C语言驱动开发之通过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：

到此这篇关于C语言驱动开发之通过ReadFile与内核层通信的文章就介绍到这了,更多相关C语言 ReadFile内核层通信内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！