驱动开发：通过ReadFile与内核层通信

驱动与应用程序的通信是非常有必要的，内核中执行代码后需要将其动态显示给应用层，但驱动程序与应用层毕竟不在一个地址空间内，为了实现内核与应用层数据交互则必须有通信的方法，微软为我们提供了三种通信方式，如下先来介绍通过ReadFile系列函数实现的通信模式。

长话短说，不说没用的概念，首先系统中支持的通信模式可以总结为三种。

缓冲区方式读写(DO_BUFFERED_IO)
直接方式读写(DO_DIRECT_IO)
其他方式读写

而通过ReadFile,WriteFile系列函数实现的通信机制则属于缓冲区通信模式，在该模式下操作系统会将应用层中的数据复制到内核中，此时应用层调用ReadFile,WriteFile函数进行读写时，在驱动内会自动触发 IRP_MJ_READ 与 IRP_MJ_WRITE这两个派遣函数，在派遣函数内则可以对收到的数据进行各类处理。

首先需要实现初始化各类派遣函数这么一个案例，如下代码则是通用的一种初始化派遣函数的基本框架，分别处理了IRP_MJ_CREATE创建派遣，以及IRP_MJ_CLOSE关闭的派遣，此外函数DriverDefaultHandle的作用时初始化其他派遣用的，也就是将除去CREATE/CLOSE这两个派遣之外，其他的全部赋值成初始值的意思，当然不增加此段代码也是无妨，并不影响代码的实际执行。

#include <ntifs.h>

// 卸载驱动执行

VOID UnDriver(PDRIVER_OBJECT pDriver)

{

	PDEVICE_OBJECT pDev;                                        // 用来取得要删除设备对象

	UNICODE_STRING SymLinkName;                                 // 局部变量symLinkName

	pDev = pDriver->DeviceObject;

	IoDeleteDevice(pDev);                                           // 调用IoDeleteDevice用于删除设备

	RtlInitUnicodeString(&SymLinkName, L"\\??\\LySharkDriver");     // 初始化字符串将symLinkName定义成需要删除的符号链接名称

	IoDeleteSymbolicLink(&SymLinkName);                             // 调用IoDeleteSymbolicLink删除符号链接

	DbgPrint("驱动卸载完毕...");

}

// 创建设备连接

// LyShark.com

NTSTATUS CreateDriverObject(IN PDRIVER_OBJECT pDriver)

{

	NTSTATUS Status;

	PDEVICE_OBJECT pDevObj;

	UNICODE_STRING DriverName;

	UNICODE_STRING SymLinkName;

	// 创建设备名称字符串

	RtlInitUnicodeString(&DriverName, L"\\Device\\LySharkDriver");

	Status = IoCreateDevice(pDriver, 0, &DriverName, FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0, TRUE, &pDevObj);

	// 指定通信方式为缓冲区

	pDevObj->Flags |= DO_BUFFERED_IO;

	// 创建符号链接

	RtlInitUnicodeString(&SymLinkName, L"\\??\\LySharkDriver");

	Status = IoCreateSymbolicLink(&SymLinkName, &DriverName);

	return STATUS_SUCCESS;

}

// 创建回调函数

NTSTATUS DispatchCreate(PDEVICE_OBJECT pDevObj, PIRP pIrp)

{

	pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;          // 返回成功

	DbgPrint("派遣函数 IRP_MJ_CREATE 执行 \n");

	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);        // 指示完成此IRP

	return STATUS_SUCCESS;                           // 返回成功

}

// 关闭回调函数

NTSTATUS DispatchClose(PDEVICE_OBJECT pDevObj, PIRP pIrp)

{

	pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;          // 返回成功

	DbgPrint("派遣函数 IRP_MJ_CLOSE 执行 \n");

	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);        // 指示完成此IRP

	return STATUS_SUCCESS;                           // 返回成功

}

// 默认派遣函数

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;

}

// 入口函数

// By: LyShark

NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT pDriver, PUNICODE_STRING RegistryPath)

{

	DbgPrint("hello lyshark \n");

	// 调用创建设备

	CreateDriverObject(pDriver);

	pDriver->DriverUnload = UnDriver;                          // 卸载函数

	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = DispatchCreate;    // 创建派遣函数

	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = DispatchClose;      // 关闭派遣函数

	// 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("驱动加载完成...");

	return STATUS_SUCCESS;

}

代码运行效果如下：

通用框架有了，接下来就是让该驱动支持使用ReadWrite的方式实现通信，首先我们需要在DriverEntry处增加两个派遣处理函数的初始化。

// 入口函数

// By: LyShark

NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT pDriver, PUNICODE_STRING RegistryPath)

{

	DbgPrint("hello lyshark \n");

	// 调用创建设备

	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;                          // 卸载函数

	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = DispatchCreate;    // 创建派遣函数

	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = DispatchClose;      // 关闭派遣函数

	// 增加派遣处理

	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_READ] = DispatchRead;        // 读取派遣函数

	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE] = DispatchWrite;      // 写入派遣函数

	DbgPrint("驱动加载完成...");

	return STATUS_SUCCESS;

}

接着，我们需要分别实现这两个派遣处理函数，如下DispatchRead负责读取时触发，与之对应DispatchWrite负责写入触发。

引言：
对于读取请求I/O管理器分配一个与用户模式的缓冲区大小相同的系统缓冲区SystemBuffer，当完成请求时I/O管理器将驱动程序已经提供的数据从系统缓冲区复制到用户缓冲区。
对于写入请求，会分配一个系统缓冲区并将SystemBuffer设置为地址，用户缓冲区的内容会被复制到系统缓冲区，但是不设置UserBuffer缓冲。

通过IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp)接收读写请求长度，偏移等基本参数，AssociatedIrp.SystemBuffer则是读写缓冲区，IoStatus.Information是输出缓冲字节数，Parameters.Read.Length是读取写入的字节数。

// 读取回调函数

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("读取长度：%d \n", ulReadLength);

	// 取出字符串前5个字节返回给R3层

	memcpy(pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer, szBuf, ulReadLength);

	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);

	return Status;

}

// 接收传入回调函数

// 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;

	// 输出传入字符串

	DbgPrint("传入长度: %d 传入数据: %s \n", ulWriteLength, ulWriteData);

	IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);

	return Status;

}

如上部分都是在讲解驱动层面的读写派遣，应用层还没有介绍，在应用层我们只需要调用ReadFile函数当调用该函数时驱动中会使用DispatchRead派遣例程来处理这个请求，同理调用WriteFile函数则触发的是DispatchWrite派遣例程。

我们首先从内核中读出前五个字节并放入缓冲区内，输出该缓冲区内的数据，然后在调用写入，将hello lyshark写回到内核里里面，这段代码可以这样来写。

#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;

  }

  // 从内核读取数据到本地

  char buffer[128] = { 0 };

  ULONG length;

  // 读入到buffer长度为5

  // By:lyshark.com

  ReadFile(hDevice, buffer, 5, &length, 0);

  for (int i = 0; i < (int)length; i++)

  {

    printf("读取字节: %c", buffer[i]);

  }

  // 写入数据到内核

  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;

}

使用驱动工具安装我们的驱动，然后运行该应用层程序，实现通信，效果如下所示：

巴特西

驱动开发：通过ReadFile与内核层通信

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