IRP 乱杂谈

IRP 乱杂谈

作者: JIURL

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IRP 是 I/O request packet 的缩写，即 I/O 请求包。驱动与驱动之间通过 IRP 进行通信。而使用驱动的应用层调用的 CreatFile,ReadFile,WriteFile,DeviceIoControl 等函数，说到底也是使用 IRP 和驱动进行通信。 一个 IRP 由两部分组成。首先是头部或者叫包的固定部分，是一个 IRP 结构。紧跟在这个头部之后的是 I/O stack locations ，这是一个 IO_STACK_LOCATION 结构的数组，这个数组中元素的个数是根据情况而定的，由 IoAllocateIrp( IN CCHAR StackSize , IN BOOLEAN ChargeQuota ) 时的参数 StackSize 决定。而 StackSize 通常由 IRP 发往的目标 DEVICE_OBJECT 的 +30 char StackSize 决定。而这个 StackSize 是由设备对象连入所在的设备栈时，根据在设备栈中位置决定的。我们先看看 IRP 结构和 IO_STACK_LOCATION 结构的定义。 IRP 结构定义如下 struct _IRP (sizeof=112) +00 int16 Type +02 uint16 Size +04 struct _MDL *MdlAddress +08 uint32 Flags +0c union __unnamed14 AssociatedIrp +0c struct _IRP *MasterIrp +0c int32 IrpCount +0c void *SystemBuffer +10 struct _LIST_ENTRY ThreadListEntry +10 struct _LIST_ENTRY *Flink +14 struct _LIST_ENTRY *Blink +18 struct _IO_STATUS_BLOCK IoStatus +18 int32 Status +18 void *Pointer +1c uint32 Information +20 char RequestorMode +21 byte PendingReturned +22 char StackCount +23 char CurrentLocation +24 byte Cancel +25 byte CancelIrql +26 char ApcEnvironment +27 byte AllocationFlags +28 struct _IO_STATUS_BLOCK *UserIosb +2c struct _KEVENT *UserEvent +30 union __unnamed15 Overlay +30 struct __unnamed16 AsynchronousParameters +30 function *UserApcRoutine +34 void *UserApcContext +30 union _LARGE_INTEGER AllocationSize +30 uint32 LowPart +34 int32 HighPart +30 struct __unnamed3 u +30 uint32 LowPart +34 int32 HighPart +30 int64 QuadPart +38 function *CancelRoutine +3c void *UserBuffer +40 union __unnamed17 Tail +40 struct __unnamed18 Overlay +40 struct _KDEVICE_QUEUE_ENTRY DeviceQueueEntry +40 struct _LIST_ENTRY DeviceListEntry +40 struct _LIST_ENTRY *Flink +44 struct _LIST_ENTRY *Blink +48 uint32 SortKey +4c byte Inserted +40 void *DriverContext[4] +50 struct _ETHREAD *Thread +54 char *AuxiliaryBuffer +58 struct _LIST_ENTRY ListEntry +58 struct _LIST_ENTRY *Flink +5c struct _LIST_ENTRY *Blink +60 struct _IO_STACK_LOCATION *CurrentStackLocation +60 uint32 PacketType +64 struct _FILE_OBJECT *OriginalFileObject +40 struct _KAPC Apc +40 int16 Type +42 int16 Size +44 uint32 Spare0 +48 struct _KTHREAD *Thread +4c struct _LIST_ENTRY ApcListEntry +4c struct _LIST_ENTRY *Flink +50 struct _LIST_ENTRY *Blink +54 function *KernelRoutine +58 function *RundownRoutine +5c function *NormalRoutine +60 void *NormalContext +64 void *SystemArgument1 +68 void *SystemArgument2 +6c char ApcStateIndex +6d char ApcMode +6e byte Inserted +40 void *CompletionKey IO_STACK_LOCATION 结构定义如下 struct _IO_STACK_LOCATION (sizeof=36) +00 byte MajorFunction +01 byte MinorFunction +02 byte Flags +03 byte Control +04 union __unnamed19 Parameters +04 struct __unnamed20 Create +04 struct _IO_SECURITY_CONTEXT *SecurityContext +08 uint32 Options +0c uint16 FileAttributes +0e uint16 ShareAccess +10 uint32 EaLength +04 struct __unnamed21 CreatePipe +04 struct _IO_SECURITY_CONTEXT *SecurityContext +08 uint32 Options +0c uint16 Reserved +0e uint16 ShareAccess +10 struct _NAMED_PIPE_CREATE_PARAMETERS *Parameters +04 struct __unnamed22 CreateMailslot +04 struct _IO_SECURITY_CONTEXT *SecurityContext +08 uint32 Options +0c uint16 Reserved +0e uint16 ShareAccess +10 struct _MAILSLOT_CREATE_PARAMETERS *Parameters +04 struct __unnamed23 Read +04 uint32 Length +08 uint32 Key +0c union _LARGE_INTEGER ByteOffset +0c uint32 LowPart +10 int32 HighPart +0c struct __unnamed3 u +0c uint32 LowPart +10 int32 HighPart +0c int64 QuadPart +04 struct __unnamed23 Write +04 uint32 Length +08 uint32 Key +0c union _LARGE_INTEGER ByteOffset +0c uint32 LowPart +10 int32 HighPart +0c struct __unnamed3 u +0c uint32 LowPart +10 int32 HighPart +0c int64 QuadPart +04 struct __unnamed24 QueryDirectory +04 uint32 Length +08 struct _STRING *FileName +0c int32 FileInformationClass +10 uint32 FileIndex +04 struct __unnamed25 NotifyDirectory +04 uint32 Length +08 uint32 CompletionFilter +04 struct __unnamed26 QueryFile +04 uint32 Length +08 int32 FileInformationClass +04 struct __unnamed27 SetFile +04 uint32 Length +08 int32 FileInformationClass +0c struct _FILE_OBJECT *FileObject +10 byte ReplaceIfExists +11 byte AdvanceOnly +10 uint32 ClusterCount +10 void *DeleteHandle +04 struct __unnamed28 QueryEa +04 uint32 Length +08 void *EaList +0c uint32 EaListLength +10 uint32 EaIndex +04 struct __unnamed29 SetEa +04 uint32 Length +04 struct __unnamed30 QueryVolume +04 uint32 Length +08 int32 FsInformationClass +04 struct __unnamed30 SetVolume +04 uint32 Length +08 int32 FsInformationClass +04 struct __unnamed31 FileSystemControl +04 uint32 OutputBufferLength +08 uint32 InputBufferLength +0c uint32 FsControlCode +10 void *Type3InputBuffer +04 struct __unnamed32 LockControl +04 union _LARGE_INTEGER *Length +08 uint32 Key +0c union _LARGE_INTEGER ByteOffset +0c uint32 LowPart +10 int32 HighPart +0c struct __unnamed3 u +0c uint32 LowPart +10 int32 HighPart +0c int64 QuadPart +04 struct __unnamed33 DeviceIoControl +04 uint32 OutputBufferLength +08 uint32 InputBufferLength +0c uint32 IoControlCode +10 void *Type3InputBuffer +04 struct __unnamed34 QuerySecurity +04 uint32 SecurityInformation +08 uint32 Length +04 struct __unnamed35 SetSecurity +04 uint32 SecurityInformation +08 void *SecurityDescriptor +04 struct __unnamed36 MountVolume +04 struct _VPB *Vpb +08 struct _DEVICE_OBJECT *DeviceObject +04 struct __unnamed36 VerifyVolume +04 struct _VPB *Vpb +08 struct _DEVICE_OBJECT *DeviceObject +04 struct __unnamed37 Scsi +04 *Srb +04 struct __unnamed38 QueryQuota +04 uint32 Length +08 void *StartSid +0c struct _FILE_GET_QUOTA_INFORMATION *SidList +10 uint32 SidListLength +04 struct __unnamed29 SetQuota +04 uint32 Length +04 struct __unnamed39 QueryDeviceRelations +04 int32 Type +04 struct __unnamed40 QueryInterface +04 struct _GUID *InterfaceType +08 uint16 Size +0a uint16 Version +0c struct _INTERFACE *Interface +10 void *InterfaceSpecificData +04 struct __unnamed41 DeviceCapabilities +04 struct _DEVICE_CAPABILITIES *Capabilities +04 struct __unnamed42 FilterResourceRequirements +04 struct _IO_RESOURCE_REQUIREMENTS_LIST *IoResourceRequirementList +04 struct __unnamed51 ReadWriteConfig +04 uint32 WhichSpace +08 void *Buffer +0c uint32 Offset +10 uint32 Length +04 struct __unnamed52 SetLock +04 byte Lock +04 struct __unnamed53 QueryId +04 int32 IdType +04 struct __unnamed54 QueryDeviceText +04 int32 DeviceTextType +08 uint32 LocaleId +04 struct __unnamed55 UsageNotification +04 byte InPath +05 byte Reserved[3] +08 int32 Type +04 struct __unnamed56 WaitWake +04 int32 PowerState +04 struct __unnamed57 PowerSequence +04 struct _POWER_SEQUENCE *PowerSequence +04 struct __unnamed58 Power +04 uint32 SystemContext +08 int32 Type +0c union _POWER_STATE State +0c int32 SystemState +0c int32 DeviceState +10 int32 ShutdownType +04 struct __unnamed59 StartDevice +04 struct _CM_RESOURCE_LIST *AllocatedResources +08 struct _CM_RESOURCE_LIST *AllocatedResourcesTranslated +04 struct __unnamed60 WMI +04 uint32 ProviderId +08 void *DataPath +0c uint32 BufferSize +10 void *Buffer +04 struct __unnamed61 Others +04 void *Argument1 +08 void *Argument2 +0c void *Argument3 +10 void *Argument4 +14 struct _DEVICE_OBJECT *DeviceObject +18 struct _FILE_OBJECT *FileObject +1c function *CompletionRoutine +20 void *Context IO_STACK_LOCATION 结构的大小是固定的，+04 到 +14 之间的16个字节是个公用体。 我们大略的看一个例子，或许能让你对 IO_STACK_LOCATION 有点概念 一个驱动程序的应用层程序，调用 DeviceIoControl ，让驱动程序完成一个任务。DeviceIoControl 中会申请一个Irp，初始化它，然后用这个 Irp，调用 IoCallDriver 发往设备栈的最高层。 IoCallDriver 会根据Irp中的当前 IO_STACK_LOCATION 中的 +00 byte MajorFunction，调用发往设备对象所属驱动中的相应函数。 我们看看被传入到设备栈最高层的 irp， kd> !irp fe403968 Irp is active with 6 stacks 6 is current (= 0xfe403a8c) No Mdl System buffer = fe3d6068 Thread fe427960: Irp stack trace.  cmd flg cl Device File Completion-Context [ 0, 0] 0 0 00000000 00000000 00000000-00000000  Args: 00000000 00000000 00000000 00000000 [ 0, 0] 0 0 00000000 00000000 00000000-00000000  Args: 00000000 00000000 00000000 00000000 [ 0, 0] 0 0 00000000 00000000 00000000-00000000  Args: 00000000 00000000 00000000 00000000 [ 0, 0] 0 0 00000000 00000000 00000000-00000000  Args: 00000000 00000000 00000000 00000000 [ 0, 0] 0 0 00000000 00000000 00000000-00000000  Args: 00000000 00000000 00000000 00000000 >[ e, 0] 0 0 fe4f5df0 fe426688 00000000-00000000  \Driver\Kbdclass Args: 00000000 00000004 000b0008 00000000 WinDbg 的 !irp 命令，会显示一个 Irp 的 IO_STACK_LOCATION 数组的一些格式化信息 可以看到传入的这个 Irp，它的最后一个 IO_STACK_LOCATION 是当前的 IO_STACK_LOCATION，里面有传入的一些参数。 >[ e, 0] 0 0 fe4f5df0 fe426688 00000000-00000000  \Driver\Kbdclass Args: 00000000 00000004 000b0008 00000000 kd> !strct io_stack_location fe403a8c struct _IO_STACK_LOCATION (sizeof=36) +00 byte MajorFunction = 0e . +01 byte MinorFunction = 00 . +02 byte Flags = 00 . +03 byte Control = 00 . +04 union __unnamed19 Parameters +04 struct __unnamed33 DeviceIoControl +04 uint32 OutputBufferLength = 00000000 +08 uint32 InputBufferLength = 00000004 +0c uint32 IoControlCode = 000b0008 +10 void *Type3InputBuffer = 00000000 +14 struct _DEVICE_OBJECT *DeviceObject = FE4F5DF0 +18 struct _FILE_OBJECT *FileObject = FE426688 +1c function *CompletionRoutine = 00000000 +20 void *Context = 00000000 这些就是当前 IO_STACK_LOCATION，里面有参数什么的，这样本层驱动就可以根据 IRP 和当前的 IO_STACK_LOCATION 中的内容，知道该干些什么。本例中，本层驱动根据这个 Irp 做了些处理，发现还需要下层驱动做更多处理，就设置了下一层驱动要使用的 IO_STACK_LOCATION ，然后调用 IoCallDriver ，把这个 Irp 发到了下一层。 在下一层的处理程序中，我们看看收到的 Irp kd> !irp fe403968 Irp is active with 6 stacks 5 is current (= 0xfe403a68) No Mdl System buffer = fe3d6068 Thread fe427960: Irp stack trace.  cmd flg cl Device File Completion-Context [ 0, 0] 0 0 00000000 00000000 00000000-00000000  Args: 00000000 00000000 00000000 00000000 [ 0, 0] 0 0 00000000 00000000 00000000-00000000  Args: 00000000 00000000 00000000 00000000 [ 0, 0] 0 0 00000000 00000000 00000000-00000000  Args: 00000000 00000000 00000000 00000000 [ 0, 0] 0 0 00000000 00000000 00000000-00000000  Args: 00000000 00000000 00000000 00000000 >[ f, 0] 0 0 fe4f5020 fe426688 00000000-00000000  \Driver\i8042prt Args: 00000000 00000004 000b0008 00000000 [ e, 0] 0 0 fe4f5df0 fe426688 00000000-00000000  \Driver\Kbdclass Args: 00000000 00000004 000b0008 00000000 我们看到了 Irp 的当前 IO_STACK_LOCATION 变成了倒数第二个 IO_STACK_LOCATION ，里面是上一层驱动中设置的参数，告诉这一层驱动要干什么。本例中，本层驱动读写端口，操作硬件，完成了相应的功能。 IoCallDriver 首先我们看看对了解 IRP 最重要的一个函数，也是使用 IRP 进行驱动间通信所使用的函数，IoCallDriver。这个函数并不大，也不复杂，我们将详细的看看它的汇编代码。 NTSTATUS  IoCallDriver( IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject, IN OUT PIRP Irp ); Irp 是发往设备对象的。参数 DeviceObject 指明设备目标设备对象。 nt!IoCallDriver: 80421417 8b542408 mov edx,[esp+0x8] /* [esp+0x8] 为 IN OUT PIRP Irp */ 8042141b 8b4c2404 mov ecx,[esp+0x4] /* [esp+0x4] 为 IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject */ 8042141f e82ae1ffff call nt!IofCallDriver (8041f54e) 80421424 c20800 ret 0x8 nt!IofCallDriver: 8041f54e ff25d01a4780 jmp dword ptr [nt!pIofCallDriver (80471ad0)] nt!IopfCallDriver: 8041f516 56 push esi 8041f517 8bf2 mov esi,edx /* edx 为 IN OUT PIRP Irp */ 8041f519 57 push edi 8041f51a 8bf9 mov edi,ecx /* ecx 为 IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject */ 8041f51c fe4e23 dec byte ptr [esi+0x23] /* esi 为 IN OUT PIRP Irp */ /* struct _IRP (sizeof=112) */ /* +23 char CurrentLocation */ 8041f51f 8a4623 mov al,[esi+0x23] 8041f522 33c9 xor ecx,ecx 8041f524 3ac1 cmp al,cl 8041f526 7f0b jg nt!IopfCallDriver+0x1d (8041f533) /* 如果 Irp->CurrentLocation 大于0，就跳 */ 8041f528 51 push ecx 8041f529 51 push ecx 8041f52a 51 push ecx 8041f52b 56 push esi 8041f52c 6a35 push 0x35 8041f52e e8e1c90000 call nt!KeBugCheckEx (8042bf14) 8041f533 8b4660 mov eax,[esi+0x60] /* esi 为 IN OUT PIRP Irp */ /* struct _IRP (sizeof=112) */ /* +60 struct _IO_STACK_LOCATION *CurrentStackLocation */ 8041f536 56 push esi /* esi 为 IN OUT PIRP Irp */ 8041f537 83e824 sub eax,0x24 /* eax 为 Irp->CurrentStackLocation */ /* 0x24 为 sizeof(IO_STACK_LOCATION) */ 8041f53a 57 push edi /* edi 为 IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject */ 8041f53b 894660 mov [esi+0x60],eax /* [esi+0x60] 为 Irp->CurrentStackLocation */ 8041f53e 897814 mov [eax+0x14],edi /* eax 为新的当前 IO_STACK_LOCATION */ /* struct _IO_STACK_LOCATION (sizeof=36) */ /* +14 struct _DEVICE_OBJECT *DeviceObject */ /* edi 为 IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject */ 8041f541 8b4f08 mov ecx,[edi+0x8] /* edi 为 IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject */ /* struct _DEVICE_OBJECT (sizeof=184) */ /* +08 struct _DRIVER_OBJECT *DriverObject */ 8041f544 0fb600 movzx eax,byte ptr [eax] /* eax 为新的当前 IO_STACK_LOCATION */ /* struct _IO_STACK_LOCATION (sizeof=36) */ /* +00 byte MajorFunction */ 8041f547 ff548138 call dword ptr [ecx+eax*4+0x38] /* ecx 为 DeviceObject->DriverObject */ /* struct _DRIVER_OBJECT (sizeof=168) */ /* +38 function *MajorFunction[28] */ /* eax 为 Irp->CurrentStackLocation->MajorFunction */ /* [ecx+eax*4+0x38] 为 */ /* DeviceObject->DriverObject.MajorFunction[Irp->CurrentStackLocation->MajorFunction] */ 8041f54b 5f pop edi 8041f54c 5e pop esi 8041f54d c3 ret IoCallDriver 将参数 Irp 的 +23 char CurrentLocation 减1，然后检查这时的 CurrentLocation 是否大于0。如果不大于0，将蓝屏。接着将参数 Irp 的 +60 struct _IO_STACK_LOCATION *CurrentStackLocation 减 0x24 。这里原来是一个 IO_STACK_LOCATION 的地址，0x24是一个 IO_STACK_LOCATION 结构的大小。这样减 0x24 就等于把 +60 struct _IO_STACK_LOCATION *CurrentStackLocation 指向了前一个 IO_STACK_LOCATION。然后将新的 CurrentStackLocation 的 +14 struct _DEVICE_OBJECT *DeviceObject 赋值为传入的参数 DeviceObject 。从传入的参数 DeviceObject 中获得该 DeviceObject 的 DriverObject，调用该 DriverObject 的新的 CurrentStackLocation 的 +00 byte MajorFunction 相应的 MajorFunction ，用传入的两个参数 IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,IN OUT PIRP Irp 做参数。 简单的说，把 Irp 的 CurrentLocation 减1，CurrentStackLocation 指向前一个（地址更小处） 的IO_STACK_LOCATION。然后根据现在的 CurrentStackLocation 所指的 IO_STACK_LOCATION 结构中 MajorFunction 的值，调用 DeviceObject 所属的驱动的 DriverObject 中 MajorFunction[28] 相应的函数。 DriverObject 中的 MajorFunction[28]，是在 DriverEntry 中初始化的。 Irp 的产生 Irp 说到底是由 IoAllocateIrp 产生的。IoBuildDeviceIoControlRequest 这样产生 Irp 的函数，也是调用  IoAllocateIrp 实现的。一个驱动可能需要另一层的驱动完成什么功能，而直接使用 IoBuildDeviceIoControlRequest 这样函数产生 Irp，并用这个 Irp 和其他驱动通信。更多的 Irp 是应用层，使用 ReadFile,WriteFile,DeviceIoControl 等这样的 api，来产生的。这些 api 最终也会调用 IoAllocateIrp 产生一个 Irp，然后初始化这个 Irp，发给驱动，驱动会根据 Irp ，完成相应的任务。 Irp 操作的一些函数 操作Irp的一些函数，很简单，只是一些宏。了解这些函数的具体的操作，有助于对 Irp 的了解。 下面的内容来自 ntddk.h IoGetCurrentIrpStackLocation #define IoGetCurrentIrpStackLocation( Irp ) ( (Irp)->Tail.Overlay.CurrentStackLocation ) IoSkipCurrentIrpStackLocation #define IoSkipCurrentIrpStackLocation( Irp ) \ (Irp)->CurrentLocation++; \ (Irp)->Tail.Overlay.CurrentStackLocation++; IoGetNextIrpStackLocation #define IoGetNextIrpStackLocation( Irp ) (\ (Irp)->Tail.Overlay.CurrentStackLocation - 1 ) IoCopyCurrentIrpStackLocationToNext #define IoCopyCurrentIrpStackLocationToNext( Irp ) { \ PIO_STACK_LOCATION irpSp; \ PIO_STACK_LOCATION nextIrpSp; \ irpSp = IoGetCurrentIrpStackLocation( (Irp) ); \ nextIrpSp = IoGetNextIrpStackLocation( (Irp) ); \ RtlCopyMemory( nextIrpSp, irpSp, FIELD_OFFSET(IO_STACK_LOCATION, CompletionRoutine)); \ nextIrpSp->Control = 0; } IoMarkIrpPending #define IoMarkIrpPending( Irp ) ( \ IoGetCurrentIrpStackLocation( (Irp) )->Control |= SL_PENDING_RETURNED ) Irp 的释放 使用 IoFreeIrp 释放一个 Irp Irp 的结束 使用 IoCompleteRequest 结束一个 Irp，这个是了解如何使用 Irp 通信中，除了 IoCallDriver 外，第二重要的函数，这个函数又大又复杂，牵涉到其他的一些机制，对自己，还是下不了这个毒手，所以就不说了，用一用也就有个大概的概念。 晕了吧 欢迎交流，欢迎交朋友， 欢迎访问 主页 http://jiurl.yeah.net http://jiurl.nease.net 论坛 http://jiurl.cosoft.org.cn/forum f啊k，不带你们这样的啊，有好事不叫我。