快捷導(dǎo)航

C語言驅(qū)動開發(fā)之通過ReadFile與內(nèi)核層通信

更新時間：2022年09月30日 16:32:37 作者：lyshark

驅(qū)動與應(yīng)用程序的通信是非常有必要的，內(nèi)核中執(zhí)行代碼后需要將其動態(tài)顯示給應(yīng)用層。為了實現(xiàn)內(nèi)核與應(yīng)用層數(shù)據(jù)交互則必須有通信的方法，微軟為我們提供了三種通信方式，本文先來介紹通過ReadFile系列函數(shù)實現(xiàn)的通信模式

驅(qū)動與應(yīng)用程序的通信是非常有必要的，內(nèi)核中執(zhí)行代碼后需要將其動態(tài)顯示給應(yīng)用層，但驅(qū)動程序與應(yīng)用層畢竟不在一個地址空間內(nèi)，為了實現(xiàn)內(nèi)核與應(yīng)用層數(shù)據(jù)交互則必須有通信的方法，微軟為我們提供了三種通信方式，如下先來介紹通過ReadFile系列函數(shù)實現(xiàn)的通信模式。

長話短說，不說沒用的概念，首先系統(tǒng)中支持的通信模式可以總結(jié)為三種。

緩沖區(qū)方式讀寫(DO_BUFFERED_IO)
直接方式讀寫(DO_DIRECT_IO)
其他方式讀寫

而通過ReadFile,WriteFile系列函數(shù)實現(xiàn)的通信機(jī)制則屬于緩沖區(qū)通信模式，在該模式下操作系統(tǒng)會將應(yīng)用層中的數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核中，此時應(yīng)用層調(diào)用ReadFile,WriteFile函數(shù)進(jìn)行讀寫時，在驅(qū)動內(nèi)會自動觸發(fā) IRP_MJ_READ 與 IRP_MJ_WRITE這兩個派遣函數(shù)，在派遣函數(shù)內(nèi)則可以對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行各類處理。

首先需要實現(xiàn)初始化各類派遣函數(shù)這么一個案例，如下代碼則是通用的一種初始化派遣函數(shù)的基本框架，分別處理了IRP_MJ_CREATE創(chuàng)建派遣，以及IRP_MJ_CLOSE關(guān)閉的派遣，此外函數(shù)DriverDefaultHandle的作用時初始化其他派遣用的，也就是將除去CREATE/CLOSE這兩個派遣之外，其他的全部賦值成初始值的意思，當(dāng)然不增加此段代碼也是無妨，并不影響代碼的實際執(zhí)行。

#include <ntifs.h>

// 卸載驅(qū)動執(zhí)行
VOID UnDriver(PDRIVER_OBJECT pDriver)
{
	PDEVICE_OBJECT pDev;                                        // 用來取得要刪除設(shè)備對象
	UNICODE_STRING SymLinkName;                                 // 局部變量symLinkName
	pDev = pDriver->DeviceObject;
	IoDeleteDevice(pDev);                                           // 調(diào)用IoDeleteDevice用于刪除設(shè)備
	RtlInitUnicodeString(&SymLinkName, L"\\??\\LySharkDriver");     // 初始化字符串將symLinkName定義成需要刪除的符號鏈接名稱
	IoDeleteSymbolicLink(&SymLinkName);                             // 調(diào)用IoDeleteSymbolicLink刪除符號鏈接
	DbgPrint("驅(qū)動卸載完畢...");
}

// 創(chuàng)建設(shè)備連接
// LyShark.com
NTSTATUS CreateDriverObject(IN PDRIVER_OBJECT pDriver)
{
	NTSTATUS Status;
	PDEVICE_OBJECT pDevObj;
	UNICODE_STRING DriverName;
	UNICODE_STRING SymLinkName;

	// 創(chuàng)建設(shè)備名稱字符串
	RtlInitUnicodeString(&DriverName, L"\\Device\\LySharkDriver");
	Status = IoCreateDevice(pDriver, 0, &DriverName, FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0, TRUE, &pDevObj);

	// 指定通信方式為緩沖區(qū)
	pDevObj->Flags |= DO_BUFFERED_IO;

	// 創(chuàng)建符號鏈接
	RtlInitUnicodeString(&SymLinkName, L"\\??\\LySharkDriver");
	Status = IoCreateSymbolicLink(&SymLinkName, &DriverName);
	return STATUS_SUCCESS;
}

// 創(chuàng)建回調(diào)函數(shù)
NTSTATUS DispatchCreate(PDEVICE_OBJECT pDevObj, PIRP pIrp)
{
	pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;          // 返回成功
	DbgPrint("派遣函數(shù) IRP_MJ_CREATE 執(zhí)行 \n");
	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);        // 指示完成此IRP
	return STATUS_SUCCESS;                           // 返回成功
}

// 關(guān)閉回調(diào)函數(shù)
NTSTATUS DispatchClose(PDEVICE_OBJECT pDevObj, PIRP pIrp)
{
	pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;          // 返回成功
	DbgPrint("派遣函數(shù) IRP_MJ_CLOSE 執(zhí)行 \n");
	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);        // 指示完成此IRP
	return STATUS_SUCCESS;                           // 返回成功
}

// 默認(rèn)派遣函數(shù)
NTSTATUS DriverDefaultHandle(PDEVICE_OBJECT pDevObj, PIRP pIrp)
{
	NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
	pIrp->IoStatus.Status = status;
	pIrp->IoStatus.Information = 0;
	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);

	return status;
}

// 入口函數(shù)
// By: LyShark
NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT pDriver, PUNICODE_STRING RegistryPath)
{
	DbgPrint("hello lyshark \n");

	// 調(diào)用創(chuàng)建設(shè)備
	CreateDriverObject(pDriver);

	pDriver->DriverUnload = UnDriver;                          // 卸載函數(shù)
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = DispatchCreate;    // 創(chuàng)建派遣函數(shù)
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = DispatchClose;      // 關(guān)閉派遣函數(shù)

	// 初始化其他派遣
	for (ULONG i = 0; i < IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION; i++)
	{
		DbgPrint("初始化派遣: %d \n", i);
		pDriver->MajorFunction[i] = DriverDefaultHandle;
	}

	DbgPrint("驅(qū)動加載完成...");

	return STATUS_SUCCESS;
}

代碼運行效果如下：

通用框架有了，接下來就是讓該驅(qū)動支持使用ReadWrite的方式實現(xiàn)通信，首先我們需要在DriverEntry處增加兩個派遣處理函數(shù)的初始化。

// 入口函數(shù)
// By: LyShark
NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT pDriver, PUNICODE_STRING RegistryPath)
{
	DbgPrint("hello lyshark \n");

	// 調(diào)用創(chuàng)建設(shè)備
	CreateDriverObject(pDriver);

	// 初始化其他派遣
	for (ULONG i = 0; i < IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION; i++)
	{
		DbgPrint("初始化派遣: %d \n", i);
		pDriver->MajorFunction[i] = DriverDefaultHandle;
	}

	pDriver->DriverUnload = UnDriver;                          // 卸載函數(shù)
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = DispatchCreate;    // 創(chuàng)建派遣函數(shù)
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = DispatchClose;      // 關(guān)閉派遣函數(shù)

	// 增加派遣處理
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_READ] = DispatchRead;        // 讀取派遣函數(shù)
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE] = DispatchWrite;      // 寫入派遣函數(shù)

	DbgPrint("驅(qū)動加載完成...");

	return STATUS_SUCCESS;
}

接著，我們需要分別實現(xiàn)這兩個派遣處理函數(shù)，如下DispatchRead負(fù)責(zé)讀取時觸發(fā)，與之對應(yīng)DispatchWrite負(fù)責(zé)寫入觸發(fā)。

引言：
對于讀取請求I/O管理器分配一個與用戶模式的緩沖區(qū)大小相同的系統(tǒng)緩沖區(qū)SystemBuffer，當(dāng)完成請求時I/O管理器將驅(qū)動程序已經(jīng)提供的數(shù)據(jù)從系統(tǒng)緩沖區(qū)復(fù)制到用戶緩沖區(qū)。
對于寫入請求，會分配一個系統(tǒng)緩沖區(qū)并將SystemBuffer設(shè)置為地址，用戶緩沖區(qū)的內(nèi)容會被復(fù)制到系統(tǒng)緩沖區(qū)，但是不設(shè)置UserBuffer緩沖。

通過IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp)接收讀寫請求長度，偏移等基本參數(shù)，AssociatedIrp.SystemBuffer則是讀寫緩沖區(qū)，IoStatus.Information是輸出緩沖字節(jié)數(shù)，Parameters.Read.Length是讀取寫入的字節(jié)數(shù)。

// 讀取回調(diào)函數(shù)
NTSTATUS DispatchRead(PDEVICE_OBJECT pDevObj, PIRP pIrp)
{
	NTSTATUS Status = STATUS_SUCCESS;
	PIO_STACK_LOCATION Stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
	ULONG ulReadLength = Stack->Parameters.Read.Length;

	char szBuf[128] = "hello lyshark";

	pIrp->IoStatus.Status = Status;
	pIrp->IoStatus.Information = ulReadLength;
	DbgPrint("讀取長度：%d \n", ulReadLength);

	// 取出字符串前5個字節(jié)返回給R3層
	memcpy(pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer, szBuf, ulReadLength);

	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	return Status;
}

// 接收傳入回調(diào)函數(shù)
// By: LyShark
NTSTATUS DispatchWrite(struct _DEVICE_OBJECT *DeviceObject, struct _IRP *Irp)
{
	NTSTATUS Status = STATUS_SUCCESS;
	PIO_STACK_LOCATION Stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp);
	ULONG ulWriteLength = Stack->Parameters.Write.Length;
	PVOID ulWriteData = Irp->AssociatedIrp.SystemBuffer;

	// 輸出傳入字符串
	DbgPrint("傳入長度: %d 傳入數(shù)據(jù): %s \n", ulWriteLength, ulWriteData);

	IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);
	return Status;
}

如上部分都是在講解驅(qū)動層面的讀寫派遣，應(yīng)用層還沒有介紹，在應(yīng)用層我們只需要調(diào)用ReadFile函數(shù)當(dāng)調(diào)用該函數(shù)時驅(qū)動中會使用DispatchRead派遣例程來處理這個請求，同理調(diào)用WriteFile函數(shù)則觸發(fā)的是DispatchWrite派遣例程。

我們首先從內(nèi)核中讀出前五個字節(jié)并放入緩沖區(qū)內(nèi)，輸出該緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)，然后在調(diào)用寫入，將hello lyshark寫回到內(nèi)核里里面，這段代碼可以這樣來寫。

#include <iostream>
#include <Windows.h>
#include <winioctl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  HANDLE hDevice = CreateFileA("\\\\.\\LySharkDriver", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0,
    NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
  if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
  {
    CloseHandle(hDevice);
    return 0;
  }

  // 從內(nèi)核讀取數(shù)據(jù)到本地
  char buffer[128] = { 0 };
  ULONG length;

  // 讀入到buffer長度為5
  // By:lyshark.com
  ReadFile(hDevice, buffer, 5, &length, 0);
  for (int i = 0; i < (int)length; i++)
  {
    printf("讀取字節(jié): %c", buffer[i]);
  }

  // 寫入數(shù)據(jù)到內(nèi)核
  char write_buffer[128] = "hello lyshark";
  ULONG write_length;
  WriteFile(hDevice, write_buffer, strlen(write_buffer), &write_length, 0);

  system("pause");
  CloseHandle(hDevice);
  return 0;
}

使用驅(qū)動工具安裝我們的驅(qū)動，然后運行該應(yīng)用層程序，實現(xiàn)通信，效果如下所示：