DeviceIoControl 驅動互動

驅動程式通信的函數，除了ReadFile和WriteFile函數還有DeviceIoControl函數，而且DeviceIoControl函數那是相當的彪悍。因為它可以自定義控制碼，你隻要在IRP_MJ_DEVICE_CONTROL對應的派遣函數中讀取控制碼，然後針對控制碼，你就可以實作自定義的功能了。

函數原型：

BOOL WINAPI DeviceIoControl(

__in HANDLEhDevice,

__in DWORDdwIoControlCode,

__in_opt LPVOID lpInBuffer,

__in DWORDnInBufferSize,

__out_opt LPVOID lpOutBuffer,

__in DWORDnOutBufferSize,

__out_opt LPDWORD lpBytesReturned,

__inout_opt LPOVERLAPPED lpOverlapped

);

其中lpBytesReturned的值來自于IRP結構中的pIRP->IoStatus.Information。DeviceIoControl的第二個參數就是控制碼，控制碼是一個32為無符号整型，需要符合DDK的規定。

控制代碼中各資料位字段的含義如下：

◎ DeviceType--裝置類型（31-16bit）指出了裝置的類型，微軟保留了0－7FFFh的取值，剩下的8000h－0FFFFh 供開發商定義新的核心模式驅動程式。我們可以在\include\w2k\ntddk.inc檔案中找到一組FILE_DEVICE_XXX 符号常量，這些值都是微軟保留的值，我們可以使用其中的FILE_DEVICE_UNKNOWN。當然你也可以定義另外一個FILE_DEVICE_XXX值

◎ Access--存取代碼（15-14bit）指明應用程式存取裝置的方式，由于這個字段隻有2位，是以隻有4種可能性：

· FILE_ANY_ACCESS (0)--最大的存取權限，就是什麼操作都可以

· FILE_READ_ACCESS (1)--讀權限，裝置将資料傳遞到指定的緩沖區

· FILE_WRITE_ACCESS (2)--寫權限，可以從記憶體中向裝置傳遞資料

· FILE_READ_ACCESS or FILE_WRITE_ACCESS (3)--讀寫權限，裝置和記憶體緩沖區之間可以互相傳遞資料

◎ Function--功能代碼（13-2bit）用來描述要進行的操作，我們可以用800h－0FFFh來定義自己的I/O控制代碼，

0－7FFh之間的值是被微軟保留的，用來定義公用的I/O控制代碼

◎ Method--緩沖模式（0-1bit）表示I/O管理器如何對輸入和輸出的資料進行緩沖，這個字段的長度是2位，是以有

4種可能性：

·METHOD_BUFFERED (0)--對I/O進行緩沖

·METHOD_IN_DIRECT (1)--對輸入不進行緩沖

·METHOD_OUT_DIRECT (2)--對輸出不進行緩沖

·METHOD_NEITHER (3)--都不緩沖

緩沖區模式雖然會損失點性能，但是其安全性好。

下面将分别講述這幾種模式。

緩沖記憶體模式(對應代碼中的IOCTL_TEST1)

首先要将控制碼中的Method設定為METHOD_BUFFERED。

往驅動中Input資料：在Win32 APIDeviceIoControl函數的内部，使用者提供的輸入緩沖區的内容被複制到IRP的pIRP->AssociatedIrp.SystemBuffer的記憶體位址，複制的位元組是有DeviceControl指定的輸入位元組數。從驅動中Output資料：派遣函數可以向pIRP->AssociatedIrp.SystemBuffer寫入資料，被當做是裝置輸出的資料。作業系統會将AssociatedIrp.SystemBuffer的資料再次複制到DeviceIoControl提供的輸出緩沖區，複制的位元組數有pIrp->IoStatus.Information指定，DeviceIoControl也可以通過參數lpBytesReturned得到複制的位元組數。

原理就是這樣了，理論上就可以實作讀和寫的雙向操作了。

直接記憶體模式(對應代碼中的IOCTL_TEST2)

首先将Method設定為METHOD_IN_DIRECT 或METHOD_OUT_DIRECT ，這兩者的不同隻是展現在打開裝置的權限上，當以隻讀權限打開裝置時，METHOD_IN_DIRECT 就可以順利操作，而METHOD_OUT_DIRECT 就會失敗。如果以讀寫權限打開時，兩者都可以執行成功。

往驅動中Input資料：這部分和上面的緩沖記憶體模式一樣，輸入緩沖區的資料複制到pIrp->AssociateIrp.SystemBuffer記憶體位址，複制的位元組數是按照DeviceIoControl指定的。

從驅動中Output資料：作業系統會為DeviceIoControl指定的輸出緩沖區鎖定，然後在核心模式位址下重新映射到一段位址。在派遣函數中可以先擷取DeviceIoControl指定的輸出緩沖區(lpOutBufferb被記錄在pIrp->AssociateIrp.SystemBuffer)，然後再通過MmGetSystemAddressForMdlSafe擷取其在核位址中的映射值。

其他記憶體模式(對應代碼中的IOCTL_TEST3)

個人覺得這種方式挺麻煩的而且少被用到，由于它是直接通路使用者模式位址，要求調用DeviceIoControl的線程和派遣函數運作在同一個線程裝置上下文中，自己有個印象就行了。

首先将指定的Method參數設定為METHOD_NEITHER。

往驅動中Input資料：通過I/O堆棧的Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer得到DeviceIoControl提供的輸入緩沖區位址，Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength得到其長度。由于不能保證傳遞過來的位址合法，是以需要先要結果ProbeRead函數進行判斷。

從驅動中Output資料：通過pIrp->UserBuffer得到DeviceIoControl函數提供的輸出緩沖區位址，再通過Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength得到輸出緩沖區大小。同樣的要用ProbeWrite函數先進行判斷。

下面給出一個執行個體代碼，來自于張帆的《Windows驅動開發詳解》

首先是控制碼設定：

[cpp] view plain copy

#define IOCTL_TEST1 CTL_CODE(\
FILE_DEVICE_UNKNOWN, \
0x800, \
METHOD_BUFFERED, \
FILE_ANY_ACCESS)
#define IOCTL_TEST2 CTL_CODE(\
FILE_DEVICE_UNKNOWN, \
0x801, \
METHOD_IN_DIRECT, \
FILE_ANY_ACCESS)
#define IOCTL_TEST3 CTL_CODE(\
FILE_DEVICE_UNKNOWN, \
0x802, \
METHOD_NEITHER, \
FILE_ANY_ACCESS)
再是IRP_MJ_DEVICE_CONTROL派遣函數：
NTSTATUSIOCTRLDRIVER_DispatchDeviceControl(
IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
IN PIRP pIrp
)
{
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
PIO_STACK_LOCATION stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
//得到輸入緩沖區大小
ULONG cbin = stack->Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength;
//得到輸出緩沖區大小
ULONG cbout = stack->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength;
//得到IOCTL碼
ULONG code = stack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;
ULONG info = 0;
switch(code)
{
case IOCTL_TEST1:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST1\n"));
UCHAR* InputBuffer =(UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
for (ULONGi=0;i<cbin;i++)
{
KdPrint(("zhui：%X\n",InputBuffer[i]));
}
//操作輸出緩沖區
UCHAR* OutputBuffer =(UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
memset(OutputBuffer,0xAA,cbout);
//設定實際操作輸出緩沖區長度
info = cbout;
break;
}
case IOCTL_TEST2:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST2\n"));
UCHAR* InputBuffer =(UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
for (ULONGi=0;i<cbin;i++)
{
KdPrint(("zhui：%X\n",InputBuffer[i]));
}
//pIrp->MdlAddress為DeviceIoControl輸出緩沖區位址相同
KdPrint(("zhui：UserAddress:0X%08X\n",MmGetMdlVirtualAddress(pIrp->MdlAddress)));
UCHAR* OutputBuffer =(UCHAR*)MmGetSystemAddressForMdlSafe(pIrp->MdlAddress,NormalPagePriority);
//InputBuffer被映射到核心模式下的記憶體位址，必定在0X80000000-0XFFFFFFFF之間
memset(OutputBuffer,0xAA,cbout);
//設定實際操作輸出緩沖區長度
info = cbout;
break;
}
case IOCTL_TEST3:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST3\n"));
UCHAR* UserInputBuffer= (UCHAR*)stack->Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer;
KdPrint(("zhui：UserInputBuffer:0X%0X\n",UserInputBuffer));
//得到使用者模式位址
PVOID UserOutputBuffer= pIrp->UserBuffer;
KdPrint(("zhui：UserOutputBuffer:0X%0X\n",UserOutputBuffer));
__try
{
KdPrint(("zhui：Enter __try block\n"));
//判斷指針是否可讀
ProbeForRead(UserInputBuffer,cbin,4);
//顯示輸入緩沖區内容
for (ULONGi=0;i<cbin;i++)
{
KdPrint(("zhui：%X\n",UserInputBuffer[i]));
}
//判斷指針是否可寫
ProbeForWrite(UserOutputBuffer,cbout,4);
//操作輸出緩沖區
memset(UserOutputBuffer,0xAA,cbout);
//由于在上面引發異常，是以以後語句不會被執行!
info = cbout;
KdPrint(("zhui：Leave __try block\n"));
}
__except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
{
KdPrint(("zhui：Catch the exception\n"));
KdPrint(("zhui：The program will keep going\n"));
status =STATUS_UNSUCCESSFUL;
}
info = cbout;
break;
}
default:
status =STATUS_INVALID_DEVICE_REQUEST;
break;
}
pIrp->IoStatus.Status = status;
pIrp->IoStatus.Information = info;
IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
return status;
}

測試的main函數：

[cpp] view plain copy

int main()
{
HANDLE hDevice =
CreateFile("\\\\.\\HelloDDK",
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
0, // share mode none
NULL, // no security
OPEN_EXISTING,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
NULL); // no template
if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
printf("Failed to obtainfile handle to device: "
"%s with Win32error code: %d\n",
"MyWDMDevice", GetLastError() );
return 1;
}
UCHAR InputBuffer[10];
UCHAR OutputBuffer[10];
//将輸入緩沖區全部置成0XBB
memset(InputBuffer,0xBB,10);
DWORD dwOutput;
//輸入緩沖區作為輸入，輸出緩沖區作為輸出
BOOL bRet;
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST1, InputBuffer, 10,&OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%dbytes\n",dwOutput);
for (inti=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST2, InputBuffer, 10,&OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%dbytes\n",dwOutput);
for (inti=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST3, InputBuffer, 10,&OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%dbytes\n",dwOutput);
for (int i=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
CloseHandle(hDevice);
return 0;
}

首先是控制碼設定：

[cpp] view plain copy

#define IOCTL_TEST1 CTL_CODE(\
FILE_DEVICE_UNKNOWN, \
0x800, \
METHOD_BUFFERED, \
FILE_ANY_ACCESS)
#define IOCTL_TEST2 CTL_CODE(\
FILE_DEVICE_UNKNOWN, \
0x801, \
METHOD_IN_DIRECT, \
FILE_ANY_ACCESS)
#define IOCTL_TEST3 CTL_CODE(\
FILE_DEVICE_UNKNOWN, \
0x802, \
METHOD_NEITHER, \
FILE_ANY_ACCESS)

再是IRP_MJ_DEVICE_CONTROL派遣函數：

[cpp] view plain copy

NTSTATUS IOCTRLDRIVER_DispatchDeviceControl(
IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
IN PIRP pIrp
)
{
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
PIO_STACK_LOCATION stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
//得到輸入緩沖區大小
ULONG cbin = stack->Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength;
//得到輸出緩沖區大小
ULONG cbout = stack->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength;
//得到IOCTL碼
ULONG code = stack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;
ULONG info = 0;
switch(code)
{
case IOCTL_TEST1:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST1\n"));
UCHAR* InputBuffer = (UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
for (ULONG i=0;i<cbin;i++)
{
KdPrint(("zhui：%X\n",InputBuffer[i]));
}
//操作輸出緩沖區
UCHAR* OutputBuffer = (UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
memset(OutputBuffer,0xAA,cbout);
//設定實際操作輸出緩沖區長度
info = cbout;
break;
}
case IOCTL_TEST2:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST2\n"));
UCHAR* InputBuffer = (UCHAR*)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
for (ULONG i=0;i<cbin;i++)
{
KdPrint(("zhui：%X\n",InputBuffer[i]));
}
//pIrp->MdlAddress為DeviceIoControl輸出緩沖區位址相同
KdPrint(("zhui：User Address:0X%08X\n",MmGetMdlVirtualAddress(pIrp->MdlAddress)));
UCHAR* OutputBuffer = (UCHAR*)MmGetSystemAddressForMdlSafe(pIrp->MdlAddress,NormalPagePriority);
//InputBuffer被映射到核心模式下的記憶體位址，必定在0X80000000-0XFFFFFFFF之間
memset(OutputBuffer,0xAA,cbout);
//設定實際操作輸出緩沖區長度
info = cbout;
break;
}
case IOCTL_TEST3:
{
KdPrint(("zhui：IOCTL_TEST3\n"));
UCHAR* UserInputBuffer = (UCHAR*)stack->Parameters.DeviceIoControl.Type3InputBuffer;
KdPrint(("zhui：UserInputBuffer:0X%0X\n",UserInputBuffer));
//得到使用者模式位址
PVOID UserOutputBuffer = pIrp->UserBuffer;
KdPrint(("zhui：UserOutputBuffer:0X%0X\n",UserOutputBuffer));
__try
{
KdPrint(("zhui：Enter __try block\n"));
//判斷指針是否可讀
ProbeForRead(UserInputBuffer,cbin,4);
//顯示輸入緩沖區内容
for (ULONG i=0;i<cbin;i++)
{
KdPrint(("zhui：%X\n",UserInputBuffer[i]));
}
//判斷指針是否可寫
ProbeForWrite(UserOutputBuffer,cbout,4);
//操作輸出緩沖區
memset(UserOutputBuffer,0xAA,cbout);
//由于在上面引發異常，是以以後語句不會被執行!
info = cbout;
KdPrint(("zhui：Leave __try block\n"));
}
__except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
{
KdPrint(("zhui：Catch the exception\n"));
KdPrint(("zhui：The program will keep going\n"));
status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
}
info = cbout;
break;
}
default:
status = STATUS_INVALID_DEVICE_REQUEST;
break;
}
pIrp->IoStatus.Status = status;
pIrp->IoStatus.Information = info;
IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
return status;
}

測試的main函數：

[cpp] view plain copy

int main()
{
HANDLE hDevice =
CreateFile("\\\\.\\HelloDDK",
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
0, // share mode none
NULL, // no security
OPEN_EXISTING,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
NULL ); // no template
if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
printf("Failed to obtain file handle to device: "
"%s with Win32 error code: %d\n",
"MyWDMDevice", GetLastError() );
return 1;
}
UCHAR InputBuffer[10];
UCHAR OutputBuffer[10];
//将輸入緩沖區全部置成0XBB
memset(InputBuffer,0xBB,10);
DWORD dwOutput;
//輸入緩沖區作為輸入，輸出緩沖區作為輸出
BOOL bRet;
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST1, InputBuffer, 10, &OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%d bytes\n",dwOutput);
for (int i=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X ",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST2, InputBuffer, 10, &OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%d bytes\n",dwOutput);
for (int i=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X ",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
bRet = DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST3, InputBuffer, 10, &OutputBuffer, 10, &dwOutput, NULL);
if (bRet)
{
printf("Output buffer:%d bytes\n",dwOutput);
for (int i=0;i<(int)dwOutput;i++)
{
printf("%02X ",OutputBuffer[i]);
}
printf("\n");
}
CloseHandle(hDevice);
return 0;
}