一般的驱动程序设置如下：/SUBSYSTEM:NATIVE /DRIVER:WDM -entry:DriverEntry在开始写 DriverEntry 之前
4、，我们先说一下驱动程序的一些特殊之处。我知道，很多人都想能够尽快写一个驱动程序，想看看到底驱动程序是如何工作的。这在写 windows 应用程序时，经常是这样的，拿一个例子来，改动一下，编译通过后，运行测试。如果运行不正确，应用程序崩溃了，或者消失了，这对系统不会造成多大影响，但是在编写驱动程序时，出现错误会导致蓝屏，当面对蓝屏时，往往会不知所措，如果驱动程序是在系统启动时加载的，情况会更糟糕。这时只有重新启动系统，进入到安全模式，恢复到先前的硬件配置。首先应该知道的是，驱动程序是加载到系统内核中的，如果驱动程序编写不当，会影响到系统的完整性，驱动程序中的 BUG 可能会导致整个系统的崩溃。W
5、indows 采用虚拟内存机制，系统会将内存中某些页面交换到外部磁盘上来，这对应用程序是透明的，影响不大，但是有时候驱动程序要求访问的内存是不能被交换到外部磁盘的，必须在内存中，否则可能会引起系统蓝屏。驱动程序中使用内存必须小心，在某些情况下，如果一个驱动占用了可交换的内存页面，系统会尽可能的将这些页面保持在内存中。如果关闭了应用程序，驱动仍旧占用内存，这 bug 是很难发现的，除非进行驱动验证（driver verify） 。 （需深入理解）关于 IRQL 和 IRP，微软的 MSDN 有很长的篇幅来描述，这里只是尽可能用比较简单的描述来解释它。IRQL（Inerrupt Request L
6、evel） ，中断请求级别，任何一个进程都是在线程中执行的，而任何一个线程都运行于一定的 IRQL，进程的 IRQL 决定了线程允许如何被中断。同一个处理器上线程只能被具有更高 IRQL 级别的线程所中断，低优先级或同等优先级的中断会被屏蔽，只有高级别的 IRQL 才会中断。在多处理器系统中，每个处理器都有自己独立的 IRQL。系统共有四种级别的 IRQL，分别是“Passive” “APC”“Dispatch” “DIRL” 。IRQL 级别越高，可调用的 API 函数就越少。MSDN 的内核函数 API 文档中都会注明在哪个中断请求级别上调用。例如 DriverEntry 函数就是运行在
7、PASSIVE_LEVEL。PASSIVE_LEVEL 是最低级的 IRQL，不会屏蔽任何中断。用户态应用程序的线程就运行在这个级别上，可以使用可交换的内存。APC_LEVEL，异步调用就运行在这个级别，这时会屏蔽 APC 级别的中断。在这个级别仍可访问可交换内存。当一个 APC 中断发生时，处理器提升到 APC 级别，这时，就禁止了其他的 APC 中断。驱动程序自己提升到 APC 级别，以便处理同步操作。DISPATCH_LEVEL，运行于这个级别的处理器会屏蔽除 DPC 以外的中断，不能访问可交换内存，所以这个级别能调用的 API 函数大大减少。DIRQ，设备级中断，这是硬件设备的中断，一
8、般高层的驱动程序不需要处理这个中断，只有底层的驱动程序才处理这个中断。刚开始学习编写驱动程序，可以先集中精力学习驱动程序的框架，但是，对中断级别要有一定的理解。IRP（I/O Request Packet） ，中断请求包，它会沿着驱动程序栈在驱动程序间传递。IRP 包是由 I/O 管理器或者是另一个驱动程序产生，并传递到你的驱动程序中来，驱动程序利用 IRP 包来传递信息并完成请求任务。IRP 包中包含所请求的操作信息。IRP 包在 MSDN 中的解释很详细，大约有二十多页。IRP 包包含一个“子请求”的列表，也称为 IRP 栈。为了形象的解释 IRP 栈是如何工作的，我们做一个比喻。假设你有
9、三个人，一个是木匠，一个是管钳工，一个是焊工，他们三个共同建筑一个房子，他们有自己的工具箱，每个人都要完成自己的工作。而 IRP 包就是发起建造房子的总命令。一旦建造房子的 IRP 总命令下达以后，每个人开始自己的工作，每个人都完成自己的工作以后，建造房子的总命令也就完成了。现在我们开始讨论 DriverEntry 例程，声明如下：NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT pDriverObject, PUNICODE_STRING pRegistryPath);参数 DRIVER_OBJECT 是一个数据结构，表示这个驱动。RegistryPath 是一个字符串
10、，在注册表中描述这个驱动的一些信息，驱动程序也可以在注册表的这个位置添加一些特殊的信息。在这个例程中，一般要用到一个有用的数据结构，那就是DEVICE_OBJECT，它表示一个特定的设备，一个驱动程序有可能操纵多个设备，可以用这个数据结构来区分不同的设备。下面我们来编写 DriverEntry 例程，第一件事情就是创建一个设备，也许你会感到困惑，没有实际的物理设备，我们如何创建设备，虽然驱动程序往往是和具体的硬件联系在一起，但是驱动程序也可以不和特定的硬件设备相绑定。驱动程序也有很多类型，驱动程序也分不同的层次，并不是所有的驱动程序都和硬件打交道。最高层的驱动程序一般要和用户层的应用程序相交互
11、，最底层的驱动程序一般和具体硬件或者其他驱动打交道。系统中有网卡驱动，显卡驱动，文件驱动等等，每种驱动都有自己的驱动栈。驱动栈或者把一个 IRP 请求分成几个请求传给其他驱动栈，或者只是简单的把这个请求转发给底层的驱动。我们以磁盘操作为例，根用户态应用程序交互的驱动程序并不直接和底层的硬件打交道，高层的驱动只是管理文件系统本身，当要进行读写时，它会和位于它下面的中间层驱动交互，中间层驱动和底层的驱动交互，底层的驱动才进行实际的物理操作。下面分析一下 DriverEntry 的前一部分NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT pDriverObject, PUNIC
12、ODE_STRING pRegistryPath)NTSTATUS NtStatus = STATUS_SUCCESS;UINT uiIndex = 0;PDEVICE_OBJECT pDeviceObject = NULL;UNICODE_STRING usDriverName, usDosDeviceName;DbgPrint(“DriverEntry Called rn“);RtlInitUnicodeString(RtlInitUnicodeString(NtStatus = IoCreateDevice(pDriverObject, 0,第一个函数时 DbgPrint 函数，这相当于
13、应用层的 printf 函数，它会将调试信息发送给调试器，你可以用软件“DBGVIEW”来查看打印信息，这个软件可以在 下载。第二个函数是 RtlInitUnicodString，这个函数初始化一个UNICODE_STRING 数据结构，这个数据结构包含三个域，第一个域是这个 UNICODE 字符串的长度，第二个域是 UNICODE 字符串最大长度，第三个域是一个指向这个字符串的指针。在驱动程序中很多地方都会使用这个 UNICODE 字符串结构，记住，这个字符串结构不是以NULL 结尾的，因为它有字符长度这个信息，所以无需以 NULL 结尾。新手有时会以为这种字符串是以 NULL 结尾的，结
14、果往往会造成蓝屏。设备有自己的名字，设备的命名往往如下所示：Device，这个名字是调用 IoCreateDevice 时的参数。IoCreateDevice 函数的第一个参数一个指向设备的指针，第二个参数是我们设置为 0，这个参数的意思是指设备扩展数据结构的大小，可以通过这个数据结构传递驱动的所需的信息，这个参数比较重要，在这个例子中我们没有用到，所以暂时设置为 0。现在我们已经成功的创建了DeviceExample 设备驱动，现在需要设置相应 IRP 包的函数指针。for(uiIndex = 0; uiIndex MajoruiIndex = Example_UnSupported;pDr
15、iverObject-MajorIRP_MJ_CLOSE = Example_Close;pDriverObject-MajorIRP_MJ_CREATE = Example_Create;pDriverObject-MajorIRP_MJ_DEVICE_CONTROL = Example_IoControl;pDriverObject-MajorIRP_MJ_READ = Example_Read;pDriverObject-MajorIRP_MJ_WRITE = USE_WRITE_;我们设置好 Create,Close,IoControl,Read,Write 等函数指针，当应用层程序调
16、用一定的 API 函数时，驱动程序就会调用这些设置好的函数。IRP 包和 API 函数的对应关系如下，CreateFile - IRP_MJ_CREATECloseHandle - IRP_MJ_CLEANUP 如果想动态的卸载驱动，必须设置这个函数指针，如果不指定这个函数指针那么你的驱动一旦被装载，系统就不会卸载掉它。下面的代码使用的是 DEVICE_OBJECT，不是 DRIVER_OBJECT，这两个数据结构可能有些相似，容易引起混扰，但是它们代表不同的对象。pDeviceObject-Flags |= IO_TYPE;pDeviceObject-Flags 这里设置设备标志，IO_TYPE 这个标志在后面详细描述。DO_DEVICE_INITIALIZING 告诉 I/O 管理器，设备正在初始化，不要发送 I/O 请求包给这个驱动。在 DriverEntry 函数中，这个设置并不需要，因为 I/O 管理器会自动设置这个标志，并且退出DriverEntry 时，I/O
