【见义勇为】张佳佳：勇斗藏獒救群众于危难的子弟兵
视窗驱动程序模型（Windows Driver Model，简称WDM），是微软视窗操作系统的驱动程序设计架构，包括对于各项设备（Device）的支持，如键盘（Keyboard）、鼠标（Mouse）、网卡（Network Driver Interface Specification，Ndis）、通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）等。WDM可支持Windows 98, Windows 98 Second Edition, Windows Me, Windows 2000, Windows XP以及Windows Server 2003在x86平台上的建制工作。这个架构分成好几个管理层面：
- 核心（Kernel）
- 对象管理（Object Manager）
- 执行（Executive）
- 输入输出管理（I/O Manager）
- 存储器管理（Memory Manager）
- 行程服务（Process Service）
- 执行时期函数库（Run-time Library）
- 电源管理（Power Manager）
- 即插即用子系统（Plug and Play Subsystem）
- 视窗管理指令（Windows Management Instrumentation，WMI）
- 核心流（Kernel Streaming）
- 硬件抽象层（Hardware Abstraction Layer）
种类
[编辑]驱动程序的种类有总线驱动程序（bus driver）、功能驱动程序（function driver）、筛选驱动程序（filter driver）三种：
- 总线驱动程序（bus drivers）
- 虚拟总线驱动程序（Virtual bus drivers）：调用IoInvalidateDeviceRelations通知PnP Manager。
- 功能驱动程序（function drivers）
- 微端口型驱动程序（miniport drivers）：属于USB, Audio, SCSI以及network的转换器（adapters）。
- 虚拟设备驱动程序（Virtual device drivers）
- 类型驱动程序（Class drivers）
- 筛选性驱动程序（filter drivers）
- 上层筛选性驱动程序（upper-filter drivers）
- 下层筛选性驱动程序（lower-filter drivers）
程序进入点
[编辑]如同许多语言从main函数开始，WDM驱动程序的加载（Loading）乃至于动作，以及其卸载（Unload）行为，都有其步骤与规则。WDM驱动程序可以动态式的加载与卸载，当侦测到设备（Device）插入的时候，依据“PnP Manager”会自动地加载相对应的设备驱动程序，然后成为“Driver Object”，并调用DriverEntry函数。所有的WDM驱动程序，都必须拥有这个DriverEntry例程（routine），而且“此一名称不可改变”的，所有的驱动程序也是从这里开始执行的，I/O Manager首先调用驱动程序的DriverEntry()。DriverEntry在DDK Compiler编译出来的输出符号表是“DriverEntry@8”，原因是微软的C编译器把stdcall函示（例如VcDCall）的名称加上“记号”，加上一个＠符号，在附上参数的总字节个数，8指此function的所有参数所占的byte数。
DriverEntry函数有两个参数，其中第一个参数PDRIVER_OBJECT DriverObject是指向该驱动程序对应的对象指针；PUNICODE_STRING RegistryPath，驱动程序的服务主要键码，这个参数的使用时机并不多。以下是一个简单而标准的DriverEntry基本实现：
NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT DriverObject, PUNICODE_STRING pRegistryString)
{
//PDEVICE_OBJECT DriverObject;
UNICODE_STRING deviceName;
RtlInitUnicodeString( &deviceName, DEVICE_NAME );
status = IoCreateDevice( DriverObject, 0, &deviceName,
FILE_DEVICE_UNKNOWN, FILE_DEVICE_SECURE_OPEN, true, &pDeviceObj );
UNICODE_STRING linkName;
RtlInitUnicodeString( &linkName, LINK_NAME );
status = IoCreateSymbolicLink( &linkName, &deviceName );
DriverObject->DriverUnload = DriverUnload;
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] =
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] =
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = xxDriverDispatch;
DriverObject->DriverUnload = xxUnload;
return STATUS_SUCCESS;
}
IRQL
[编辑]DriverEntry运作在IRQL = PASSIVE_LEVEL等级，所以可以使用标签页内存。WDM有数个经常实现的PASSIVE_LEVEL等级如下：
- DriverEntry
- Dispatch Function：DispatchXxx
- Unload：UnloadXxx
- AddDevice: XxxAddDevice
- Reinitialize: XxxReinitialize
另外还有几个DISPATCH_LEVEL等级的函数如下：
- StartIo
- AdapterControl
- ControllerControl
- IoTimer
- Dpc（延迟程序调用，Deferred Procedure Call）
派送行程
[编辑]当DriverEntry函数完成对象的初始化与系统注册之后，接下来的重点便会落在Dispatch Function身上。每当I/O Manager得到一个请求时（例如按键，移动鼠标），它使用请求的函数代码（IoControlCode）调用驱动程序中几个Dispatch行程。
NTSTATUS xxDispatch (IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,IN PIRP pIrp)
{
NTSTATUS ntStatus = STATUS_SUCCESS;
ULONG IoControlCodes = 0;
PIO_STACK_LOCATION IrpStack=NULL;
pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
pIrp->IoStatus.Information = 0;
IrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
switch (IrpStack->MajorFunction)
{
case IRP_MJ_CREATE:
break;
case IRP_MJ_CLOSE:
break;
case IRP_MJ_DEVICE_CONTROL:
IoControlCodes=IrpStack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;
switch (IoControlCodes)
{
case IOCTL_1:
break;
case IOCTL_2:
break;
default:
pIrp->IoStatus.Status = STATUS_INVALID_PARAMETER;
break;
}
break;
default:
break;
}
ntStatus=pIrp->IoStatus.Status;
IoCompleteRequest(pIrp,IO_NO_INCREMENT);
return ntStatus;
}
卸载
[编辑]Unload负责在驱动程序被停止前做一些必要的处理动作，如释放资源，记录最后状态等。
VOID DriverUnLoad (IN PDRIVER_OBJECT DriverObject)
{
if (DeviceObject) {
IoUnregisterFileSystem(DeviceObject);
IoDeleteDevice(DeviceObject);
//DeviceObject = 0;
}
编译
[编辑]驱动程序的编译需要使用DDK（Device Driver Kit）中的build指令，它是一道命令行程序，一般会在后面加上参数：-ceZ。例如：
C:\driver sample>build.exe -ceZ
DDK可用于建立用于 Windows 2000、Windows XP、Microsoft Windows Server 2003、Vista的建置环境，但在Windows操作系统并非默认的功能，必须另行安装。安装完成后你会看到Build Enviroment，free是指release版，check则是debug版。
- Windows XP checked 64 Bit Build Environment
- Windows XP checked Build Environment
- Windows XP free 64 Bit Build Environment
- Windows XP free Build Environment
build指令一开始调用Build.exe编译链接器，从系统“环境变量”（Environment Variable）Include中得到引用文件的地址，然后调用Visual C++的编译链接器Nmake.exe进行实际的编译链接工作。在编译过程中遇到的错误，遇到的警告，会记录到buildxxx.log，buildxxx.wrn，buildxxx.err等文件中。
安装
[编辑]安装过程分成两个步骤：
- 首先将编译成的.sys文件复制到Windows NT的System32\\Drivers\\目录下；
- 接着在Registry的HKEY_LOCAL_MACHINE\\SYSTEM\\CurrentControlSet\\Services\\下建立和.sys文件同名的键，然后在之下建立名为Start、Type、ErrorControl的三种REG_DWORD类型的键值。
示例
[编辑]Microsoft DDK提供了大量的WDM示例（samples）参考，这些示例随着DDK的安装，会进驻我们的系统之中（WINDDK\xx00\src）。一般人不大可能从轮子造起一个新的驱动程序，大部分要靠“既有的示例”来改良一个新的驱动程序。
- 1394
- Audio
- AVStream
- filesys
- general
- hid
- input
- ir
- kernel
批评
[编辑]- WDM学习曲线过长。
- 电源管理（power management）事件与即插即用（Plug-and-play）差异太大。导致系统的睡眠（sleep）与清醒（wake up）状态容易产生问题。
- I/O cancellation几乎不可能达成。
- 每支驱动程序动辄要撰写数千行的代码。
- 不支持纯用户模式（pure user-mode）驱动程序。
相关条目
[编辑]外部链接
[编辑]- Windows Driver Foundation Homepage
- Introducing Windows Driver Framework，written by well-known Windows driver developer, Walter Oney.
- Building and deploying a basic WDF Kernel Mode Driver，CodeProject
- Developing a WDF USB Kernel Mode Driver for the OSR USB FX2，CodeProject
- A simple demo for WDM Driver development
参考
[编辑]- Walter Oney，《Windows Driver Model》