基于Windows2000的過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

1、基于windows2000的過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)wdm(windows driver mode)是微軟公司為windows的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的一種通用的驅(qū)動(dòng)程序模型。相比以前的kdm和vxd來(lái)說(shuō)，他的性能更高、系統(tǒng)之間移植越發(fā)便利。所以，隨著系統(tǒng)的升級(jí)，wdm已經(jīng)成為windows 2000系統(tǒng)下驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的主流。作為wdm模型之中一類(lèi)特別的驅(qū)動(dòng)程序，過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序(filter driver)可以在不更改現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)程序的狀況下，便利地修改、增強(qiáng)現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)程序的功能。特殊是對(duì)于windows 2000已經(jīng)提供了通用驅(qū)動(dòng)程序的硬件設(shè)備，通過(guò)編寫(xiě)過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序，可以以較小的代價(jià)擴(kuò)展硬件現(xiàn)有的功能。因此具有

2、很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1 windows 2000 io哀求處理結(jié)構(gòu)1所示，windows 2000是分態(tài)的操作系統(tǒng)。用戶(hù)應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶(hù)態(tài)，操作系統(tǒng)代碼(如系統(tǒng)服務(wù)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序)在核心態(tài)下運(yùn)行。用戶(hù)態(tài)程序只能調(diào)用win32子系統(tǒng)提供的api來(lái)同設(shè)備交互，當(dāng)哀求傳遞到io管理器時(shí)，他舉行須要的參數(shù)匹配和操作平安性檢查，然后由這個(gè)哀求構(gòu)造出合適的irp(io request package，io哀求包)，并把此irp傳遞到適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序去，并給應(yīng)用程序一個(gè)消息，通知這次io操作還沒(méi)完成。驅(qū)動(dòng)程序普通通過(guò)硬件抽象層來(lái)和硬件交互，從而完成io哀求工作。驅(qū)動(dòng)程序完成io操作后，他將調(diào)用一個(gè)特別的內(nèi)核

3、服務(wù)例程來(lái)完成irp。這時(shí)，io管理器把數(shù)據(jù)和結(jié)果返回給win32和用戶(hù)應(yīng)用程序。2 wdm驅(qū)動(dòng)程序模型體系結(jié)構(gòu)windows驅(qū)動(dòng)程序模型重新定義驅(qū)動(dòng)程序分層用法了2的層次結(jié)構(gòu)。圖中左邊是一個(gè)設(shè)備對(duì)象堆棧。設(shè)備對(duì)象是系統(tǒng)為協(xié)助軟件管理硬件而創(chuàng)建的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個(gè)物理硬件可以有多個(gè)這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。處于堆棧最底層的設(shè)備對(duì)象稱(chēng)為物理設(shè)備對(duì)象pdo(physical device object)，代表了設(shè)備和之間的銜接。在設(shè)備對(duì)象堆棧的中間的對(duì)象稱(chēng)為功能設(shè)備對(duì)象fdo(functional device object)，代表了設(shè)備的功能。在fdo的上面和下面還會(huì)有一些過(guò)濾器設(shè)備對(duì)象fido(filter

4、 device object)。位于fdo上面的過(guò)濾器設(shè)備對(duì)象稱(chēng)為上層過(guò)濾器，位于fdo下面(但仍在pdo之上)的過(guò)濾器設(shè)備對(duì)象稱(chēng)為下層過(guò)濾器?？偩€(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)枚舉他的總線(xiàn)，這意味著發(fā)覺(jué)總線(xiàn)上的所有設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備何時(shí)被添加或刪除并為每個(gè)設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)pdo。功能驅(qū)動(dòng)程序知道如何控制設(shè)備的主要功能，他分層在總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序的上面。功能驅(qū)動(dòng)程序創(chuàng)建一個(gè)功能設(shè)備對(duì)象，放在設(shè)備棧中。對(duì)總線(xiàn)上的全部設(shè)備，總線(xiàn)過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序被加在總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序之上；設(shè)備過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序僅對(duì)特定的設(shè)備添加。上層的過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序在功能驅(qū)動(dòng)程序之上，而下層過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序在功能驅(qū)動(dòng)程序之下。這種層次結(jié)構(gòu)可以使io哀求過(guò)程越發(fā)明白。io管理器發(fā)送的

5、irp，先被送到設(shè)備堆棧的上層過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序(fido)，他可以按照要求打算irp的處理方式，是沿著設(shè)備棧繼續(xù)向下傳，或者是做一些額外的處理。依次，每一層驅(qū)動(dòng)程序都可以打算如何處理irp。高層的驅(qū)動(dòng)程序可以把哀求劃分成更容易的哀求并傳遞給下層驅(qū)動(dòng)程序。中間層次的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)一步處理哀求，將一個(gè)irp中的哀求劃分為若干個(gè)小的哀求并傳給下層驅(qū)動(dòng)程序。最后，最低層的驅(qū)動(dòng)程序與硬件打交道。因此一些irp在到達(dá)總線(xiàn)程序之前，在設(shè)備棧傳遞過(guò)程中可能就被過(guò)濾掉了。3 過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序是一種中間驅(qū)動(dòng)程序，他位于其他的驅(qū)動(dòng)程序?qū)哟沃g。過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序可以監(jiān)視、攔截和修改irp流，在不影響其他驅(qū)動(dòng)程序的前提

6、下提供一些附加的功能。他的功能可分為：(1)利用過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序修改現(xiàn)有功能驅(qū)動(dòng)程序的行為而不必重新編寫(xiě)功能驅(qū)動(dòng)程序。(2)上層過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序在功能驅(qū)動(dòng)程序之前看到irp，可以很便利地為用戶(hù)提供額外的特征。還可以修正功能驅(qū)動(dòng)程序或硬件存在的毛病或缺陷。(3)下層過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序在功能驅(qū)動(dòng)程序要向總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送irp時(shí)看到irp?？梢员O(jiān)視、攔截、修改功能驅(qū)動(dòng)程序要執(zhí)行的總線(xiàn)操作流，截獲數(shù)據(jù)，舉行須要的數(shù)據(jù)處理，再將處理過(guò)的數(shù)據(jù)傳遞下去，實(shí)現(xiàn)一定的數(shù)據(jù)處理功能。(4)下層過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序的總線(xiàn)無(wú)關(guān)性，使功能驅(qū)動(dòng)程序徹低自立于總線(xiàn)結(jié)構(gòu)而不挺直與設(shè)備對(duì)話(huà)。針對(duì)不同的總線(xiàn)編寫(xiě)不同的下層過(guò)濾器

7、，每個(gè)下層過(guò)濾器對(duì)應(yīng)一個(gè)總線(xiàn)類(lèi)型。當(dāng)功能驅(qū)動(dòng)程序需要與硬件對(duì)話(huà)時(shí)，他只需向相應(yīng)的下層過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送irp即可。4 過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)與功能驅(qū)動(dòng)程序相像。這里限于篇幅主要研究一下過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中與功能驅(qū)動(dòng)程序相區(qū)分的幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)。41 driverentry例程driverentry例程是驅(qū)動(dòng)程序的人口點(diǎn)。當(dāng)io管理器裝入驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，他調(diào)用driverentry例程用來(lái)初始化驅(qū)動(dòng)程序范圍的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和資源，包括輸出該驅(qū)動(dòng)程序的其他人口點(diǎn)，初始化該驅(qū)動(dòng)程序用法的特定對(duì)象，并設(shè)置驅(qū)動(dòng)程序系統(tǒng)資源。與功能驅(qū)動(dòng)程序相區(qū)分的是：他必需為每種類(lèi)型的irp都安裝派遣函數(shù)，而不僅僅

8、只是其希翼處理的irp。42 adddevice例程adddevice函數(shù)的基本職責(zé)是創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備對(duì)象并把他銜接到以物理設(shè)備對(duì)象pdo為底的設(shè)備堆棧中，并負(fù)責(zé)設(shè)備對(duì)象初始化。與功能驅(qū)動(dòng)程序相區(qū)分的是：過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序創(chuàng)建的設(shè)備對(duì)象可能是2種，一種是不命名的過(guò)濾設(shè)備對(duì)象，過(guò)濾器工作時(shí)把這個(gè)無(wú)名的設(shè)備對(duì)象銜接到以物理設(shè)備對(duì)象pdo為底的設(shè)備堆棧中。一種是為了和用戶(hù)程序通信而創(chuàng)建的命名的設(shè)備對(duì)象并不銜接到以物理設(shè)備對(duì)象pdo為底的設(shè)備堆棧中。命名可以采納2種辦法：第一種辦法是采納可顯示的"硬編碼"符號(hào)鏈接名，用戶(hù)態(tài)程序必需把設(shè)備名硬編碼到源代碼中；另外一種辦法是用法設(shè)備接口，每個(gè)設(shè)備

9、接口是由一個(gè)全局惟一標(biāo)記符guid標(biāo)記。設(shè)備注冊(cè)為一個(gè)特定的設(shè)備接口就創(chuàng)建了一個(gè)符號(hào)鏈接。相關(guān)步驟如下：(1)調(diào)用iocreatedevke創(chuàng)建過(guò)濾設(shè)備對(duì)象，并建立一個(gè)私有的設(shè)備擴(kuò)展對(duì)象。(2)寄存一個(gè)或多個(gè)設(shè)備接口，以便應(yīng)用程序能知道設(shè)備的存在。另外，還可以給出設(shè)備名并創(chuàng)建符號(hào)銜接。(3)初始化設(shè)備擴(kuò)展和設(shè)備對(duì)象的f1ag成員。(4)調(diào)用ioattachdevketodevicestack函數(shù)把新設(shè)備對(duì)象放到堆棧上。詳細(xì)實(shí)現(xiàn)程序如下：ntstatus adddevice (pdriver_object driverobject， pdevice_object pdo)pdevice_obje

10、ct fido=null；創(chuàng)建沒(méi)有設(shè)備名的過(guò)濾設(shè)備對(duì)象ntstatus status=iocreatedevice (driverobjeot，sizeof (device-extension)，null，file_device_unknown，0，false，&fido)；if(！nt_success(status) return status；初始化設(shè)備擴(kuò)展和設(shè)備對(duì)象的flag成員pdevice_extension pdx = (pdevice_extension)fido-deviceextension；pdx-deviceobject=fido；pdx-pdo=pdo；pdx-

11、edevicetype =fir；把沒(méi)有設(shè)備名的設(shè)備對(duì)象放到堆棧上pdevice- object fdo =ioattachdevicetodevicestack (fido，pdo)；pdx-topdevobj=fdo；fido-flags =pdo-f1ags&(do_direct-io do-buffered-io do_power_pagable do_power_inrush)；建立一個(gè)命名的設(shè)備對(duì)象創(chuàng)建符號(hào)鏈接createsymboliclink (driverobject，pdo)；return status_success；43 派遣例程派遣例程處理來(lái)自應(yīng)用程序的打開(kāi)、

12、關(guān)閉、讀、寫(xiě)等io哀求指令。與功能驅(qū)動(dòng)程序的區(qū)分是：過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序不能影響其他驅(qū)動(dòng)程序接受irp。對(duì)于未知的irp或不處理的irp過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序的原則是必需沿設(shè)備棧傳遞下去。因此他必需為每種類(lèi)型的irp都安裝派遣函數(shù)，而不僅僅只是其希翼處理的irp。對(duì)于希翼處理的irp必需指定特別的派遣函數(shù)，挺直用completeirp來(lái)完成接收到的這類(lèi)irp，不往下層傳送。這里由dispatchdevicecontrol處理來(lái)自應(yīng)用程序的全部希翼處理的io操作指令。通常采納賦予全部自定義的io哀求代碼的switch語(yǔ)句，而對(duì)于每個(gè)指令用法相應(yīng)的處理函數(shù)。下面列出了主要的代碼框架：ntstatus dispat

13、chdevicecontrol (pdevice_object fido，pirp irp)ntstatus status；pdevice_extension pdx=(pdevice_extension)fido-deviceextension；plo_stack_location irpstack =iogetcurrentlrpstacklocation(1rp)；取io控制指令代碼ulong iocontrolcode = irpstack >parametersdevicelocontr01iocontrolcode；switch(iocontrolcode)case ioct

14、l-xxx： 處理io控制指令代碼case ioctl-xxx：default：break；完成接收到的irpiocompleterequest(irp，io_no_increment)；return status；對(duì)于不需要處理的irp則交由dispatchany例程處理，將irp沿著設(shè)備棧挺直傳遞下去：ntstatus dispatchany(pdevice_object fido，pirp irp)pdevice_ extension pdx=(pdevice-extension)fido-deviceextension使堆棧指針少前進(jìn)一步。ioskipcurrentlrpstacklocation(hp)；status=iocalldriver(pdx-lowerdeviceobject，irp)；return stat