应用程序与驱动程序通信 DeviceIoControl

本文为转载，参考链接地址

https://blog.csdn.net/li_wen01/article/details/80137566

https://www.cnblogs.com/lsh123/p/7354573.html

DeviceIoControl 将控制代码直接发送到指定的设备驱动程序，使相应的设备执行相应的操作。

这种通信方式，就是驱动程序和应用程序自定义一种IO控制码，然后调用DeviceIoControl函数，IO管理器会产生一个MajorFunction 为IRP_MJ_DEVICE_CONTROL（DeviceIoControl函数会产生此IRP），MinorFunction 为自己定义的控制码的IRP，系统就调用相应的处理IRP_MJ_DEVICE_CONTROL的派遣函数，你在派遣函数中判断MinorFunction ，是自定义的控制码你就进行相应的处理。

BOOL DeviceIoControl(
HANDLE hDevice,
DWORD dwIoControlCode,
LPVOID lpInBuffer,
DWORD nInBufferSize,
LPVOID lpOutBuffer,
DWORD nOutBufferSize,
LPDWORD lpBytesReturned,
LPOVERLAPPED lpOverlapped
);

hDevice [in]
需要执行操作的设备句柄。该设备通常是卷，目录，文件或流，使用 CreateFile 函数打开获取设备句柄。具体的见备注
dwIoControlCode [in]
操作的控制代码，该值标识要执行的特定操作以及执行该操作的设备的类型，有关控制代码的列表，请参考备注。每个控制代码的文档都提供了lpInBuffer，nInBufferSize，lpOutBuffer和nOutBufferSize参数的使用细节。
lpInBuffer [in, optional]
（可选）指向输入缓冲区的指针。这些数据的格式取决于dwIoControlCode参数的值。如果dwIoControlCode指定不需要输入数据的操作，则此参数可以为NULL。
nInBufferSize [in]
输入缓冲区以字节为单位的大小。单位为字节。
lpOutBuffer [out, optional]
（可选）指向输出缓冲区的指针。这些数据的格式取决于dwIoControlCode参数的值。如果dwIoControlCode指定不返回数据的操作，则此参数可以为NULL。
nOutBufferSize [in]
输出缓冲区以字节为单位的大小。单位为字节。
lpBytesReturned [out, optional]
（可选）指向一个变量的指针，该变量接收存储在输出缓冲区中的数据的大小。如果输出缓冲区太小，无法接收任何数据，则GetLastError返回ERROR_INSUFFICIENT_BUFFER,错误代码122(0x7a)，此时lpBytesReturned是零。
如果输出缓冲区太小而无法保存所有数据，但可以保存一些条目，某些驱动程序将返回尽可能多的数据,在这种情况下，调用失败，GetLastError返回ERROR_MORE_DATA,错误代码234，lpBytesReturned指示接收到的数据量。您的应用程序应该再次使用相同的操作调用DeviceIoControl，指定一个新的起点。
如果lpOverlapped为NULL，则lpBytesReturned不能为NULL。即使操作没有返回输出数据并且lpOutBuffer为NULL，DeviceIoControl也会使用lpBytesReturned。在这样的操作之后，lpBytesReturned的值是没有意义的。
如果lpOverlapped不为NULL，则lpBytesReturned可以为NULL。如果此参数不为NULL并且操作返回数据，则在重叠操作完成之前，lpBytesReturned是无意义的。要检索返回的字节数，请调用GetOverlappedResult,如果hDevice与I / O完成端口相关联，则可以检索通过调用GetQueuedCompletionStatus返回的字节数。
lpOverlapped [in, out, optional]
（可选）指向OVERLAPPED结构的指针,
如果在未指定FILE_FLAG_OVERLAPPED的情况下打开hDevice，则忽略lpOverlapped。
如果使用FILE_FLAG_OVERLAPPED标志打开hDevice，则该操作将作为重叠（异步）操作执行。在这种情况下，lpOverlapped必须指向包含事件对象句柄的有效OVERLAPPED结构。否则，该功能将以不可预知的方式失败。
对于重叠操作，DeviceIoControl会立即返回，并在操作完成时通知事件对象。否则，该功能在操作完成或发生错误之前不会返回。

返回值:
如果操作成功完成，DeviceIoControl将返回一个非零值。

如果操作失败或正在等待，则DeviceIoControl返回零。要获得扩展的错误信息，请调用GetLastError。

一. 先谈一下这个定义IO控制码，其实可以看作是一种通信协议。

看看CTL_CODE原型：

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

　可以看到，这个宏四个参数，自然是一个32位分成了4部分，高16位存储设备类型，14~15位访问权限，2～13位操作功能，最后0，1两位就是确定缓冲区是如何与I/O和文件系统数据缓冲区进行数据传递方式，最常见的就是METHOD_BUFFERED。

自定义CTL_CODE：

　　#define IOCTL_Device_Function CTL_CODE(DeviceType, Function, Method, Access)

　　IOCTL_Device_Function：生成的IRP的MinorFunction

　　DeviceType：设备对象的类型。设备类型可参考：http://blog.csdn.net/liyun123gx/article/details/38058965

　　Function ：自定义的IO控制码。自己定义时取0x800到0xFFF，因为0x0到0x7FF是微软保留的。

　　Method ：数据的操作模式。

METHOD_BUFFERED：缓冲区模式

METHOD_IN_DIRECT：直接写模式

METHOD_OUT_DIRECT：直接读模式

METHOD_NEITHER ：Neither模式

Access：访问权限，可取值有：

FILE_ANY_ACCESS：表明用户拥有所有的权限

FILE_READ_DATA：表明权限为只读

FILE_WRITE_DATA：表明权限为可写

也可以 FILE_WRITE_DATA | FILE_READ_DATA：表明权限为可读可写，但还没达到FILE_ANY_ACCESS的权限。

继续介绍这个缓冲区数据传递方式Method：

　　Method表示Ring3/Ring0的通信中的内存访问方式，有四种方式：
　　#define METHOD_BUFFERED                0
　　#define METHOD_IN_DIRECT               1
　　#define METHOD_OUT_DIRECT              2
　　#define METHOD_NEITHER                  3

（1）如果使用METHOD_BUFFERED，表示系统将用户的输入输出都经过pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer来缓冲，因此这种方式的通信比较安全。

　　METHOD_BUFFERED方式相当于对Ring3的输入输出都进行了缓冲。

METHOD_BUFFERED方式（借图）：

　　（2）如果使用METHOD_IN_DIRECT或METHOD_OUT_DIRECT方式，表示系统会将输入缓冲在pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer中，并将输出缓冲区锁定，然后在内核模式下重新映射一段地址，这样也是比较安全的。

　　METHOD_IN_DIRECT和METHOD_OUT_DIRECT可称为"直接方式"，是指系统依然对Ring3的输入缓冲区进行缓冲，但是对Ring3的输出缓冲区并没有缓冲，而是在内核中进行了锁定。这样Ring3输出缓冲区在驱动程序完成I/O请求之前，都是无法访问的，从一定程度上保障了安全性。如图21.1.14所示。
这两种方式，对于Ring3的输入缓冲区和METHOD_BUFFERED方式是一致的。对于Ring3的输出缓冲区，首先由系统锁定，并使用pIrp->MdlAddress来描述这段内存，驱动程序需要使用MmGetSystemAddressForMdlSafe函数将这段内存映射到内核内存地址（OutputBuffer），然后可以直接写入OutputBuffer地址，最终在驱动派遣例程返回后，由系统解除这段内存的锁定。

　　METHOD_IN_DIRECT和METHOD_OUT_DIRECT方式的内存访问
　　8METHOD_IN_DIRECT和METHOD_OUT_DIRECT方式的区别，仅在于打开设备的权限上，当以只读权限打开设备时，METHOD_IN_DIRECT方式的IoControl将会成功，而METHOD_OUT_DIRECT方式将会失败。如果以读写权限打开设备，两种方式都会成功。

　　METHOD_IN_DIRECT和METHOD_OUT_DIRECT方式（借图）：

　　（3）如果使用METHOD_NEITHER方式，"其他方式"，虽然通信的效率提高了，但是不够安全。驱动的派遣函数中输入缓冲区可以通过I/O堆栈（IO_STACK_LOCATION）的stack->Parameters.DeviceIo Control.Type3InputBuffer得到。输出缓冲区可以通过pIrp->UserBuffer得到。由于驱动中的派遣函数不能保证传递进来的用户输入和输出地址，因此最好不要直接去读写这些地址的缓冲区。应该在读写前使用ProbeForRead和ProbeForWrite函数探测地址是否可读和可写。

　　METHOD_ NEITHER方式是不进行缓冲的，在驱动中可以直接使用Ring3的输入输出内存地址，

　　驱动程序可以通过pIrpStack->Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer得到Ring3的输入缓冲区地址（其中pIrpStack是IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp)的返回）；通过pIrp-> UserBuffer得到Ring3的输出缓冲区地址。
　　由于METHOD_NEITHER方式并不安全，因此最好对Type3InputBuffer读取之前使用ProbeForRead函数进行探测，对UserBuffer写入之前使用ProbeForWrite函数进行探测，当没有发生异常时，再进行读取和写入操作。

　　METHOD_NEITHER方式（借图）：

二 .定义驱动设备名，符号链接名
　　　定义好了IO控制码CTL_CODE，第二步驱动程序还要准备驱动设备名和符号链接名。

　　　　关于在Ring0层中要设置驱动设备名的同时还要设置符号链接名的原因，是因为只有符号链接名才可以被用户模式下的应用程序识别。

　　　　windows下的设备是以"\Device\[设备名]”形式命名的。例如磁盘分区的c盘，d盘的设备名称就是"\Device\HarddiskVolume1”,"\Device\HarddiskVolume2”, 当然也可以不指定设备名称。　　　　如果IoCreateDevice中没有指定设备名称，那么I/O管理器会自动分配一个数字作为设备的名称。例如"\Device\00000001"。\Device\[设备名]，不容易记忆，通常符号链接可以理解为设备的别名，更重要的是设备名，只能被内核模式下的其他驱动所识别，而别名可以被用户模式下的应用程序识别，例如c盘，就是名为"c:"的符号链接，其真正的设备对象是"\Device\HarddiskVolume1”，所以在写驱动时候，一般我们创建符号链接，即使驱动中没有用到，这也算是一个好的习惯吧。

　　　　驱动中符号链接名是这样写的
　　　　L"\\??\\HelloDDK" --->\??\HelloDDK

　　　　或者
　　　　L"\\DosDevices\\HelloDDK"--->\DosDevices\HelloDDK

　　　　在应用程序中，符号链接名：
　　　　L"\\\\.\\HelloDDK"-->\\.\HelloDDK

　　　　DosDevices的符号链接名就是??, 所以"\\DosDevices\\XXXX"其实就是\\??\\XXXX

#define DEVICE_OBJECT_NAME L"\\Device\\BufferedIODeviceObjectName"

//设备与设备之间通信

#define DEVICE_LINK_NAME L"\\DosDevices\\BufferedIODevcieLinkName"

//设备与Ring3之间通信

三.将符号链接名与设备对象名称关联，等待IO控制码

　　　　驱动程序要做的最后一步，先用IoCreateDevice函数创建设备对象，再用IoCreateSymbolicLink将符号链接名与设备对象名称关联，大功告成，等待IO控制码。

//创建设备对象名称

RtlInitUnicodeString(&DeviceObjectName,DEVICE_OBJECT_NAME);

//创建设备对象

Status = IoCreateDevice(DriverObject,NULL,

&DeviceObjectName,

FILE_DEVICE_UNKNOWN,

0, FALSE,

&DeviceObject);

if (!NT_SUCCESS(Status))

{

return Status;

}

//创建设备连接名称

RtlInitUnicodeString(&DeviceLinkName, DEVICE_LINK_NAME);

//将设备连接名称与设备名称关联

Status = IoCreateSymbolicLink(&DeviceLinkName,&DeviceObjectName);

if (!NT_SUCCESS(Status))

{

IoDeleteDevice(DeviceObject);

return Status;

}

四.应用程序获取设备句柄，发送IO控制码。

　　　驱动程序铺垫打理好之后，应用程序就可以由符号链接名通过CreateFile函数获取到设备句柄DeviceHandle，再用本场的主角，DeviceIoControl通过这个DeviceHandle发送控制码了。

　　　先看看这两个函数：

BOOL WINAPI DeviceIoControl(

_In_ HANDLE hDevice, //CreateFile函数打开的设备句柄

_In_ DWORD dwIoControlCode,//自定义的控制码

_In_opt_ LPVOID lpInBuffer, //输入缓冲区

_In_ DWORD nInBufferSize, //输入缓冲区的大小

_Out_opt_ LPVOID lpOutBuffer, //输出缓冲区

_In_ DWORD nOutBufferSize, //输出缓冲区的大小

_Out_opt_ LPDWORD lpBytesReturned, //实际返回的字节数，对应驱动程序中pIrp->IoStatus.Information。

_Inout_opt_ LPOVERLAPPED lpOverlapped //重叠操作结构指针。同步设为NULL，DeviceIoControl将进行阻塞调用；否则，应在编程时按异步操作设计

);

HANDLE CreateFile(

LPCTSTR lpFileName, //打开的文件名

DWORD dwDesiredAccess, //访问权限

DWORD dwShareMode, //共享模式

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, //安全属性

DWORD dwCreationDisposition, //文件存在与不存在时的文件创建模式

DWORD dwFlagsAndAttributes, //文件属性设定（隐藏、只读、压缩、指定为系统文件等）

HANDLE hTemplateFile //文件副本句柄

);

　　最后总结一下DeviceIoControl的通信流程：

　　　　1.驱动程序和应用程序自定义好IO控制码（CTL_CODE宏四个参数，32位，4部分，存储设备类型，访问权限，操作功能，缓冲区数据传递方式（四种））

　　　　2.驱动程序定义驱动设备名，符号链接名，将符号链接名与设备对象名称关联，等待IO控制码（IoCreateDevice，IoCreateSymbolicLink）

　　　　3.应用程序由符号链接名通过CreateFile函数获取到设备句柄DeviceHandle，再用本场的主角，DeviceIoControl通过这个设备句柄发送控制码给派遣函数。

　　源代码：

　　BufferedIO.h

#pragma once

#include <ntifs.h>

#define CTL_SYS \

CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x830,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)

#define DEVICE_OBJECT_NAME L"\\Device\\BufferedIODeviceObjectName"

//设备与设备之间通信

#define DEVICE_LINK_NAME L"\\DosDevices\\BufferedIODevcieLinkName"

//设备与Ring3之间通信

VOID DriverUnload(PDRIVER_OBJECT DriverObject);

NTSTATUS PassThroughDispatch(PDEVICE_OBJECT DeviceObject, PIRP Irp);

NTSTATUS ControlThroughDispatch(PDEVICE_OBJECT DeviceObject, PIRP Irp);

BufferedIO.c

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#include "BufferedIO.h"

NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT DriverObject, PUNICODE_STRING RegisterPath)

{

NTSTATUS Status = STATUS_SUCCESS;

PDEVICE_OBJECT DeviceObject = NULL;

UNICODE_STRING DeviceObjectName;

UNICODE_STRING DeviceLinkName;

ULONG i;

// 栈

// 堆

// 全局(global Static Const)

DriverObject->DriverUnload = DriverUnload;

//创建设备对象名称

RtlInitUnicodeString(&DeviceObjectName,DEVICE_OBJECT_NAME);

//创建设备对象

Status = IoCreateDevice(DriverObject,NULL,

&DeviceObjectName,

FILE_DEVICE_UNKNOWN,

0, FALSE,

&DeviceObject);

if (!NT_SUCCESS(Status))

{

return Status;

}

//创建设备连接名称

RtlInitUnicodeString(&DeviceLinkName, DEVICE_LINK_NAME);

//将设备连接名称与设备名称关联

Status = IoCreateSymbolicLink(&DeviceLinkName,&DeviceObjectName);

if (!NT_SUCCESS(Status))

{

IoDeleteDevice(DeviceObject);

return Status;

}

//设计符合我们代码的派遣历程

for (i=0;i<IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION;i++)

{

DriverObject->MajorFunction[i] = PassThroughDispatch; //函数指针

}

DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = ControlThroughDispatch;

return Status;

}

//派遣历程

NTSTATUS PassThroughDispatch(PDEVICE_OBJECT DeviceObject,PIRP Irp)

{

Irp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS; //LastError()

Irp->IoStatus.Information = 0; //ReturnLength

IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT); //将Irp返回给Io管理器

return STATUS_SUCCESS;

}

NTSTATUS ControlThroughDispatch(PDEVICE_OBJECT DeviceObject, PIRP Irp)

{

NTSTATUS Status;

ULONG_PTR Informaiton = 0;

PVOID InputData = NULL;

ULONG InputDataLength = 0;

PVOID OutputData = NULL;

ULONG OutputDataLength = 0;

ULONG IoControlCode = 0;

PIO_STACK_LOCATION IoStackLocation = IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp); //Irp堆栈

IoControlCode = IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;

InputData = Irp->AssociatedIrp.SystemBuffer;

OutputData = Irp->AssociatedIrp.SystemBuffer;

InputDataLength = IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength;

OutputDataLength = IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength;

switch (IoControlCode)

{

case CTL_SYS:

{

if (InputData != NULL&&InputDataLength > 0)

{

DbgPrint("%s\r\n", InputData);

}

if (OutputData != NULL&&OutputDataLength >= strlen("Ring0->Ring3") + 1)

{

memcpy(OutputData, "Ring0->Ring3", strlen("Ring0->Ring3") + 1);

Status = STATUS_SUCCESS;

Informaiton = strlen("Ring0->Ring3") + 1;

}

else

{

Status = STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES; //内存不够

Informaiton = 0;

}

break;

}

default:

break;

}

Irp->IoStatus.Status = Status; //Ring3 GetLastError();

Irp->IoStatus.Information = Informaiton;

IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT); //将Irp返回给Io管理器

return Status; //Ring3 DeviceIoControl()返回值

}

VOID DriverUnload(PDRIVER_OBJECT DriverObject)

{

UNICODE_STRING DeviceLinkName;

PDEVICE_OBJECT v1 = NULL;

PDEVICE_OBJECT DeleteDeviceObject = NULL;

RtlInitUnicodeString(&DeviceLinkName, DEVICE_LINK_NAME);

IoDeleteSymbolicLink(&DeviceLinkName);

DeleteDeviceObject = DriverObject->DeviceObject;

while (DeleteDeviceObject != NULL)

{

v1 = DeleteDeviceObject->NextDevice;

IoDeleteDevice(DeleteDeviceObject);

DeleteDeviceObject = v1;

}

IO.cpp

// 缓冲区IO.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。

//

#include "stdafx.h"

#include <windows.h>

#define DEVICE_LINK_NAME L"\\\\.\\BufferedIODevcieLinkName"

#define CTL_SYS \

CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x830,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCESS)

int main()

{

HANDLE DeviceHandle = CreateFile(DEVICE_LINK_NAME,

GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,

FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE,

NULL,

OPEN_EXISTING,

FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,

NULL);

if (DeviceHandle==INVALID_HANDLE_VALUE)

{

return 0;

}

char BufferData = NULL;

DWORD ReturnLength = 0;

BOOL IsOk = DeviceIoControl(DeviceHandle, CTL_SYS,

"Ring3->Ring0",

strlen("Ring3->Ring0")+1,

(LPVOID)BufferData,

0,

&ReturnLength,

NULL);

if (IsOk == FALSE)

{

int LastError = GetLastError();

if (LastError == ERROR_NO_SYSTEM_RESOURCES)

{

char BufferData[MAX_PATH] = { 0 };

IsOk = DeviceIoControl(DeviceHandle, CTL_SYS,

"Ring3->Ring0",

strlen("Ring3->Ring0") + 1,

(LPVOID)BufferData,

MAX_PATH,

&ReturnLength,

NULL);

if (IsOk == TRUE)

{

printf("%s\r\n", BufferData);

}

if (DeviceHandle != NULL)

{

CloseHandle(DeviceHandle);

DeviceHandle = NULL;

}

printf("Input AnyKey To Exit\r\n");

getchar();

return 0;

}

来源：CSDN

作者：Luobooooo

链接：https://blog.csdn.net/Since_lily/article/details/104043144

标签

符号链接

通信

deviceiocontrol