0.driverbase-IRP、IO_STACK_LOCATION、文件三种读写方式(buffer/driect/other)、DeviceIoControl

上层应用程序和底层驱动程序通信时，应用程序会发出I/O请求，操作系统将I/0请求转化为相应的IRP，不同类型的IRP根据类型传递给不同的派遣函数

IRP有两个基本属性，一个是MagorFunction，一个是MinorFunction，分别记录IRP的主类型和子类型，操作系统根据MajorFunction将IRP派遣到不同的派遣函数中，在派遣函数中还可以判断这个IRP属性哪个MinorFunction

一般来说，NT式驱动和WDM驱动都是在DriverEntry中注册派遣函数的，在驱动对象中，有个函数指针数组MajorFunction,每个元素记录了一个函数地址，通过设置这个数组，可以把IRP类型和派遣函数关联起来，对于没有设备的IRP类型，系统默认这些IRP类型与_IopINvalidDeviceRequest关联，在进入DriverEntry之前，操作系统就会把_IopINvalidDeviceRequest的地址填满整个MajorFunction数组，IRP和派遣函数的联系如下：

IRP的概念类似于Windows应用程序中的消息，不同的消息会被分发到不同的消息处理函数中，如果没有对应的处理函数，它会进入系统默认的消息处理函数中

IRP类似，文件I/O的相关函数，如CreateFile,ReadFile,WriteFile，CloseHandle会使操作系统产生出IRP_MJ_CREATE,IRP_MJ_READ,IRP_MJ_WRITE,IRP_MJ_CLOSE等不同的IRP，将把IRP传送到相应驱动的相应派遣函数中.

对派遣函数的最简单处理是：把IRP的状态设置为成功，然后结束IRP的请求，并让派遣函数返回成功，结束IRP请求使用函数IoCompleteRequest

#pragma PAGEDCODE
NTSTATUS HelloDDKDispatchRoutine(IN PDEVICE_OBJECT pDevObj,
								 IN PIRP pIrp) 
{
	KdPrint(("Enter HelloDDKDispatchRoutine\n"));
	NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
	// 设置IRP完成状态
	pIrp->IoStatus.Status = status;

	// 设置IRP操作了多少字节
	pIrp->IoStatus.Information = 0;	// bytes xfered

	// 结束IRP请求
	IoCompleteRequest( pIrp, IO_NO_INCREMENT );
	KdPrint(("Leave HelloDDKDispatchRoutine\n"));
	return status;
}

IoCompleteRequest的第二个参数是指被阻塞的线程以何种优先级恢复运行，一般情况下，优先级设置为IO_NO_INCREMENT

通过设备链接打开设备

在编写程序时，可以把符号链接的写法稍微改一下，把前面的\??\改为\\.\,如\\.\HellloDDK

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	// 打开设备句柄，会触发IRP_MJ_CREATE
	HANDLE hDevice = CreateFileA
		("\\\\.\\HelloDDK",
		GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
		0, //非共享
		NULL, 
		OPEN_EXISTING,
		FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
		NULL
		);
	if (INVALID_HANDLE_VALUE == hDevice)
	{
		printf("Fail to open file handle\n");
	}
	else
	{
		printf("hDevice:0x%08x\n", hDevice);
	}
	

	CloseHandle(hDevice);
	system("pause");

	return 0;
}

编写一个更通用的派遣函数

驱动对象会创建一个个的设备对象，并把这些设备对象叠成一个垂直结构，这种垂直结构很像栈，所以被称为设备栈

，IRP会被操作系统发送到设备栈的顶层，如果顶层的设备对象的派遣函数结束了 IRP的请求，则这此I/0请求结束，如果没有结束，操作系统会把IRP转发到设备栈的下一层设备处理，如果这个设备的派遣函数依然没有结束IRP请求，则会继续向下层设备转发，

因此，一个IRP可能被转发多次，为了记录IRP在每层设备中做的操作，IRP会有一个IO_STACK_LOCATION数组，数组的元素数应大于IRP穿越过的设备数，每个IO_STACK_LOCATION元素记录着对应设备中做的操作，对于本层设备对应的IO_STACK_LOCATION,可以通过

PIO_STACK_LOCATION 
  IoGetCurrentIrpStackLocation(
    IN PIRP  Irp
    );
来得到，IO_STACK_LOCATION结构中记录了IRP的类型，即IO_STACK_LOCATION中的MajorFunction子域

PIO_STACK_LOCATION isl = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
	KdPrint(("IO_STACK_LOCATION.MajorFunction:%u\n", isl->MajorFunction));

设备对象有三种读写方式：缓冲区方式读写，直接方式读写，其他方式读写，FLAG分别对应为DO_BUFFERED_IO, DO_DIRECT_IO和0

缓冲区方式

操作系统把应用程序提供缓冲区的数据复制到内核模式下的地址中，这样，无论操作系统怎么切换进程，内核模式地址不会改变，IRP的派遣函数将会对内核模式下缓冲区操作，而不是操作用户模式地址的缓冲区

比如WriteFile,这个地址由IRP的AssociatedIrp.SystemBuffer子域记录

以缓冲区方式读写设备，都会发生用户模式地址和内核模式地址的数据复制，复制的过程由操作系统负责，用户模式地址由ReadFile或WriteFile提供，并且ReadFile或WriteFile创建的IRP的AssociatedIrp.SystemBuffer记录了这段内存地址，最后由操作系统负责分配和回收

测试代码：

Driver:

#pragma PAGEDCODE
NTSTATUS HelloDDKRead(IN PDEVICE_OBJECT pDevObj,
								 IN PIRP pIrp) 
{
	KdPrint(("Enter HelloDDKRead\n"));
	NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;

	// 得到当前堆栈
	PIO_STACK_LOCATION stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);

	// 得到需要读设备的字节数
	ULONG ulReadLength = stack->Parameters.Read.Length;
	KdPrint(("[HelloDDKRead]--ulReadLength:%d\n", ulReadLength));

	// 完成IRP
	pIrp->IoStatus.Status = status;
	// 设置IRP操作了多少字节
	pIrp->IoStatus.Information = ulReadLength;

	// 设置内核下的缓冲区
	memset(pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer, 0xAA, ulReadLength);

	// 完成IRP处理
	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);

	KdPrint(("Leave HelloDDKRead\n"));
	return status;
}

test:

UCHAR buffer[10] = {0};
		ULONG ulRead;
		BOOL bRet = ReadFile(hDevice, buffer, 10, &ulRead, NULL);
		if (bRet)
		{
			for (int i=0; i<10; i++)
			{
				printf("%02x", buffer[i]);
			}
		}

// 设置IRP操作了多少字节
	pIrp->IoStatus.Information = ulReadLength;

其实这里可以随意设置，比如设置为90，那么test的ulRead就返回90了:

又比如写驱动，我们可以接管IRP_MJ_WRITE，使用一个扩展结构体保存传入的数据：

typedef struct _DEVICE_EXTENSION {
	PDEVICE_OBJECT pDevice;
	UNICODE_STRING ustrDeviceName;	//设备名称
	UNICODE_STRING ustrSymLinkName;	//符号链接名
	CHAR buffer[260];//用来保存写的
} DEVICE_EXTENSION, *PDEVICE_EXTENSION;

#pragma PAGEDCODE
NTSTATUS HelloDDKWrite(IN PDEVICE_OBJECT pDevObj,
					  IN PIRP pIrp)
{
	NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
	KdPrint(("Enter HelloDDKWrite\n"));

	PDEVICE_EXTENSION pDevExt = (PDEVICE_EXTENSION)pDevObj->DeviceExtension;
	PIO_STACK_LOCATION stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);

	// 获取存储的长度
	ULONG ulWriteLength = stack->Parameters.Write.Length;
	// 获取存储的偏移量
	ULONG ulWriteOffset = (ULONG)stack->Parameters.Write.ByteOffset.QuadPart;
	if (ulWriteOffset+ulWriteLength > 260)
	{
		status = STATUS_FILE_INVALID;
		ulWriteLength = 0;
	}
	else
	{
		memcpy(pDevExt->buffer+ulWriteLength, pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer, ulWriteLength);
	}

	pIrp->IoStatus.Status = status;
	pIrp->IoStatus.Information = ulWriteLength;

	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	KdPrint(("Leave HelloDDKWrite\n"));
	return status;
}

直接方式读写设备

在创建设备后，设置设备属性为DO_DIRECT_IO,缓冲区读写方式是把内存从ring3复制到ring0,而直接读写方式是把ring3的缓冲区锁住，然后把它映射到ring0，这样，两者指向的是同一块物理内存.（注意是指向同一块物理地址，虚拟地址一个在ring3,一个在ring0)

操作系统使用内存描述符表(MDL)来记录这段内存，大小为mdl->ByteCount，起始页地址是mdl->StartVa,首地址相对第一个页偏移为mdl->ByteOffset，因此，首地址就是mdl->StartVa+mdl->ByteOffset,注意的是直接方式取的是pIrp的mdl，而ring3取的是_IO_STACK_LOCATION

	if (pIrp->MdlAddress)
	{
		ULONG ulWriteLength = MmGetMdlByteCount(pIrp->MdlAddress);
		ULONG ulWriteOffset = MmGetMdlByteOffset(pIrp->MdlAddress);
		PVOID pWrite = MmGetMdlVirtualAddress(pIrp->MdlAddress);

其他方式读写设备

如果不设置DO_BUFFERED_IO,也不设置DO_DIRECT_IO,则条用其他读写方式

DeviceIoControl与驱动交互

应用程序可以通过DeviceIoControl操作设备，它会使操作系统创建一个IRP_MJ_DEVICE_CONTROL类型的IRP，然后操作系统会把这个IRP转发到派遣函数，一般用它使应用程序和驱动程序进行通信，如，要对一个设备进行初始化操作，自定一种I/O控制码，然后用DeviceIoControl将这个控制码和请求一起传给驱动程序，在派遣函数中，分别对不同的I/O控制码进行处理

控制码也称IOCTL值，是32位无符号整型，IOCTL需符合DDK的规定，如下：

DDK提供了一个宏CTL_CODE

#define CTL_CODE( DeviceType, Function, Method, Access ) (                 \
    ((DeviceType) << 16) | ((Access) << 14) | ((Function) << 2) | (Method) \

DeviceType:设备对象类型，这个应和创建设备(IoCreateDevice）时的类型相匹配，

Function:0x800到0xFFF，由程序员自己定义

Method：这个是操作模式，

METHOD_BUFFERED：缓冲区方式操作

METHOD_IN_DIRECT：直接写方式操作

METHOD_OUT_DIRECT：直接读方式操作

METHOD_NEITHER：使用其他方式操作

Access：访问权限，如FILE_ANY_ACCESS

#define IOCTL_TESSAFE_INIT \
            CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0x921, METHOD_BUFFERED, FILE_READ_ACCESS|FILE_WRITE_ACCESS)

一般建议使用METHOD_BUFFERED, 驱动中最好不要直接访问用户模式下的内存地址

BOOL DeviceIoControl(
  HANDLE hDevice, //已打开的设备句柄
  DWORD dwIoControlCode, //IO控制码
  LPVOID lpInBuffer, //输入buffer
  DWORD nInBufferSize, //输入大小
  LPVOID lpOutBuffer, // 输出buffer
  DWORD nOutBufferSize, //输出buffer大小
  LPDWORD lpBytesReturned, //实际返回字节数，
  LPOVERLAPPED lpOverlapped//设为NULL
);

缓存读取的示例代码：

#define  IOCTL_TEST1\
			 CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0x800, METHOD_BUFFERED, FILE_READ_ACCESS|FILE_WRITE_ACCESS)

int main()
{
	HANDLE hDevice = CreateFileA
		("\\\\.\\DDKTest",
		GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
		0,
		NULL,
		OPEN_EXISTING,
		FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
		NULL
		);

	if (INVALID_HANDLE_VALUE == hDevice)
	{
		printf("Fail to open device with err:%d\n", GetLastError());
		getchar();
		return 1;
	}

	UCHAR InBuf[100] = {0};
	memset(InBuf, 0x41, 100);

	UCHAR OutBuf[100] = {0};
	DWORD dwOutput;
	DWORD dwOutBuf=100;
	BOOL bRet = DeviceIoControl
		(hDevice,
		IOCTL_TEST1,
		InBuf,
		100,
		OutBuf,
		dwOutBuf,
		&dwOutput, 
		NULL
		);
	if (bRet)
	{
		printf("IOCTL_TEST1 dwOutBuf:%d, dwOutput:%d\n", dwOutBuf, dwOutput);
		for (int i=0; i<(int)dwOutput; i++)
		{
			printf("%02X", OutBuf[i]);
		}
		printf("\n");
	}

    getchar();
	return 0;
}

PIO_STACK_LOCATION stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
	ULONG cbin = stack->Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength;
	ULONG cbout = stack->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength;
	ULONG code = stack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;
	ULONG info = 0;

	switch (code)
	{
	case IOCTL_TEST1:
		{
			UCHAR* InBuf = (UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
			memset(InBuf, 0x61, cbin);//全写成a
			stack->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength = cbout-2;//随机测试
			info = cbout-1;//随机测试
		}
		break;
		
	default:
		status = STATUS_INVALID_VARIANT;
	}

	// 完成IRP
	pIrp->IoStatus.Status = status;
	pIrp->IoStatus.Information = info;
	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);

结果 如下：