[Windows驱动开发]（二）基础知识——数据结构

本节主要介绍驱动开发的一些基础知识。

1. 驱动程序的基本组成

1.1. 最经常见到的数据结构

a. DRIVER_OBJECT驱动对象

[cpp] view plaincopy

// WDK中对驱动对象的定义

// 每个驱动程序都会有一个唯一的驱动对象与之对应

// 它是在驱动加载时被内核对象管理程序创建的

typedef struct _DRIVER_OBJECT {

CSHORT Type;

CSHORT Size;

//

// The following links all of the devices created by a single driver

// together on a list, and the Flags word provides an extensible flag

// location for driver objects.

//

PDEVICE_OBJECT DeviceObject;

ULONG Flags;

//

// The following section describes where the driver is loaded. The count

// field is used to count the number of times the driver has had its

// registered reinitialization routine invoked.

//

PVOID DriverStart;

ULONG DriverSize;

PVOID DriverSection;

PDRIVER_EXTENSION DriverExtension;

//

// The driver name field is used by the error log thread

// determine the name of the driver that an I/O request is/was bound.

//

UNICODE_STRING DriverName;

//

// The following section is for registry support. Thise is a pointer

// to the path to the hardware information in the registry

//

PUNICODE_STRING HardwareDatabase;

//

// The following section contains the optional pointer to an array of

// alternate entry points to a driver for "fast I/O" support. Fast I/O

// is performed by invoking the driver routine directly with separate

// parameters, rather than using the standard IRP call mechanism. Note

// that these functions may only be used for synchronous I/O, and when

// the file is cached.

//

PFAST_IO_DISPATCH FastIoDispatch;

//

// The following section describes the entry points to this particular

// driver. Note that the major function dispatch table must be the last

// field in the object so that it remains extensible.

//

PDRIVER_INITIALIZE DriverInit;

PDRIVER_STARTIO DriverStartIo;

PDRIVER_UNLOAD DriverUnload;

PDRIVER_DISPATCH MajorFunction[IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION + 1];

} DRIVER_OBJECT;

typedef struct _DRIVER_OBJECT *PDRIVER_OBJECT;



DeviceObject : 每个驱动程序都会有至少一个设备对象。每个设备对象都有一个指向下一个设备对象的指针，最后一个设备对象指向空。此参数指的是驱动对象的第一个设备对象。设备对象的创建与删除都是由程序员自行处理的。

DriverName : 驱动名称，由UNICODE_STRING记录。一般格式为\Driver\[DriverName]。

HardwareDatabase : 设备的硬件数据库名称。一般格式为\REGISTRY\MACHINE\HARDWARE\DESCRIPTION\SYSTEM。

DriverStartIo : 记录StartIO派发函数地址，用于序列化操作。

DriverUnload : 指定驱动卸载时的回调函数地址。

MajorFunction : 记录处理IRP的派发函数的函数地址。

FastIoDispatch : 文件驱动中会用到此成员，用于处理快速IO请求。




[cpp] view plaincopy

// WDK定义的设备对象

typedef struct DECLSPEC_ALIGN(MEMORY_ALLOCATION_ALIGNMENT) _DEVICE_OBJECT {

CSHORT Type;

USHORT Size;

LONG ReferenceCount;

struct _DRIVER_OBJECT *DriverObject;

struct _DEVICE_OBJECT *NextDevice;

struct _DEVICE_OBJECT *AttachedDevice;

struct _IRP *CurrentIrp;

PIO_TIMER Timer;

ULONG Flags; // See above: DO_...

ULONG Characteristics; // See ntioapi: FILE_...

__volatile PVPB Vpb;

PVOID DeviceExtension;

DEVICE_TYPE DeviceType;

CCHAR StackSize;

union {

LIST_ENTRY ListEntry;

WAIT_CONTEXT_BLOCK Wcb;

} Queue;

ULONG AlignmentRequirement;

KDEVICE_QUEUE DeviceQueue;

KDPC Dpc;

//

// The following field is for exclusive use by the filesystem to keep

// track of the number of Fsp threads currently using the device

//

ULONG ActiveThreadCount;

PSECURITY_DESCRIPTOR SecurityDescriptor;

KEVENT DeviceLock;

USHORT SectorSize;

USHORT Spare1;

struct _DEVOBJ_EXTENSION *DeviceObjectExtension;

PVOID Reserved;

} DEVICE_OBJECT;

typedef struct _DEVICE_OBJECT *PDEVICE_OBJECT;



DriverObject : 指向驱动程序中的驱动对象。如果多个设备对象属于同一个驱动程序，则它们所指的驱动对象是相同的。

NextDevice : 指向下一个设备对象。

AttachedDevice : 指向下一个设备对象。如果有更高一层的驱动附加到这个驱动的时候，其指向的就是更高一层的那个驱动。

CurrentIrp : 使用StartIO派发函数的时候，它指向的是当前的IRP结构

Flags : 标志域，32位无符号整形，其值有以下几种：

DO_BUFFERED_IO : 读写操作使用缓冲方式（系统复制缓冲区）访问用户模式数据。

DO_EXCLUSIVE : 一次只允许一个线程打开设备句柄。

DO_DIRECT_IO : 读写操作使用直接方式（内存描述表）访问用户模式数据。

DO_DEVICE_INITIALIZING : 设备对象正在初始化。

DO_POWER_PAGABLE : 必须在PASSIVE_LEVEL级上处理IRP_MJ_PNP请求。

DO_POWER_INRUSH : 设备上电期间需要大电流。

DeviceExtension : 指向设备扩展对象。设备扩展对象是一个程序员自己定义的结构体。在驱动程序中，应该尽量避免全局变量的使用，因为全局变量不容易同步，所以将全局变量存在设备扩展中是一个非常好的解决方案。

DeviceType : 设备类型，常用的设备类型有：

FILE_DEVICE_BEEP：蜂鸣器设备对象。

FILE_DEVICE_CD_ROM：CD光驱设备对象。

FILE_DEVICE_CD_ROM_FILE_SYSTEM：CD光驱文件系统设备对象。

FILE_DEVICE_CONTROLLER：控制器设备对象。

FILE_DEVICE_DATALINK：数据链设备对象。

FILE_DEVICE_DFS：DFS设备对象。

FILE_DEVICE_DISK：磁盘设备对象。

FILE_DEVICE_DISK_FILE_SYSTEM：磁盘文件系统设备对象。

FILE_DEVICE_FILE_SYSTEM：文件系统设备对象。

FILE_DEVICE_INPORT_PORT：输入端口设备对象。

FILE_DEVICE_KEYBOARD：键盘设备对象。

FILE_DEVICE_MAILSLOT：邮槽设备对象。

FILE_DEVICE_MIDI_IN：MIDI输入设备对象。

FILE_DEVICE_MIDI_OUT：MIDI输出设备对象。

FILE_DEVICE_MOUSE：鼠标设备对象。

FILE_DEVICE_MULTI_UNC_PROVIDER：多UNC设备对象。

FILE_DEVICE_NAMED_PIPE：命名管道设备对象。

FILE_DEVICE_NETWORK：网络设备对象。

FILE_DEVICE_NETWORK_BROWSER：网络浏览器设备对象。

FILE_DEVICE_NETWORK_FILE_SYSTEM：网络文件系统设备对象。

FILE_DEVICE_NULL：空设备对象。

FILE_DEVICE_PARALLEL_PORT：并口设备对象。

FILE_DEVICE_PHYSICAL_NETCARD：物理网卡设备对象。

FILE_DEVICE_PRINTER：打印机设备对象。

FILEDEVICE_SCANNER：扫描仪设备对象。

FILE_DEVICE_SERIAL_MOUSE_PORT：串口鼠标设备对象。

FILE_DEVICE_SERIAL_PORT：串口设备对象。

FILE_DEVICE_SCREEN：屏幕设备对象。

FILE_DEVICE_SOUND：声音设备对象。

FILE_DEVICE_STREAMS：流设备对象。

FILE_DEVICE_TAPE：磁带设备对象。

FILE_DEVICE_TAPE_FILE_SYSTEM：磁带文件系统设备对象。

FILE_DEVICE_TRANSPORT：传输设备对象。

FILE_DEVICE_UNKNOW：未知设备对象。

FILE_DEVICE_VIDEO：视频设备对象。

FILE_DEVICE_VIRTUAL_DISK：虚拟磁盘设备对象。

FILE_DEVICE_WAVE_IN：声音输入设备对象。

FILE_DEVICE_WAVE_OUT：声音输出设备对象。

FILE_DEVICE_8042_PORT：8042端口设备。

FILE_DEVICE_NETWORK_REDIRECTOR：网卡设备对象。

FILE_DEVICE_BATTERY：电池设备对象。

FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER：总线扩展设备对象。

FILE_DEVICE_MODEM：调制解调器设备对象。

FILE_DEVICE_VDM：VDM设备对象。

FILE_DEVICE_MASS_STORAGE：大容量存储设备对象。

FILE_DEVICE_SMB：SMB设备对象。

FILE_DEVICE_KS：内核流设备对象。

FILE_DEVICE_CHANGER：充电设备对象。

FILE_DEVICE_SMARTCARD：智能卡设备对象。

FILE_DEVICE_ACPI：ACPI设备对象。

FILE_DEVICE_DVD：DVD设备对象。



StackSize : 在多层驱动情况下，驱动与驱动之间会形成类似堆栈的结构。IRP会依次从最高层传递到最底层。StackSize就是驱动的层数。

AlignmentRequirement : 设备在大容量传输的时候，需要内存对齐，以保证传输速度。