实战DeviceIoControl 之四：获取硬盘的详细信息

Q 用IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY或IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX只能得到很少的磁盘参数，我想获得包括硬盘序列号在内的更加详细的信息，有什么办法呀？

A 确实，用你所说的I/O控制码，只能得到最基本的磁盘参数。获取磁盘出厂信息的I/O控制码，微软在VC/MFC环境中没有开放，在DDK中可以发现一些线索。早先，Lynn McGuire写了一个很出名的获取IDE硬盘详细信息的程序DiskID32，下面的例子是在其基础上经过增删和改进而成的。

本例中，我们要用到ATA/APAPI的IDENTIFY DEVICE指令。ATA/APAPI是国际组织T13起草和发布的IDE/EIDE/UDMA硬盘及其它可移动存储设备与主机接口的标准，至今已经到了ATA/APAPI-7版本。该接口标准规定了ATA/ATAPI设备的输入输出寄存器和指令集。欲了解更详细的ATA/ATAPI技术资料，可访问T13的站点。

用到的常量及数据结构有以下一些：

// IOCTL控制码
// #define  DFP_SEND_DRIVE_COMMAND   0x0007c084
#define  DFP_SEND_DRIVE_COMMAND   CTL_CODE(IOCTL_DISK_BASE, 0x0021, METHOD_BUFFERED, FILE_READ_ACCESS | FILE_WRITE_ACCESS)
// #define  DFP_RECEIVE_DRIVE_DATA   0x0007c088
#define  DFP_RECEIVE_DRIVE_DATA   CTL_CODE(IOCTL_DISK_BASE, 0x0022, METHOD_BUFFERED, FILE_READ_ACCESS | FILE_WRITE_ACCESS)
#define  FILE_DEVICE_SCSI           0x0000001B
#define  IOCTL_SCSI_MINIPORT_IDENTIFY      ((FILE_DEVICE_SCSI << 16) + 0x0501)
#define  IOCTL_SCSI_MINIPORT        0x0004D008          //  see NTDDSCSI.H for definition
 
// ATA/ATAPI指令
#define  IDE_ATA_IDENTIFY           0xEC     // ATA的ID指令(IDENTIFY DEVICE)
 
// IDE命令寄存器
typedef struct _IDEREGS
{
    BYTE bFeaturesReg;       // 特征寄存器(用于SMART命令)
    BYTE bSectorCountReg;    // 扇区数目寄存器
    BYTE bSectorNumberReg;   // 开始扇区寄存器
    BYTE bCylLowReg;         // 开始柱面低字节寄存器
    BYTE bCylHighReg;        // 开始柱面高字节寄存器
    BYTE bDriveHeadReg;      // 驱动器/磁头寄存器
    BYTE bCommandReg;        // 指令寄存器
    BYTE bReserved;          // 保留
} IDEREGS, *PIDEREGS, *LPIDEREGS;
 
// 从驱动程序返回的状态
typedef struct _DRIVERSTATUS
{
    BYTE bDriverError;      // 错误码
    BYTE bIDEStatus;        // IDE状态寄存器
    BYTE bReserved[2];      // 保留
    DWORD dwReserved[2];    // 保留
} DRIVERSTATUS, *PDRIVERSTATUS, *LPDRIVERSTATUS;
 
// IDE设备IOCTL输入数据结构
typedef struct _SENDCMDINPARAMS
{
    DWORD cBufferSize;      // 缓冲区字节数
    IDEREGS irDriveRegs;    // IDE寄存器组
    BYTE bDriveNumber;      // 驱动器号
    BYTE bReserved[3];      // 保留
    DWORD dwReserved[4];    // 保留
    BYTE bBuffer[1];        // 输入缓冲区(此处象征性地包含1字节)
} SENDCMDINPARAMS, *PSENDCMDINPARAMS, *LPSENDCMDINPARAMS;
 
// IDE设备IOCTL输出数据结构
typedef struct _SENDCMDOUTPARAMS
{
    DWORD cBufferSize;          // 缓冲区字节数
    DRIVERSTATUS DriverStatus;  // 驱动程序返回状态
    BYTE bBuffer[1];            // 输入缓冲区(此处象征性地包含1字节)
} SENDCMDOUTPARAMS, *PSENDCMDOUTPARAMS, *LPSENDCMDOUTPARAMS;
 
// IDE的ID命令返回的数据
// 共512字节(256个WORD)，这里仅定义了一些感兴趣的项(基本上依据ATA/ATAPI-4)
typedef struct _IDINFO
{
    USHORT  wGenConfig;                 // WORD 0: 基本信息字
    USHORT  wNumCyls;                   // WORD 1: 柱面数
    USHORT  wReserved2;                 // WORD 2: 保留
    USHORT  wNumHeads;                  // WORD 3: 磁头数
    USHORT  wReserved4;                 // WORD 4: 保留
    USHORT  wReserved5;                 // WORD 5: 保留
    USHORT  wNumSectorsPerTrack;        // WORD 6: 每磁道扇区数
    USHORT  wVendorUnique[3];           // WORD 7-9: 厂家设定值
    CHAR    sSerialNumber[20];          // WORD 10-19:序列号
    USHORT  wBufferType;                // WORD 20: 缓冲类型
    USHORT  wBufferSize;                // WORD 21: 缓冲大小
    USHORT  wECCSize;                   // WORD 22: ECC校验大小
    CHAR    sFirmwareRev[8];            // WORD 23-26: 固件版本
    CHAR    sModelNumber[40];           // WORD 27-46: 内部型号
    USHORT  wMoreVendorUnique;          // WORD 47: 厂家设定值
    USHORT  wReserved48;                // WORD 48: 保留
    struct {
        USHORT  reserved1:8;
        USHORT  DMA:1;                  // 1=支持DMA
        USHORT  LBA:1;                  // 1=支持LBA
        USHORT  DisIORDY:1;             // 1=可不使用IORDY
        USHORT  IORDY:1;                // 1=支持IORDY
        USHORT  SoftReset:1;            // 1=需要ATA软启动
        USHORT  Overlap:1;              // 1=支持重叠操作
        USHORT  Queue:1;                // 1=支持命令队列
        USHORT  InlDMA:1;               // 1=支持交叉存取DMA
    } wCapabilities;                    // WORD 49: 一般能力
    USHORT  wReserved1;                 // WORD 50: 保留
    USHORT  wPIOTiming;                 // WORD 51: PIO时序
    USHORT  wDMATiming;                 // WORD 52: DMA时序
    struct {
        USHORT  CHSNumber:1;            // 1=WORD 54-58有效
        USHORT  CycleNumber:1;          // 1=WORD 64-70有效
        USHORT  UnltraDMA:1;            // 1=WORD 88有效
        USHORT  reserved:13;
    } wFieldValidity;                   // WORD 53: 后续字段有效性标志
    USHORT  wNumCurCyls;                // WORD 54: CHS可寻址的柱面数
    USHORT  wNumCurHeads;               // WORD 55: CHS可寻址的磁头数
    USHORT  wNumCurSectorsPerTrack;     // WORD 56: CHS可寻址每磁道扇区数
    USHORT  wCurSectorsLow;             // WORD 57: CHS可寻址的扇区数低位字
    USHORT  wCurSectorsHigh;            // WORD 58: CHS可寻址的扇区数高位字
    struct {
        USHORT  CurNumber:8;            // 当前一次性可读写扇区数
        USHORT  Multi:1;                // 1=已选择多扇区读写
        USHORT  reserved1:7;
    } wMultSectorStuff;                 // WORD 59: 多扇区读写设定
    ULONG  dwTotalSectors;              // WORD 60-61: LBA可寻址的扇区数
    USHORT  wSingleWordDMA;             // WORD 62: 单字节DMA支持能力
    struct {
        USHORT  Mode0:1;                // 1=支持模式0 (4.17Mb/s)
        USHORT  Mode1:1;                // 1=支持模式1 (13.3Mb/s)
        USHORT  Mode2:1;                // 1=支持模式2 (16.7Mb/s)
        USHORT  Reserved1:5;
        USHORT  Mode0Sel:1;             // 1=已选择模式0
        USHORT  Mode1Sel:1;             // 1=已选择模式1
        USHORT  Mode2Sel:1;             // 1=已选择模式2
        USHORT  Reserved2:5;
    } wMultiWordDMA;                    // WORD 63: 多字节DMA支持能力
    struct {
        USHORT  AdvPOIModes:8;          // 支持高级POI模式数
        USHORT  reserved:8;
    } wPIOCapacity;                     // WORD 64: 高级PIO支持能力
    USHORT  wMinMultiWordDMACycle;      // WORD 65: 多字节DMA传输周期的最小值
    USHORT  wRecMultiWordDMACycle;      // WORD 66: 多字节DMA传输周期的建议值
    USHORT  wMinPIONoFlowCycle;         // WORD 67: 无流控制时PIO传输周期的最小值
    USHORT  wMinPOIFlowCycle;           // WORD 68: 有流控制时PIO传输周期的最小值
    USHORT  wReserved69[11];            // WORD 69-79: 保留
    struct {
        USHORT  Reserved1:1;
        USHORT  ATA1:1;                 // 1=支持ATA-1
        USHORT  ATA2:1;                 // 1=支持ATA-2
        USHORT  ATA3:1;                 // 1=支持ATA-3
        USHORT  ATA4:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-4
        USHORT  ATA5:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-5
        USHORT  ATA6:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-6
        USHORT  ATA7:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-7
        USHORT  ATA8:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-8
        USHORT  ATA9:1;                 // 1=支持ATA/ATAPI-9
        USHORT  ATA10:1;                // 1=支持ATA/ATAPI-10
        USHORT  ATA11:1;                // 1=支持ATA/ATAPI-11
        USHORT  ATA12:1;                // 1=支持ATA/ATAPI-12
        USHORT  ATA13:1;                // 1=支持ATA/ATAPI-13
        USHORT  ATA14:1;                // 1=支持ATA/ATAPI-14
        USHORT  Reserved2:1;
    } wMajorVersion;                    // WORD 80: 主版本
    USHORT  wMinorVersion;              // WORD 81: 副版本
    USHORT  wReserved82[6];             // WORD 82-87: 保留
    struct {
        USHORT  Mode0:1;                // 1=支持模式0 (16.7Mb/s)
        USHORT  Mode1:1;                // 1=支持模式1 (25Mb/s)
        USHORT  Mode2:1;                // 1=支持模式2 (33Mb/s)
        USHORT  Mode3:1;                // 1=支持模式3 (44Mb/s)
        USHORT  Mode4:1;                // 1=支持模式4 (66Mb/s)
        USHORT  Mode5:1;                // 1=支持模式5 (100Mb/s)
        USHORT  Mode6:1;                // 1=支持模式6 (133Mb/s)
        USHORT  Mode7:1;                // 1=支持模式7 (166Mb/s) ???
        USHORT  Mode0Sel:1;             // 1=已选择模式0
        USHORT  Mode1Sel:1;             // 1=已选择模式1
        USHORT  Mode2Sel:1;             // 1=已选择模式2
        USHORT  Mode3Sel:1;             // 1=已选择模式3
        USHORT  Mode4Sel:1;             // 1=已选择模式4
        USHORT  Mode5Sel:1;             // 1=已选择模式5
        USHORT  Mode6Sel:1;             // 1=已选择模式6
        USHORT  Mode7Sel:1;             // 1=已选择模式7
    } wUltraDMA;                        // WORD 88:  Ultra DMA支持能力
    USHORT    wReserved89[167];         // WORD 89-255
} IDINFO, *PIDINFO;
 
// SCSI驱动所需的输入输出共用的结构
typedef struct _SRB_IO_CONTROL
{
   ULONG HeaderLength;        // 头长度
   UCHAR Signature[8];        // 特征名称
   ULONG Timeout;             // 超时时间
   ULONG ControlCode;         // 控制码
   ULONG ReturnCode;          // 返回码
   ULONG Length;              // 缓冲区长度
} SRB_IO_CONTROL, *PSRB_IO_CONTROL;
需要引起注意的是IDINFO第57-58 WORD (CHS可寻址的扇区数)，因为不满足32位对齐的要求，不可定义为一个ULONG字段。Lynn McGuire的程序里正是由于定义为一个ULONG字段，导致该结构不可用。

以下是核心代码：

// 打开设备
// filename: 设备的“文件名”(设备路径)
HANDLE OpenDevice(LPCTSTR filename)
{
    HANDLE hDevice;
 
    // 打开设备
    hDevice = ::CreateFile(filename,            // 文件名
        GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,          // 读写方式
        FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE,    // 共享方式
        NULL,                    // 默认的安全描述符
        OPEN_EXISTING,           // 创建方式
        0,                       // 不需设置文件属性
        NULL);                   // 不需参照模板文件
 
    return hDevice;
}
 
// 向驱动发“IDENTIFY DEVICE”命令，获得设备信息
// hDevice: 设备句柄
// pIdInfo:  设备信息结构指针
BOOL IdentifyDevice(HANDLE hDevice, PIDINFO pIdInfo)
{
    PSENDCMDINPARAMS pSCIP;      // 输入数据结构指针
    PSENDCMDOUTPARAMS pSCOP;     // 输出数据结构指针
    DWORD dwOutBytes;            // IOCTL输出数据长度
    BOOL bResult;                // IOCTL返回值
 
    // 申请输入/输出数据结构空间
    pSCIP = (PSENDCMDINPARAMS)::GlobalAlloc(LMEM_ZEROINIT, sizeof(SENDCMDINPARAMS) - 1);
    pSCOP = (PSENDCMDOUTPARAMS)::GlobalAlloc(LMEM_ZEROINIT, sizeof(SENDCMDOUTPARAMS) + sizeof(IDINFO) - 1);
 
    // 指定ATA/ATAPI命令的寄存器值
//    pSCIP->irDriveRegs.bFeaturesReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bSectorCountReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bSectorNumberReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bCylLowReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bCylHighReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bDriveHeadReg = 0;
    pSCIP->irDriveRegs.bCommandReg = IDE_ATA_IDENTIFY;
 
    // 指定输入/输出数据缓冲区大小
    pSCIP->cBufferSize = 0;
    pSCOP->cBufferSize = sizeof(IDINFO);
 
    // IDENTIFY DEVICE
    bResult = ::DeviceIoControl(hDevice,        // 设备句柄
        DFP_RECEIVE_DRIVE_DATA,                 // 指定IOCTL
        pSCIP, sizeof(SENDCMDINPARAMS) - 1,     // 输入数据缓冲区
        pSCOP, sizeof(SENDCMDOUTPARAMS) + sizeof(IDINFO) - 1,    // 输出数据缓冲区
        &dwOutBytes,                // 输出数据长度
        (LPOVERLAPPED)NULL);        // 用同步I/O
 
    // 复制设备参数结构
    ::memcpy(pIdInfo, pSCOP->bBuffer, sizeof(IDINFO));
 
    // 释放输入/输出数据空间
    ::GlobalFree(pSCOP);
    ::GlobalFree(pSCIP);
 
    return bResult;
}
 
// 向SCSI MINI-PORT驱动发“IDENTIFY DEVICE”命令，获得设备信息
// hDevice: 设备句柄
// pIdInfo:  设备信息结构指针
BOOL IdentifyDeviceAsScsi(HANDLE hDevice, int nDrive, PIDINFO pIdInfo)
{
    PSENDCMDINPARAMS pSCIP;     // 输入数据结构指针
    PSENDCMDOUTPARAMS pSCOP;    // 输出数据结构指针
    PSRB_IO_CONTROL pSRBIO;     // SCSI输入输出数据结构指针
    DWORD dwOutBytes;           // IOCTL输出数据长度
    BOOL bResult;               // IOCTL返回值
 
    // 申请输入/输出数据结构空间
    pSRBIO = (PSRB_IO_CONTROL)::GlobalAlloc(LMEM_ZEROINIT,
        sizeof(SRB_IO_CONTROL) + sizeof(SENDCMDOUTPARAMS) + sizeof(IDINFO) - 1);
    pSCIP = (PSENDCMDINPARAMS)((char *)pSRBIO + sizeof(SRB_IO_CONTROL));
    pSCOP = (PSENDCMDOUTPARAMS)((char *)pSRBIO + sizeof(SRB_IO_CONTROL));
 
    // 填充输入/输出数据
    pSRBIO->HeaderLength = sizeof(SRB_IO_CONTROL);
    pSRBIO->Timeout = 10000;
    pSRBIO->Length = sizeof(SENDCMDOUTPARAMS) + sizeof(IDINFO) - 1;
    pSRBIO->ControlCode = IOCTL_SCSI_MINIPORT_IDENTIFY;
    ::strncpy ((char *)pSRBIO->Signature, "SCSIDISK", 8);
 
    // 指定ATA/ATAPI命令的寄存器值
//    pSCIP->irDriveRegs.bFeaturesReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bSectorCountReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bSectorNumberReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bCylLowReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bCylHighReg = 0;
//    pSCIP->irDriveRegs.bDriveHeadReg = 0;
    pSCIP->irDriveRegs.bCommandReg = IDE_ATA_IDENTIFY;
    pSCIP->bDriveNumber = nDrive;
 
    // IDENTIFY DEVICE
    bResult = ::DeviceIoControl(hDevice,    // 设备句柄
        IOCTL_SCSI_MINIPORT,                // 指定IOCTL
        pSRBIO, sizeof(SRB_IO_CONTROL) + sizeof(SENDCMDINPARAMS) - 1,    // 输入数据缓冲区
        pSRBIO, sizeof(SRB_IO_CONTROL) + sizeof(SENDCMDOUTPARAMS) + sizeof(IDINFO) - 1,    // 输出数据缓冲区
        &dwOutBytes,            // 输出数据长度
        (LPOVERLAPPED)NULL);    // 用同步I/O
 
    // 复制设备参数结构
    ::memcpy(pIdInfo, pSCOP->bBuffer, sizeof(IDINFO));
 
    // 释放输入/输出数据空间
    ::GlobalFree(pSRBIO);
 
    return bResult;
}
 
// 将串中的字符两两颠倒
// 原因是ATA/ATAPI中的WORD，与Windows采用的字节顺序相反
// 驱动程序中已经将收到的数据全部反过来，我们来个负负得正
void AdjustString(char* str, int len)
{
    char ch;
    int i;
 
    // 两两颠倒
    for (i = 0; i < len; i += 2)
    {
        ch = str[i];
        str[i] = str[i + 1];
        str[i + 1] = ch;
    }
 
    // 若是右对齐的，调整为左对齐 (去掉左边的空格)
    i = 0;
    while ((i < len) && (str[i] == ' ')) i++;
 
    ::memmove(str, &str[i], len - i);
 
    // 去掉右边的空格
    i = len - 1;
    while ((i >= 0) && (str[i] == ' '))
    {
        str[i] = '\0';
        i--;
    }
}
 
// 读取IDE硬盘的设备信息，必须有足够权限
// nDrive: 驱动器号(0=第一个硬盘，1=0=第二个硬盘，......)
// pIdInfo: 设备信息结构指针
BOOL GetPhysicalDriveInfoInNT(int nDrive, PIDINFO pIdInfo)
{
    HANDLE hDevice;         // 设备句柄
    BOOL bResult;           // 返回结果
    char szFileName[20];    // 文件名
 
    ::sprintf(szFileName,"\\\\.\\PhysicalDrive%d", nDrive);
 
    hDevice = ::OpenDevice(szFileName);
 
    if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
    {
        return FALSE;
    }
 
    // IDENTIFY DEVICE
    bResult = ::IdentifyDevice(hDevice, pIdInfo);
 
    if (bResult)
    {
        // 调整字符串
        ::AdjustString(pIdInfo->sSerialNumber, 20);
        ::AdjustString(pIdInfo->sModelNumber, 40);
        ::AdjustString(pIdInfo->sFirmwareRev, 8);
    }
 
    ::CloseHandle (hDevice);
 
    return bResult;
}
 
// 用SCSI驱动读取IDE硬盘的设备信息，不受权限制约
// nDrive: 驱动器号(0=Primary Master, 1=Promary Slave, 2=Secondary master, 3=Secondary slave)
// pIdInfo: 设备信息结构指针
BOOL GetIdeDriveAsScsiInfoInNT(int nDrive, PIDINFO pIdInfo)
{
    HANDLE hDevice;         // 设备句柄
    BOOL bResult;           // 返回结果
    char szFileName[20];    // 文件名
 
    ::sprintf(szFileName,"\\\\.\\Scsi%d:", nDrive/2);
 
    hDevice = ::OpenDevice(szFileName);
 
    if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
    {
        return FALSE;
    }
 
    // IDENTIFY DEVICE
    bResult = ::IdentifyDeviceAsScsi(hDevice, nDrive%2, pIdInfo);
 
    // 检查是不是空串
    if (pIdInfo->sModelNumber[0] == '\0')
    {
        bResult = FALSE;
    }
 
    if (bResult)
    {
        // 调整字符串
        ::AdjustString(pIdInfo->sSerialNumber, 20);
        ::AdjustString(pIdInfo->sModelNumber, 40);
        ::AdjustString(pIdInfo->sFirmwareRev, 8);
    }
 
    return bResult;
}
Q 我注意到ATA/ATAPI里，以及DiskID32里，有一个“IDENTIFY PACKET DEVICE”指令，与“IDENTIFY DEVICE”有什么区别？

A IDENTIFY DEVICE专门用于固定硬盘，而IDENTIFY PACKET DEVICE用于可移动存储设备如CDROM、CF、MO、ZIP、TAPE等。因为驱动程序的原因，实际上用本例的方法，不管是IDENTIFY DEVICE也好，IDENTIFY PACKET DEVICE也好，获取可移动存储设备的详细信息，一般是做不到的。而且除了IDE硬盘，对SCSI、USB等接口的硬盘也不起作用。除非厂商提供的驱动支持这样的功能。

Q ATA/ATAPI有很多指令，如READ SECTORS, WRITE SECTORS, SECURITY, SLEEP, STANDBY等，利用上述方法，是否可进行相应操作？

A 应该没问题。但切记，要慎重慎重再慎重！

Q 关于权限问题，请解释一下好吗？

A 在NT/2000/XP下，administrator可以管理设备，上述两种访问驱动的方法都行。但在user身份下，或者登录到域后，用户无法访问PhysicalDrive驱动的核心层，但SCSI MINI-PORT驱动却可以。目前是可以，不知道Windows以后的版本是否支持。因为这肯定是一个安全隐患。

另外，我们着重讨论NT/2000/XP中DeviceIoControl的应用，如果需要在98/ME中得到包括硬盘序列号在内的更加详细的信息，请参考DiskID32。

[相关资源]
本文Demo源码：IdeDiskInfo.zip (25KB)
Lynn McGuire的 DiskID32.zip (30KB)
T13官方网站：http://www.t13.org
bhw98的专栏：http://www.csdn.net/develop/author/netauthor/bhw98/