Windows驱动开发（二）WDM/WDF的IOControl

上一章大概介绍了WDM/WDF的驱动模型，

链接：https://blog.csdn.net/o0xwh_93150o/article/details/104213348

这一章我们主要来看一下驱动程序中的IO请求是如何处理的。

其实驱动程序的主要功能也就是负责处理IO请求，其中大部分IO请求是在派遣函数中处理的。用户模式下的所有对驱动程序的IO请求，全部由操作系统转化为一个叫做IRP（IO request package）的数据结构，不同的IRP会被“派遣”到不同的派遣函数（dispatch function）中。IRP的处理机制类似windows应用程序中的“消息处理”机制，驱动程序接收到不同类型的IRP后，会进入不同的派遣函数。

首先，IRP拥有两个基本的属性，一个是MajorFunction，另一个则是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，然后再判断这个IRP属于哪种MinorFunction。如下所示：

//创建设备，CreateFile时触发

DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = HelloDispatchCreate;

//关闭设备，CloseHandle时触发

DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = HelloDispatchClose;

//对设备进行WriteFile时触发

DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE] = HelloDispatchWrite;

//对设备进行ReadFile时触发

DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_READ] = HelloDispatchRead;

当然，IRP的类型远不止这四种，对于其他没有设置的IRP类型，系统会默认将这些IRP类型与IoInvalidDeviceRequest函数关联。大部分的IRP都源于文件IO处理Win32 API，例如CreateFile与ReadFile。假如我们对这个类型的IRP不需要特别处理的话，只需要在派遣函数中直接返回success就可以了。如下：

NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS；

//设置irp的完成状态

pIrp->IoStatus.Status = status;

//设置irp操作的实际字节数

pIrp->IoStatus.Infomation = 0;

//结束irp请求时需调用IoCompleteRequest

IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);

return status;

在驱动程序设置完这些IRP之后，是不是就可以使用用户应用程序向该驱动发送IO请求了呢？其实并不是如此，我们都知道，在用户态假如要操作这个设备，CreateFile时必要的一个参数，就是设备句柄，但是在用户态，其实是看不到内核态设备的句柄的，例如该设备的句柄为“\\Devices\\HelloDevice0”，这个句柄仅能被内核模式下的其他驱动所看见，所以我们需要创建一个符号链接，让用户态的程序可以得到这个句柄，类似“\\DosDevices\\HelloDevice0_LINK”这样。如下实例：

#define MYWDF_KDEVICE L“\\Devices\\HelloDevice0”

#define MYWDF_LINKNAME L“\\DosDevices\\HelloDevice0_LINK”

// 创建设备

WDF_OBJECT_ATTRIBUTES_INIT_CONTEXT_TYPE(&object_attribs, DEVICE_CONTEXT_CTRL);

//为设备首先分配内存

device_init = WdfControlDeviceInitAllocate(WdfDeviceGetDriver(Device), &SDDL_DEVOBJ_SYS_ALL_ADM_RWX_WORLD_RW_RES_R);

RtlInitUnicodeString(&ustring, MYWDF_KDEVICE);

//将设备名字存入device_init中

status = WdfDeviceInitAssignName(device_init, &ustring);

if (!NT_SUCCESS(status)) {

}

//创建一个controldevice，用于创建符号链接

status = WdfDeviceCreate(&device_init, &object_attribs, &control_device);

if (!NT_SUCCESS(status)) {

}

RtlInitUnicodeString(&ustring, MYWDF_LINKNAME);

//创建符号链接

status = WdfDeviceCreateSymbolicLink(control_device, &ustring);

if (!NT_SUCCESS(status)) {

}

这样，你的设备就可以被用户态的程序所使用了，接下来，再在用户态使用CreateFIle打开这个符号链接就可以了。驱动程序中我们已经设置好了Write和Read的派遣函数，只要使用WriteFile和ReadFile，就可以触发这两个IRP回调函数了，这个就不再举例子了。

当然，有时候应用程序并不需要真的向这个设备进行读和写操作，它可能仅仅需要“告知”驱动程序，我想要做什么，驱动程序可以在自己的会话空间里就足够处理，这时，微软为我们准备了另一个Win32 API：DeviceIoControl。这个API会在内部使操作系统创建一个IRP_DEVICE_CONTROL类型的IRP，你只需要在驱动中设置这个类型IRP的回调函数就可以了。

DeviceIoControl的函数原型如下：

BOOL WINAPI DeviceIoControl(

_In_ HANDLE hDevice,

_In_ DWORD dwIoControlCode,

_In_opt_ LPVOID lpInBuffer,

_In_ DWORD nInBufferSize,

_Out_opt_ LPVOID lpOutBuffer,

_In_ DWORD nOutBufferSize,

_Out_opt_ LPDWORD lpBytesReturned,

_Inout_opt_ LPOVERLAPPED lpOverlapped);

其中第二个参数dwIoControlCode，就是IO控制码，即IOCTL值，用来告诉驱动程序，我需要进行哪种类型的交互，当然，前提是这个IOCTL值是驱动程序预先设置好已知的，我们可以用CTL_CODE这个宏来定义一组IOCTL值。CTL_CODE的定义为（DeviceType，Function，Method，Access），DeviceType为设备对象的类型，这个类型应该与创建设备（IoCreateDevice）时的类型匹配，如FILE_DEVICE_XX这样的宏；Function为驱动程序定义的IOCTL宏，0x0000-0x7FFFF为微软保留，0x800-0xFFF为程序员自定义；Method为操作模式，应使用如下四种之一，METHOD_BUFFERED（使用缓冲区操作），METHOD_IN_DIRECT（使用直写操作），METHOD_OUT_DIRECT（使用直写操作），METHOD_NEITHER（使用其他方式操作）；Access为访问权限，如果没有特殊要求，一般使用FILE_ANY_ACCESS。如下是一个实例：

#define IOCTL_HELLO CTL_CODE(\

FILE_DEVICE_UNKNOWN, \

0x999, \

METHOD_BUFFERED, \

FILE_ANY_ACCESS)

这里说一下关于METHOD_BUFFERED，使用缓冲内存模式的IOCTL，要避免在驱动中直接访问用户模式下的内存地址。在这种模式下，DeviceIoControl的大致流程是这样的，定义CTL_CODE宏->得到当前堆栈（IoGetCurrentIrpStackLocation）->得到输入缓冲区大小（DeviceIoControl.InputBufferLength）->得到输出缓冲区大小（DeviceIoControl.OutputBufferLength）->得到IOCTL码（DeviceIoControl.IoControlCode）->switch处理该IOCTL->设置IRP状态->结束IRP请求（IoCompleteRequest）。

关于驱动程序的IO请求就说到这里，下一章的话，我们就直接进入实战篇吧～拿一个WDF的总线驱动来分析一下。

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