C語言驅動開發之通過ReadFile與內核層通信

Posted on 2022-10-01 by WalkonNet

驅動與應用程序的通信是非常有必要的，內核中執行代碼後需要將其動態顯示給應用層，但驅動程序與應用層畢竟不在一個地址空間內，為瞭實現內核與應用層數據交互則必須有通信的方法，微軟為我們提供瞭三種通信方式，如下先來介紹通過ReadFile系列函數實現的通信模式。

長話短說，不說沒用的概念，首先系統中支持的通信模式可以總結為三種。

緩沖區方式讀寫(DO_BUFFERED_IO)
直接方式讀寫(DO_DIRECT_IO)
其他方式讀寫

而通過ReadFile,WriteFile系列函數實現的通信機制則屬於緩沖區通信模式，在該模式下操作系統會將應用層中的數據復制到內核中，此時應用層調用ReadFile,WriteFile函數進行讀寫時，在驅動內會自動觸發 IRP_MJ_READ 與 IRP_MJ_WRITE這兩個派遣函數，在派遣函數內則可以對收到的數據進行各類處理。

首先需要實現初始化各類派遣函數這麼一個案例，如下代碼則是通用的一種初始化派遣函數的基本框架，分別處理瞭IRP_MJ_CREATE創建派遣，以及IRP_MJ_CLOSE關閉的派遣，此外函數DriverDefaultHandle的作用時初始化其他派遣用的，也就是將除去CREATE/CLOSE這兩個派遣之外，其他的全部賦值成初始值的意思，當然不增加此段代碼也是無妨，並不影響代碼的實際執行。

#include <ntifs.h>

// 卸載驅動執行
VOID UnDriver(PDRIVER_OBJECT pDriver)
{
	PDEVICE_OBJECT pDev;                                        // 用來取得要刪除設備對象
	UNICODE_STRING SymLinkName;                                 // 局部變量symLinkName
	pDev = pDriver->DeviceObject;
	IoDeleteDevice(pDev);                                           // 調用IoDeleteDevice用於刪除設備
	RtlInitUnicodeString(&SymLinkName, L"\\??\\LySharkDriver");     // 初始化字符串將symLinkName定義成需要刪除的符號鏈接名稱
	IoDeleteSymbolicLink(&SymLinkName);                             // 調用IoDeleteSymbolicLink刪除符號鏈接
	DbgPrint("驅動卸載完畢...");
}

// 創建設備連接
// LyShark.com
NTSTATUS CreateDriverObject(IN PDRIVER_OBJECT pDriver)
{
	NTSTATUS Status;
	PDEVICE_OBJECT pDevObj;
	UNICODE_STRING DriverName;
	UNICODE_STRING SymLinkName;

	// 創建設備名稱字符串
	RtlInitUnicodeString(&DriverName, L"\\Device\\LySharkDriver");
	Status = IoCreateDevice(pDriver, 0, &DriverName, FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0, TRUE, &pDevObj);

	// 指定通信方式為緩沖區
	pDevObj->Flags |= DO_BUFFERED_IO;

	// 創建符號鏈接
	RtlInitUnicodeString(&SymLinkName, L"\\??\\LySharkDriver");
	Status = IoCreateSymbolicLink(&SymLinkName, &DriverName);
	return STATUS_SUCCESS;
}

// 創建回調函數
NTSTATUS DispatchCreate(PDEVICE_OBJECT pDevObj, PIRP pIrp)
{
	pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;          // 返回成功
	DbgPrint("派遣函數 IRP_MJ_CREATE 執行 \n");
	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);        // 指示完成此IRP
	return STATUS_SUCCESS;                           // 返回成功
}

// 關閉回調函數
NTSTATUS DispatchClose(PDEVICE_OBJECT pDevObj, PIRP pIrp)
{
	pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;          // 返回成功
	DbgPrint("派遣函數 IRP_MJ_CLOSE 執行 \n");
	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);        // 指示完成此IRP
	return STATUS_SUCCESS;                           // 返回成功
}

// 默認派遣函數
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;
}

// 入口函數
// By: LyShark
NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT pDriver, PUNICODE_STRING RegistryPath)
{
	DbgPrint("hello lyshark \n");

	// 調用創建設備
	CreateDriverObject(pDriver);

	pDriver->DriverUnload = UnDriver;                          // 卸載函數
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = DispatchCreate;    // 創建派遣函數
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = DispatchClose;      // 關閉派遣函數

	// 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("驅動加載完成...");

	return STATUS_SUCCESS;
}

代碼運行效果如下：

通用框架有瞭，接下來就是讓該驅動支持使用ReadWrite的方式實現通信，首先我們需要在DriverEntry處增加兩個派遣處理函數的初始化。

// 入口函數
// By: LyShark
NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT pDriver, PUNICODE_STRING RegistryPath)
{
	DbgPrint("hello lyshark \n");

	// 調用創建設備
	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;                          // 卸載函數
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = DispatchCreate;    // 創建派遣函數
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = DispatchClose;      // 關閉派遣函數

	// 增加派遣處理
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_READ] = DispatchRead;        // 讀取派遣函數
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE] = DispatchWrite;      // 寫入派遣函數

	DbgPrint("驅動加載完成...");

	return STATUS_SUCCESS;
}

接著，我們需要分別實現這兩個派遣處理函數，如下DispatchRead負責讀取時觸發，與之對應DispatchWrite負責寫入觸發。

引言：
對於讀取請求I/O管理器分配一個與用戶模式的緩沖區大小相同的系統緩沖區SystemBuffer，當完成請求時I/O管理器將驅動程序已經提供的數據從系統緩沖區復制到用戶緩沖區。
對於寫入請求，會分配一個系統緩沖區並將SystemBuffer設置為地址，用戶緩沖區的內容會被復制到系統緩沖區，但是不設置UserBuffer緩沖。

通過IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp)接收讀寫請求長度，偏移等基本參數，AssociatedIrp.SystemBuffer則是讀寫緩沖區，IoStatus.Information是輸出緩沖字節數，Parameters.Read.Length是讀取寫入的字節數。

// 讀取回調函數
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("讀取長度：%d \n", ulReadLength);

	// 取出字符串前5個字節返回給R3層
	memcpy(pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer, szBuf, ulReadLength);

	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	return Status;
}

// 接收傳入回調函數
// 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;

	// 輸出傳入字符串
	DbgPrint("傳入長度: %d 傳入數據: %s \n", ulWriteLength, ulWriteData);

	IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);
	return Status;
}

如上部分都是在講解驅動層面的讀寫派遣，應用層還沒有介紹，在應用層我們隻需要調用ReadFile函數當調用該函數時驅動中會使用DispatchRead派遣例程來處理這個請求，同理調用WriteFile函數則觸發的是DispatchWrite派遣例程。

我們首先從內核中讀出前五個字節並放入緩沖區內，輸出該緩沖區內的數據，然後在調用寫入，將hello lyshark寫回到內核裡裡面，這段代碼可以這樣來寫。

#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;
  }

  // 從內核讀取數據到本地
  char buffer[128] = { 0 };
  ULONG length;

  // 讀入到buffer長度為5
  // By:lyshark.com
  ReadFile(hDevice, buffer, 5, &length, 0);
  for (int i = 0; i < (int)length; i++)
  {
    printf("讀取字節: %c", buffer[i]);
  }

  // 寫入數據到內核
  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;
}

使用驅動工具安裝我們的驅動，然後運行該應用層程序，實現通信，效果如下所示：

到此這篇關於C語言驅動開發之通過ReadFile與內核層通信的文章就介紹到這瞭,更多相關C語言 ReadFile內核層通信內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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