I/O Request Packet(IRP)
IRP基本数据结构:
IRP是由I/O管理器发出的,I/O管理器是用户态与内核态之间的桥梁,当用户态进程发出I/O请求时,I/O管理器就捕获这些请求,将其转换为IRP请求,发送给驱动程序。I/O 管理器无疑是非常重要的,具有核心地位。它负责所有I/O请求的调度和管理工作,根据请求的不同内容,选择相应的驱动程序对象,设备对象,并生成、发送、释放各种不同的IRP。整个I/O处理流程是在它的指挥下完成的。
一个IRP是从非分页内存中分配的可变大小的结构,它包括两部分:IRP首部和辅助请求参数数组,如图1所示。这两部分都是由I/O管理器建立的。
图1IRP简单结构图
IRP首部中包含了指向IRP输入输出缓冲区指针、当前拥有IRP的驱动指针等。
紧接着首部的是一个IO_STACK_LOCATION结构的数组。它的大小由设备栈中的设备数确定。IO_STACK_LOCATION结构中保存了一个I/O请求的参数及代码、请求当前对应的设备指针、完成函数指针(IoCompletion)等。
IRP运行流程:
操作系统用设备对象(device object)表示物理设备,每一个物理设备都有一个或多个设备对象与之相关联,设备对象提供了在设备上的所有操作。也有一些设备对象并不表示物理设备。一个唯软件驱动程序(software-only driver,处理I/O请求,但是不把这些请求传递给硬件)也必须创建表示它的操作的设备对象。
设备常常由多个设备对象所表示,每一个设备对象对应一个驱动程序来管理设备的I/O 请求。一个设备的所有设备对象被组织成一个设备栈(device stack)。而且,IO_STACK_LOCATION数组中的每个元素和设备栈中的每个设备是一一对应的,一般情况下,只允许层次结构中的每个设备对象访问它自己对应的IO_STACK_LOCATION。无论何时,一个请求操作都在一个设备上被完成,I/O管理器把IRP请求传递给设备栈中顶部设备的驱动程序(IRP是传递给设备对象的,通过设备对象的DriverObject成员到驱动程序)。驱动程序访问它对应的设备对象在IRP中IO_STACK_LOCATION数组中的元素检查参数,
以决定要进行什么操作(通过检查结构中的MajorFunction字段,确定执行什么操作及如何
解释Parameters共用体字段的内容)。驱动程序可以根据IO_STACK_LOCATION结构中的MajorFunction字段进行处理。每一个驱动或者处理IRP,或者把它传递给设备栈中下一个设备对象的驱动程序。
传递IRP请求到底层设备的驱动程序需要经过下面几个步骤:
1.为下一个IO_STACK_LOCATION结构设置参数。可以有以下两种方式:ios 字符串转数组
调用IoGetNextIrpStackLocation函数获得下个结构的指针,再对参数进行赋值;
调用IoCopyCurrentIrpStackLocationToNext函数(如果第2步中驱动设置了IoCompletion 函数),或者调用IoSkipCurrentIrpStackLocation函数(如果第2步中驱动没有设置IoCompletion函数)把当前的参数传递给下一个。
2.如果需要的话,调用IoSetCompletionRoutine函数设置IoCompletion函数进行后续处理。
3.调用IoCallDriver函数将IRP请求传递给下一层驱动。这个函数会自动调整IRP栈指针,并且执行下一层驱动的派遣函数。
当驱动程序把IRP请求传递给下一层驱动之后,它就不再拥有对该请求的访问权,强行访问会导致系统崩溃。如果驱动程序在传递完之后还想再访问该请求,就必须要设置IoCompletion函数。IRP请求可以再其他驱动程序或者其他线程中完成或取消。
当某一驱动程序调用IoCompleteRequest函数时,I/O操作就完成了。这个函数使得IRP 的堆栈指针向上移动一个位置,如图2所示:
图2IRP完成时栈指针的移动
图2所示的当C驱动程序调用完IoCompleteRequest函数后I/O栈的情况。左边的实线箭头表明栈指针现在指向驱动B的参数和回调函数;虚线箭头是之前的情况。右边的空心箭头指明了IoCompletion函数被调用的顺序。
如果驱动程序把IRP请求传递给设备栈中的下层设备之前设置了IoCompletion函数,当I/O栈指针再次指回到该驱动程序时,I/O管理器就将调用该IoCompletion函数。IoCompletion函数的返回值有两种:
(1)STATUS_CONTINUE_COMPLETION:告诉I/O管理器继续执行上层驱动程序的IoCompletion函数。
(2)STATUS_MORE_PROCESSING_REQUIRED:告诉I/O管理器停止执行上层驱动程序,并将栈指针停在当前位置。在当前驱动程序调用IoCompleteRequest函数后再继续执行上层驱动的IoCompletion函数。
当所有驱动都完成了它们相应的子请求时,I/O请求就结束了。I/O管理器从Irp ->IoStatus.Status中更新状态信息,从Irp->IoStatus.Information中获得传送字节数。
派遣函数:
派遣函数其实就相当于应用程序的事件响应一样。
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派遣函数
就是在入口点下(DriverEntry)的
pDriverObject->MajorFunction[......]
pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE]=HelloDDKDispatchRoutine;
这就叫做派遣函数
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IRP类型
IRP_MJ_CREATE创建设备,CreatFile会产生此IRP
IRP_MJ_CLOSE关闭设备,CloseHandle会产生此IRP
IRP_MJ_CLEANUP清除工作,CloseHandle会产生此IRP
IRP_MJ_DEVICE_CONTROL DeviceIoControl函数会产生此IRP
IRP_MJ_PNP即插即用消息,NT式驱动不支持此种IRP,只有WDM 驱动才支持此种IRP
IRP_MJ_POWER在操作系统处理电源消息时,产生此IRP
IRP_MJ_QUERY_INFORMATION获取文件长度,GetFileSize会产生此IRP
IRP_MJ_READ读取设备内容,ReadFile会产生此IRP
IRP_MJ_SET_INFORMATION设置文件长度,GetFileSize会产生此IRP
IRP_MJ_SHUTDOWN关闭系统前会产生此IRP
IRP_MJ_SYSTEM_CONTROL系统内部产生的控制信息,类似于内核调用DeviceIoControl函数
IRP_MJ_WRITE对设备进行WriteFile时会产生此IRP
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结束IRP
VOID
IoCompleteRequest(
IN PIRP Irp,//代表需要被结束的IRP。
IN CCHAR PriorityBoost//代表线程恢复时的优先级别。
);
PriorityBoost优先级别。
IO_NO_INCREMENT不增加优先级
IO_CD_ROM_INCREMENT光驱设备增加优先级
IO_DISK_INCREMENT磁盘设备增加优先级
IO_KEYBOARD_INCREMENT键盘设备增加优先级
IO_MOUSE_INCREMENT鼠标设备增加优先级
IO_NAMED_PIPE_INCREMENT命名管道增加优先级
IO_NETWORK_INCREMENT网络设备增加优先级
IO_PARALLEL_INCREMENT并口设备增加优先级
IO_SERLAL_INCREMENT串口设备增加优先级
IO_SOUND_INCREMENT声卡设备增加优先级
IO_VIDEO_INCREMENT视频设备增加优先级
SEMAPHORE_INCREMENT信号灯增加优先级
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H:\Windows驱动开发技术详解\chapter07\DispatchTest\Test\
运行下面的程序用Dbgview监控会发现出现了这个消息
KdPrint(("Enter HelloDDKDispatchRoutine\n"));
KdPrint(("Leave HelloDDKDispatchRoutine\n"));
这是应为Test.EXE
使用了CreateFile文件操作
而在驱动程序中定义了pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE]= HelloDDKDispatchRoutine;
IRP_MJ_CREATE创建设备,CreatFile会产生此IRP
这样就启动了HelloDDKDispatchRoutine函数
其实很好理解就是跟应用程序程序的事件响应是一样的。
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派遣函数设置pIrp->IoStatus.Information告诉ReadFile实际读取了多少字节。这个数值对应ReadFile的第4个参数。
读取文件
BOOL ReadFile(
HANDLE hFile,//文件的句柄
LPVOID lpBuffer,//用于保存读入数据的一个缓冲区
DWORD nNumberOfBytesToRead,//要读入的字符数
LPDWORD lpNumberOfBytesRead,//指向实际读取字节数的指针
LPOVERLAPPED lpOverlapped//如文件打开时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED,那么必须,用这个参数引用一个特殊的结构。该结构定义了一次异步读取操作。否则,应将这个参数设为NULL
);
以ReadFile为例说明优先级参数作用:
(1)ReadFile调用ntdll中的NtReadFile(Native API),NtReadFile进入内核模式,调用系统服务中的NtReadFile函数并创建IRP_MJ_Read类型的IRP,然后它将这个IRP发送到某个驱
动程序的派遣函数中。然后NtReadFile去等待一个事件,这时进程进入睡眠(Pending)状态。
(2)在派遣函数中一般会将IRP请求结束,通过IoCompleteRequest函数恢复刚才睡眠的线程。
写入文件
BOOL WriteFile(
HANDLE hFile,//文件句柄
LPCVOID lpBuffer,//数据缓存区指针
DWORD nNumberOfBytesToWrite,//你要写的字节数
LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,//用于保存实际写入字节数的存储区域的指针LPOVERLAPPED lpOverlapped//OVERLAPPED结构体指针
);
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派遣函数实例以及功能讲解:
NTSTATUS status=STATUS_SUCCESS;
//完成IRP
pIrp->IoStatus.Status=status;
pIrp->IoStatus.Information=0;//bytes xfered
IoCompleteRequest(pIrp,IO_NO_INCREMENT);
以上函数表示对于应用程序发起的IRP
复杂的派遣函数:
在Windows驱动开发中,有一个重要的内核数据结构,IO_STACK_LOCATION,即I/O 堆栈,这个数据结构和IRP紧密相连。
驱动对象会创建一个个设备对象,并将这些设备对象“叠”成一个垂直结构,被称为“设备栈”。IRP会被操作系统发送到设备栈顶层,如果顶层设备结束了本次IRP的请求,则I/O 请求结束,如果不让I/O请求结束,可以将IRP继续转发到下一层设备。因此,一个IRP可能会被转发多次。为了记录IRP在每层设备中的操作,IRP会有一个IO_STACK_LOCATION 数组,每个IO_STACK_LOCATION元素记录着对应设备中做的操作。对于本层的IO_STACK_LOCATION,可以通过IoGetCurrentIrpStackLocation函数得到。I
O_STACK_LOCATION结构中会记录IRP的类型,即IO_STACK_LOCATION中的MajorFuncation子域。
通过IO_STACK_LOCATION查看IRP主功能号:
PIO_STACK_LOCATION stack=IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
//建立一个字符串数组与IRP类型对应起来
static char*irpname[]=
{
"IRP_MJ_CREATE",
"IRP_MJ_CREATE_NAMED_PIPE",

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