第二章 开始内核开发

第二章 开始内核开发

　　在本章处理了内核驱动开发的一些启动和运行的基础需求。在该章中，有将安装必要的工具和写一个能够加载和卸载的基础驱动。

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在该章中：

• 安装必要的工具
• 创建一个驱动项目
• 驱动入口与卸载例程
• 部署驱动
• 简单的追踪

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安装工具

　　在早些年（2012年之前），开发和构建驱动的过程包括使用来自设备驱动程序工具包(DDK)的专用构建工具，开发者并没有有一个集成开发环境的经验像开发用户程序那样。这儿有一些周转办法，但是他们是不完美的也没有官方支持。幸运的是，自从Visual Studio 2012 和 Windows Driver Kit 8 之后，微软开始官方地使用Visual Studio构建驱动，不用再需要使用一个分离的编译器和构建工具。

　　为了能够开发驱动，下列工具必须要安装：

• 最新版本的Visual Studio 2017 or 2019，确保在安装过程中选择了C++开发工具。在写这个的时候，Visual Studio 2019已经发布了，可以被用于驱动开发。注意包括免费的社区版本，任何SKU都可以做。
• Windows 10 SDK(最好是最新的)，确保在安装期间，选择Windows调试工具。
•  Windows 10 Driver Kit(WDK)。应该是最新的，但是要确保你也安装了Visual Studio的工程木仔在最后的标准安装中。
• Sysinternals 工具，它们是非常重要的，可以免费下载从 http://www.sysinternals.com，点击网页左边的 Sysinternals Suite，下载Sysinternals Suite Zip，解压全部的文件夹，这些工具就准备好运行了。

　　【快速确保WDK模板被安装正确的方式是打开Visual Studio ，选择New Project，找到驱动项目，比如"Empty WDM Driver"】

 

开发驱动程序

　　当上述安装就绪之后，一个驱动项目就可以被创建了。在这一节，你讲选择一个“WDM Empty Driver”模板。图2-1展示了在Visual Studio 2017这个类型驱动的新项目对话框的样子。图2-2展示了在Visual Studio 2019最初是的引导。在两幅图中，这项目都被命名“Sample”。

 

　　一旦这项目被创建，这解决方案窗口展示了一个单独的名为Sample.inf文件。在这个例子中，你不需要这个文件，因此你可以删除它。

　　现在是时候增加源文件了，在解决方案窗口中右键Source Files，在菜单中选择 Add / New Item..选择一个C++源文件并且命名它为Sample.cpp，点击来创建它。

 

驱动入口与卸载例程

　　每一个驱动有一个名为DriverEntry的默认入口。这可以被认为驱动的main - 相当于一个用户模式程序的类main。这个函数被一个系统线程在IRPL PASSIVE_LEVEL(0)级调用（IRQLs将在第八章详细讨论）。

　　DriverEntry有一个前缀声明，如下：　

　　

 　　_In_注释是源(代码)注释语言(SAL)的一部分。这些注释对编译器来说死不可见的，但是为人和静态分析工具提供有用的元数据。我们尽可能地使用它来提高代码的清晰度。

　　一个最小的DriverEntry例程仅仅返回一个成功状态，其如下：

　　

　　这代码还没有编译，首先，你应该包含一个头文件，它包含着DirverEntry中出现的类型定义，可以使用：

　　

 　　现在代码有更好的编译机会了，但是仍然会失败。原因是因为编译器默认地把警告作为错误。这函数没有使用它所使用的参数。移除这个“把错误作为警告”是不推荐的，因为有些警告错误可能混淆在里面。这些警告可以通过完全移除参数名称来解决（或者注释掉它们），这是对于C++文件中是很好的。另外一个，比较经典的解决方案是使用UNREFERENCED_PARAMETER宏：

　　

 　　事实证明，这个宏实际上只通过将它的值写成原样来引用给定的参数，这会关闭编译器，使参数“被引用”。

　　现在可以很好的编译建立这个工程了，但是会引发一个链接错误。这DirverEntry函数必须使用C-linkage，而不是由C++编译的默认值。这儿有一个成功编译DirverEntry函数的最终版本：

　　

　　在某些情况下，驱动可能被卸载，这时在DriverEntry函数所做的事情必须被撤销。如果失败的话会造成一次泄漏，内核将在下次重启前无法清除。在被卸载之前，驱动有一个在内存的卸载例程自动被调用。它的指针一定要使用驱动对象成员DriverUnload来设置：

　　

　　这个卸载例程接受驱动对象（与DriverEntry传递的是一致的），并且返回Void。在我们例子中,就资源分配而言并没有做什么事情在DirverEntry，因此卸载例程中什么页不需要做，因此我们现在这里直接让它为空：

　　

下面指出这个完整的驱动源文件：

　　

 

 部署驱动

　　现在我们成功地编译了 sample.sys 驱动文件，让我们在系统中安装并加载它。一般来说，你将在虚拟机中安装和加载一个驱动，避免了造成虚拟机崩溃的风险。您可以自由地这样做，或者冒一下这个最低限度驱动程序的风险。

　　安装一个驱动软件，就想安装一个用户模式的服务一样，需要正确地调用CreateService Api或者使用现有的工具。一个用于这个的比较知名的工具是Sc.exe，一个控制服务的Windows内置工具。我们将使用这个工具来安装和加载驱动。注意这个驱动的安装和加载是一个高权限操作，一般必须要用管理员权限。

　　打开一个高权限的命令行窗口并且输入下面的内容（最后一部分应该是你SYS文件所存储的路径）：

　　

 　　注意这里没没有空白在type和=之间，在=与kernel之间存在空白；第二个参数是相同的。

　　如果一切进行顺利，其会输出成功。你可以打开注册表编辑器(regedit.exe)来测试安装是否成功，然后在HKLM\System\CurrentControlSet\Servuces\Sample中搜索驱动。图2-3展示了命令输入之后展示了一个注册表的快照。

　　为了加载驱动，我们可以再次使用Sc.exe工具，这次我们使用start选项，这调用StartService Api来加载驱动（与加载驱动相同的API）。然而，在64位操作系统中必须使用签名，因此一般情况下下面的命令行会失败：

　　因为在开发期间为驱动签名是非常不方便的（可能你没有一个正确的证书），一个好的选择是将系统进入测试前面模式中。在这种模式下，未前面的驱动也可以被正常运行。

　　使用一个高权限的命令行窗口，驱动测试可以像下面这样开启：

　

　　不幸的是，这个命令需要重启来会生效，一旦重启，这个之前的启动命令应该会成功。

　　【如果你没有在Windows10在安全模式下，改变测试签名模式将会失败。这个设置被安全启动所保护(也被本地内核调试器所保护)。由于IT政策和其他原因，如果你不能通过BIOS设置来进入安全启动，你最好在虚拟机中测试一下。】

　　如果你想在Windows10的几期上测试，这儿有另外一个你需要指定的设置。在这里，你必须在项目属性对话框中设置正确的目标OS版本，如图2-4所展示的。注意我已经选择全配置和全平台，因此当其切换配置(Debug/Release)或者平台(x86/x64/ARM/ARM64)，这设置会被保存。

　　

　　一旦测试签名模式开启，这个驱动被加载，你可以看到如下输出：

　　

　　这意味着一切良好，这驱动被加载。为了确认，我们可以打开Process Explorer找到Sample.Sys驱动映射文件。图2-5展示了这个sample驱动映像加载进系统空间的有关细节。

　　

　　我们可以使用下列的命令来卸载驱动：

　　

　　在幕后，Sc.exe调用SERVICE_CONTROL_STOP值的ControlService Api 来卸载驱动，这会操作卸载例程被调用，在这次中它并没有做什么事情。你可以通过再次查看Process Explorer来确认这驱动的确被卸载；这个驱动映像应该不在这儿。

 

简单的追踪

　　我们如何确保其真正执行了DriverEntry和Unload例程？让我们为这些函数添加一些线索。驱动可以使用KdPrint宏来输出printf-style文本，其可以使用内核调试器和其他内核工具查看。KdPrint是DbgPrint内核Api的宏，其只有在Debug模式构建下才会被编译。

　　这面代码是使用了KdPirnt来追踪代码执行的最新版本：

　　

　　注意当使用KdPrint时要使用双括号，这是必需的，因为KdPrint是一个宏，但是显然可以接受任意数量的参数，比如printf。由于宏不能接收可变数量的参数，所以使用编译器技巧来调用实际的DbgPrint函数。

　　当这些都完成之后，我们将再一次加载驱动然后查看信息，我们使用在第四章中的一个内核调试器，但是现在我们使用一个在Systenternals中有用的工具 - DebugView. 在运行DebugView之前，你需要做一些准备。首先，开启Windows Vista，DbgPrint输出无法除非在注册表中有一个值，你必须在 HKML\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager(这个键一般不存在)下添加一个名为 Debug Print Filter的键。在这个新键中，添加一个名为DEFAULT的双字的值（并不是存在于任何键的默认值），设置它的值为8（从技术上来说，这个值的第3位将被设置），图2-6显示了在RegEdit中的设置。不幸的是，你必须重启来让这个设置生效。

　　　

　　一旦这个设置被应用，以管理员程序运行DebugView(DebugView.exe)。在Options菜单中，确保Capture Kernel 被选择（或按Ctrl+K键）。你可以安全的取消选择Capture Win32 和 Capture Global Win32 为了各个进程中的输出的信息不会扰乱显示。

　　构建驱动（如果你还没有的话），现在你使用高权限的命令行窗口再一次加载驱动(sc start sample)。你应该在DebugView中看到如图2-7的输出信息。如果你卸载驱动，你应该按到另一条显示的信息，因为卸载例程被调用。（第三行来自另一个驱动，我们的sample驱动什么也没做）。