驱动开发（1）基础知识

雨点打透心脏的1/2处 2022-08-08 14:56 352阅读 0赞

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驱动程序是操作系统和硬件通讯的桥梁，同时，驱动程序可以实现很多特殊功能，比如，虚拟光驱（虚拟设备），内核级hook，文件系统透明加密（过滤驱动），修改Windows内核等等

**并非所有驱动程序都必须由设备的设计方编写。**如果设备根据已发布的硬件标准来设计。这时驱动程序可以由 Microsoft 编写，设备设计者无须提供驱动程序。

**并非所有的驱动程序都与硬件关联。**某些驱动程序与任何硬件设备根本不关联。 例如，如果需要访问内核，或者实现虚拟设备，过滤设备等等，需要通过编写驱动程序实现。提供一个用户模式下运行且提供用户界面的应用程序，还需要在内核模式下运行且可以访问核心操作系统数据的驱动程序。这个驱动程序可以称为“软件驱动程序”。软件驱动程序与硬件设备不关联。还有个例子是一些屏幕录像软件通过驱动程序直接读取屏幕，而不是从应用层调用API截图，实现硬件加速。

在正式开始介绍驱动开发之前，我们需要先来了解一下基本的概念。

**1。驱动程序的运行级别**

以内核模式驱动程序为例，用户模式驱动是后来才有的。

其实intel 80x86提供了四个运行级别，R0，R1，R2和R3，现代主流操作系统，Windows自然也不例外，只用了R0和R3两个运行级别，分别为“内核模式”和“用户模式”。应用程序运行在用户模式，驱动程序运行在内核模式。

这也就是说，驱动程序在运行的那一刻，就是天道！驱动程序中的指令，就是天道法则！（打个比方），所以说驱动程序运行时理论上可以做任何事情，RootKit病毒和杀毒软件都是利用的驱动程序。

**2。Windows驱动程序的种类**

windows9x时代，是VxD驱动，从NT的第一代开始到现在的Windows 10，windows逐渐出现了三种驱动程序模型，它们分别是：

> 1。遗留驱动：NT驱动程序：这是基础的驱动模型，也是本系列博文着重介绍的驱动模型。
> 
> 2。WDM驱动：为了支持设备的热插拔（比如USB设备），微软推出了WDM驱动，支持电源管理和即插即用
> 
> 3。WDF驱动：有人说，如果WDM是Win32，WDF就是MFC。这个比喻还是比较恰当的。WDF驱动其实就是微软又封装了一些更方便的内核函数，使驱动开发更加便捷。另外WDF还提供了两套机制，一种是内核模式驱动程序，一种是用户模式驱动程序。

**3。虚拟内存（虚拟地址空间）**

驱动程序可以访问整个4GB的虚拟内存，用户程序只允许访问低2G。

关于虚拟内存的分页原理和Windows的内存管理机制，这里不再介绍，有兴趣的可以查阅相关资料

**4。API的处理**

在Win32子系统调用的API，会进一步调用在ntdll里的Native API，Native API进入内核，调用系统的服务例程，被I/O管理器生成IRP并发送到设备栈最上层的设备对象所在驱动程序的派遣函数中，有可能会进一步向下层的驱动程序继续发送（比如过滤驱动），驱动程序完成任务。

**5。同步与异步**

我对同步和异步的理解，可能不是很准确：  
同步：调用一个接口后，一直等待到被调用者处理完毕，再返回  
异步：调用一个接口后，不等待到被调用者处理完毕，直接返回，处理其他东西。

同步处理是驱动开发中的重要任务。Windows是支持异步操作的操作系统，编写驱动程序时，如果有必要，需要进行同步处理。

**6。 设备对象和设备堆栈**

“设备对象”为 DEVICE\_OBJECT 结构的一个实例。设备堆栈是一系列设备形成的和栈结构类似的东西，简单说，磁盘设备之上可能有磁盘过滤设备，再上面是卷设备，再上面可能有文件系统过滤设备，等等，IRP总是z先发送到设备堆栈最上面一层的设备中。

**7。符号连接**

一般的，对于NT驱动而言，应用程序不直接访问设备，而是访问设备的符号连接，比如第一个磁盘卷的设备名是

“\Device\HarddiskVolume1”

其符号连接为：内核模式下

"\??\C:"

用户模式下：

![Center][]

而我们的应用程序访问的时候都是用符号连接。

对于WDM驱动，一般不使用符号连接，而是使用设备接口。

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