CreateFile DeviceIoControl dwIoControlCode——应用程序与驱动程序通信

Posted 2020-09-19 刘收获

　　在“进程内存管理器中”的一个Ring0，Ring3层通信问题，之前也见过这样的代码，这次拆分出来详细总结一下。

　　先通过CreateFile函数得到设备句柄，CreateFile函数原型：

　　

HANDLE CreateFile(
    LPCTSTR lpFileName,                         // 文件名/设备路径 设备的名称
    DWORD dwDesiredAccess,                      // 访问方式
    DWORD dwShareMode,                          // 共享方式
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, // 安全描述符指针
    DWORD dwCreationDisposition,                // 创建方式
    DWORD dwFlagsAndAttributes,                 // 文件属性及标志
    HANDLE hTemplateFile                        // 模板文件的句柄
);

打开：createFile

关闭：closehandle

与普通文件名有所不同，设备驱动的“文件名”(常称为“设备路径”)形式固定为“\\\\.\\DeviceName”(注意写法为“\\\\\\\\.\\\\DeviceName”)，DeviceName必须与设备驱动程序内定义的设备名称一致。

在“进程内存管理器”中：

Ring0层的kProcessMemory.h

#define DEVICE_NAME L"\\\\Device\\\\KProcessMemoryDeviceName"
#define LINK_NAME L"\\\\DosDevices\\\\KProcessMemoryLinkName"

 

Ring3层的ProcessMemoryManager.cpp

OpenDeviceObject(L"\\\\\\\\.\\\\KProcessMemoryLinkName");

BOOL OpenDeviceObject(LPCTSTR DeviceFullPathData)
{
m_DeviceHandle = CreateFile(DeviceFullPathData,
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE,
NULL,
OPEN_EXISTING,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
NULL);

if (m_DeviceHandle == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
return FALSE;
}

return TRUE;

}

可以看到在kProcessMemory.h中define了一个驱动设备名和一个符号链接名。

驱动设备名是调用IoCreateDevice时使用的，IoCreateDevice函数原型：

NTSTATUS IoCreateDevice(
  _In_      PDRIVER_OBJECT DriverObject,
  _In_      ULONG DeviceExtensionSize,
  _In_opt_  PUNICODE_STRING DeviceName,
  _In_      DEVICE_TYPE DeviceType,
  _In_      ULONG DeviceCharacteristics,
  _In_      BOOLEAN Exclusive,
  _Out_     PDEVICE_OBJECT *DeviceObject
);

驱动程序中调用IoCreateDevice函数：

RtlInitUnicodeString(&DeviceName, DEVICE_NAME);
Status = IoCreateDevice(DriverObject, 0, &DeviceName, FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0, FALSE, &DeviceObject);

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

winobj和DeviceTree可以用来查看这些信息。

关于驱动设备名和符号链接名，可以参考这篇博客：

http://www.cnblogs.com/findumars/p/5636505.html

 

接着回到CreateFile函数上来，它的第二个参数，dwDesireAceess访问方式，一般设置为0或GENERIC_READ|GENERIC_WRITE，共享方式参数设置为FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE，创建方式参数设置为OPEN_EXISTING，其它参数一般设置为0或NULL。

 

Ring3层的CreateFile函数获取了设备句柄后，将使用DeviceIoControl函数向指定的设备驱动发送一个IO控制码，驱动程序通过这个控制码来完成特定的工作。该函数原型如下：

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
);

　　先介绍IO控制码,驱动程序可以通过CTL_CODE宏来组合定义一个控制码，并在IRP_MJ_DEVICE_CONTROL的实现中进行控制码的操作。在驱动层，IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode表示了这个控制码。发送不同的控制码，可以调用设备驱动程序的不同类型的功能。在头文件winioctl.h中，预定义的标准设备控制码，都以IOCTL或FSCTL开头。例如，IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY是对物理驱动器取结构参数（介质类型、柱面数、每柱面磁道数、每磁道扇区数等）的控制码，FSCTL_LOCK_VOLUME是对逻辑驱动器的卷加锁的控制码。

 

lpInBuffer

由用户层发送的缓冲区数据。在“进程内存管理器“程序中，我们是通过进程ID来查询进程内存，故传入的是进程ID.在驱动层，依传输类型的不同，输入缓冲区的位置亦不同，见下表。

传输类型	位置
METHOD_IN_DIRECT	irp->AssociatedIrp.SystemBuffer
METHOD_OUT_DIRECT	irp->AssociatedIrp.SystemBuffer
METHOD_BUFFERED	irp->AssociatedIrp.SystemBuffer
METHOD_NEITHER	irpStack->Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer

nInBufferSize

由用户层发送的缓冲区大小。在驱动层，这个值是IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength。

 

lpOutBuffer

由用户层指定，用于接收驱动层返回数据的缓冲区。在驱动层，依传输类型的不同，输出缓冲区的位置亦不同，见下表。

传输类型	位置
METHOD_IN_DIRECT	irp->MdlAddress
METHOD_OUT_DIRECT	irp->MdlAddress
METHOD_BUFFERED	irp->AssociatedIrp.SystemBuffer
METHOD_NEITHER	irp->UserBuffer

nOutBufferSize

由用户层指定，用于接收驱动层返回数据的缓冲区大小。在驱动层，这个值是IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength。

 

lpBytesReturned

由用户层指定，用于接收驱动层实际返回数据大小。在驱动层，这个值是irp->IoStatus->Information。

 

lpOverlapped

用于异步操作。

 

程序中的派遣函数：

#define CTL_QUERY_PROCESS_MEMORY \\
CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x830,METHOD_NEITHER,FILE_ANY_ACCESS)

#define CTL_READ_PROCESS_MEMORY \\
CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x831,METHOD_NEITHER,FILE_ANY_ACCESS)

#define CTL_WRITE_PROCESS_MEMORY \\
CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x832,METHOD_NEITHER,FILE_ANY_ACCESS)

......

 

RtlInitUnicodeString(&DeviceName, DEVICE_NAME);
Status = IoCreateDevice(DriverObject, 0, &DeviceName, FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0, FALSE, &DeviceObject);

......

RtlInitUnicodeString(&LinkName, LINK_NAME);
Status = IoCreateSymbolicLink(&LinkName, &DeviceName);

......

DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = DeviceControlDispatch;

NTSTATUS DeviceControlDispatch(PDEVICE_OBJECT DeviceObject, PIRP Irp)
{

    NTSTATUS Status = STATUS_SUCCESS;
    ULONG    IoControlCode = 0;
    ULONG    InputLength = 0;
    SIZE_T   OutputLength = 0;
    PVOID    InputData = NULL;
    PVOID    OutputData = NULL;

    PIO_STACK_LOCATION IoStackLocation = IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp);
    IoControlCode = IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;
    //BufferIO
    //InputData = OutputData = Irp->AssociatedIrp.SystemBuffer;  
    /*
    直接方式DO_DIRECT_IO / 非直接方式(缓冲方式)DO_BUFFERD_IO
        1) 在buffered(AssociatedIrp.SystemBuffer)方式中，I/O管理器先创建一个与用户模式数据缓冲区大小相等的系统缓冲区。而你的驱动程序将使用这个系统缓冲区工作。
           I/O管理器负责在系统缓冲区和用户模式缓冲区之间复制数据。
        2) 在direct(MdlAddress)方式中，I/O管理器锁定了包含用户模式缓冲区的物理内存页，并创建一个称为MDL(内存描述符表)的辅助数据结构来描述锁定页。
           因此你的驱动程序将使用MDL工作。
        3) 在neither(UserBuffer)方式中，I/O管理器仅简单地把用户模式的虚拟地址传递给你。
           而使用用户模式地址的驱动程序应十分小心。
    */
    //Neither方式提高了通信效率，但是不够安全，在读写之前应使用ProbeForRead和ProbeForWrite函数探测地址是可读和可写
    //详见eDiary笔记中“Driver——DeviceIoControl函数与IoControlCode”
    InputData = IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer;//得到Ring3的输入缓冲区地址
    OutputData = Irp->UserBuffer;                                            //得到Ring3的输出缓冲区地址
    InputLength = IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength;
    OutputLength = IoStackLocation->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength;

    switch (IoControlCode)   //IO控制码
    {
    case CTL_QUERY_PROCESS_MEMORY:
    {
        if (!MmIsAddressValid(OutputData))
        {
            Irp->IoStatus.Status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
            Irp->IoStatus.Information = 0;
            break;
        }
        if (InputLength != sizeof(ULONG) || InputData == NULL)
        {
            Irp->IoStatus.Status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
            Irp->IoStatus.Information = 0;
            break;
        }
        __try
        {

            ProbeForWrite(OutputData, OutputLength, 1);  //检测内存是否可写,这个函数需要在用户模式下使用，详见MSDN:
            //If Irp->RequestorMode = KernelMode, the Irp->AssociatedIrp.SystemBuffer and Irp->UserBuffer fields do not contain user-mode addresses,
            //and a call to ProbeForWrite to probe a buffer pointed to by either field will raise an exception.

            Status = RtlQueryVirtualMemory(*(PULONG)InputData, OutputData, OutputLength);
            Irp->IoStatus.Information = 0;
            Irp->IoStatus.Status = Status;

        }
        __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
        {
            Irp->IoStatus.Information = 0;
            Status = Irp->IoStatus.Status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
        }
        break;
    }
    case CTL_READ_PROCESS_MEMORY:
    {

        if (!MmIsAddressValid(OutputData) || OutputLength>MAX_LENGTH)
        {
            Irp->IoStatus.Status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
            Irp->IoStatus.Information = 0;
            break;
        }

        if (InputLength != sizeof(READ_OPERATION) || InputData == NULL)
        {
            Irp->IoStatus.Status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
            Irp->IoStatus.Information = 0;

            break;
        }
        __try
        {

            ProbeForWrite(OutputData, OutputLength, 1);
            Status = RtlReadVirtualMemory(InputData, OutputData, OutputLength);
            Irp->IoStatus.Information = 0;
            Irp->IoStatus.Status = Status;

        }
        __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
        {
            Irp->IoStatus.Information = 0;
            Status = Irp->IoStatus.Status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
        }

        break;
    }
    case CTL_WRITE_PROCESS_MEMORY:
    {

        if (InputLength < sizeof(WRITE_OPERATION) || InputData == NULL)
        {
            Irp->IoStatus.Status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
            Irp->IoStatus.Information = 0;

            break;
        }
        __try
        {
            Status = RtlWriteVirtualMemory(InputData);
            Irp->IoStatus.Information = 0;
            Irp->IoStatus.Status = Status;

        }
        __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
        {
            Irp->IoStatus.Information = 0;
            Status = Irp->IoStatus.Status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
        }
        break;
    }
    default:
    {

        Irp->IoStatus.Information = 0;
        Status = Irp->IoStatus.Status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
        break;
    }
    }


    IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);       //将Irp返回给IO管理器
    return Status;
}