Windows驱动开发(中间层)

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Windows驱动开发

一、前言

依据《Windows内核安全与驱动开发》及MSDN等网络质料进行学习开发。

二、初步环境

1、下载安装WDK7.1.0（WinDDK\7600.16385.1）

地址：https://msdn.microsoft.com/en-us/windows/hardware/hh852365

2、下载InstDrv软件（用于安装、启动、停止、卸载驱动）

界面如下：

注：srvinstw.exe 也可以安装、卸载sys文件，但需要手动开启、关闭，即在cmd命令窗口下执行net start 驱动名、net stop 驱动名来启动、停止服务。

3、下载DbgWiew.exe 软件（查看内核模块的输出信息）

地址：https://technet.microsoft.com/en-us/sysinternals/bb896647.aspx

注：详见DebugView的使用文档。

4、下载64Signer-V1.2（Win7 64位 私有测试数字签名软件）

地址：http://www.yiiyee.cn/Blog/64signer-download/

5、其他软件：虚拟光驱DAEMON Tools Lite、EasyBCD(系统引导文件修复工具)、PartitionManager（将C盘设置为活动分区）等

三、初步示例

1、编写一个简单的驱动样例（加载、卸载及信息输出等）

注：详见TestDriver.c

内核模块的入口是DriverEnter函数，在加载时被系统进程System调用。若想能卸载驱动，必须设置驱动对象的DriverUnload函数指针。

Windows内核编程不是应用程序编程，它有自己的一套东西，所有的Win32函数都不能使用，部分C Runtime函数也不能使用，需要调用内核API函数，因此在使用函数前，现在帮助里查询该函数。

帮助文档在“开始”-->“所有程序”-->“Windows Driver Kits”下。如图：

2、使用WDK的build工具，编译时需要makefile.def和SOURCES文件。

1）makfile.def文件固定，拷贝一份即可，不需要任何改动。

2）SOURCES文件内容关联编译那些文件及编译出的.sys文件的名字等。

WDK的build工具在“开始”-->“所有程序”-->“Windows Driver Kits”-->“WDK 7600.16385.1”下，选择要根据本地主机的版本，如：本机是64位的Win7旗舰版，则build工具要选x64 Checked build Environment（对应debug）或x64 Free build Environment（对应Release）。

3、InstDrv软件直接安装生成的.sys文件，安装、卸载成功，启动失败，并提示“Windows需要已数字签名的驱动程序”，DebugView软件中无自定义信息输出。图如下：

解决方法：

1、从http://www.yiiyee.cn/Blog/64signer-download/下载Win7 64位私有测试数字签名软件（64Signer-V1.2），以管理员身份运行，浏览驱动文件，进行测试数字签名。图如下：

2、重新安装签名后的.sys驱动文件,并启动，依然报并提示“Windows需要已数字签名的驱动程序”。 图如下：

3、以管理员身份运行cmd.exe,，并执行bcdedit /set testsigning true 命令,若提示“操作成功完成”，则表示命令执行成功；否则，若失败，请将bcdedit命令所在boot文件夹的所在盘（一般C盘）设置为活动状态；若依然失败，请修复boot文件夹的所在盘下的Boot（系统引导文件所在），或干脆恢复|重装系统。

4、将Windows 7 设置为测试版本成功后，须重启计算机，重启后，以管理员身份运行InstDrv.exe软件，对已数字签名的.sys驱动文件进行安装、启动、关闭、卸载均成功。图如下：

注：若驱动中包含中断或错误，则计算机蓝屏，须重启恢复。恢复后的计算机系统内新安装的软件会遭到卸载或损坏，须重新安装。

四、完善环境

1、下载并安装VS2010（64位）

地址：https://www.visualstudio.com/downloads/download-visual-studio-vs

2、下载WinDbg.exe软件

地址：http://www.microsoft.com/whdc/devtools/debugging/default.mspx

3、虚拟机（WMware10.0供双机调试）

地址：http://www.microsoft.com/zh-CN/download/confirmation.aspx?id=8002

五、配置VS2010

1、依据本机版本配置管理器。win7旗舰64位系统配置如下：

点击VS内工具栏中的解决方案配置的下按钮（即debug所处的下拉框按钮），点击配置管理器，点击活动方案配置，点击新建，输入DriverDebug64、默认空，在项目上下文中的平台项新建X64并在活动解决方案平台：选X64。

注：32位系统选Win32

2、在VS中VisualC++下新建“空项目”,将TestDrive.c文件添加到工程中（或直接新建.c文件），.c文件添加后，在属性中就显示出C/C++配置项。

3、点击VS中“视图”菜单->“其他窗口”->“属性管理器”，右击属性管理器中的DriverDebug64,选择属性，在弹出的窗体中进行必要的设置。（或直接点击项目的属性）

注： 1、WDK7.1.0默认安装在C:\WinDDK\7600.16385.1文件夹下

2、此处的设置都是必须的， 对复杂些的驱动开发也许还要额外另加设置

具体如下：

1）常规

目标文件扩展名：.sys

2）VC++目录

可执行文件目录（编译器路径）:

C:\WinDDK\7600.16385.1\bin\amd64

包含目录：

C:\WinDDK\7600.16385.1\inc\api

C:\WinDDK\7600.16385.1\inc\crt

C:\WinDDK\7600.16385.1\inc\ddk

库目录：

C:\WinDDK\7600.16385.1\lib\win7\amd64

3）C/C++

预处理器->预处理器定义:

_AMD64_=1,AMD64=1,STD_CALL=1,WINVER=0x0501,_DEBUG =1

高级->调用约定：

__stdcall (/Gz)

代码生成-->运行库：

选择多线程调试/MTd 或者 多线程调试DLL/MDd

（主要解决_DEBUG未预定义的问题）

常规-->调试信息格式：用于“编辑并继续”的程序数据库 (/ZI)

优化：已禁用 (/Od)

4）连接器

输入->附加依赖项：                                                                                        ntoskrnl.lib;Hal.lib;wdm.lib;wdmsec.lib;wmilib.lib;ndis.lib;MSVCRT.LIB;LIBCMT.LIB;%(AdditionalDependencies)

输入->忽略所有默认库：是 (/NODEFAULTLIB)

清单文件->启用用户账户控制（UAC）：否 (/MANIFESTUAC:NO)

系统->子系统：控制台 (/SUBSYSTEM:CONSOLE)

系统->驱动程序：驱动程序 (/Driver)

系统->堆栈保留大小：4194304（可修改）

系统->堆栈提交大小：4096  （可修改）

高级->入口点：DriverEntry

高级->基址：0x10000

高级->随机基址：（清空）

高级->数据执行保护（dep）:（清空）

        调试->生成调试信息：是 (/DEBUG)

注：参考C:\WinDDK\7600.16385.1文件夹的ia64、X86等路径，进行修改可以配置为ia64、32位系统。编译若通过，则配置成功，并生产.sys等文件。

六、配置WinDbg

1、设置系统字符表路径：WinDbg->File->Symbol File Path界面中输入

SRV*C:\WINDOWS\Symbols*http://msdl.microsoft.com/download/symbols; 并选择Reload，WinDbg会自动下载字符表，关键是勾选reload。

2）设置自己生成的.sys对应的字符（Symbol）路径：

C:\Users\shenc\Desktop\TestDriver\objchk_win7_amd64\amd64

3）设置自己生成.sys的原代码路径：

C:\Users\shenc\Desktop\TestDriver

注：

1）在调试源码时，若发生窜码（调试驱动与对应的源码不一致），须将WinDbg软件File菜单下存储的旧源码路径删除。

2）调试时WinDbg默认不输出Dbgprintf信息，须执行ednt!Kd_DEFAULT_Mask 0x8 命令。

3）驱动运行时，按下Ctrol+Break组合键，进入中断状态，点击工具按钮（快捷键：F8、F10等）可进行详细调试。

4）中断调试时，可查看局部变量等信息

七、虚拟机

1、安装虚拟机

若主板默认没有开启虚拟化技术，则一般方法是开机或重启时按F12键进入BIOS菜单,将虚拟化（Virtualization）设置为Enable。

2、配置虚拟机

1）开始-->WMware Work Stations-->双击“我的电脑”下的一个虚拟机（Windows 7 x64）-->编辑虚拟机设置-->移除打印机-->添加窜行端口

2）选中刚添加的窜行端口，在右侧的对话框中，设置如下：

勾选 启动时连接

选择 使用命名的管道（N）

其下的两个下拉框分别选择：该端是服务器、另一端是应用程序

八、安装并配置虚拟机上的Win7 64位系统

1、将Win7设置为可调试状态

1）以管理员身份打开cmd命令窗口：Win + R 打开运行输入框，输入cmd；或鼠标 点击系统开始图标，在输入框中输入cmd,右击上方搜索显示出的cmd.exe，以管理员身份运 行。

2）依次输入：

bcdedit /?

Bcdedit /enum OSLOADER

Bcdedit /copy {current} /d “Windows 7 Copy”

Bcdedit /debug on

Bcdedit /bootdebug on

Bcdedit /dbgsettings

Bcdedit /timeout 7

2、将Win7设置为测试版

管理员身份运行cmd命令，bcdedit /set testsigning true

3、测试证书数字签名

以管理员身份运行64Signer V1.2.exe，点击浏览找到并双机.sys文件，点击签名。

 4、安装.sys文件

以管理员身份运行运行InstDrv.exe，选择.sys文件，进行安装、启动等操作

5、查看内核输出信息

以管理员身份运行Dbgview.exe，点击Capture菜单，勾选上Captrue kernel项。

注：测试含有断点的内核，否则卡机，无法进行任何操作，因此不在本地主机测试，而采用双机调试（即新建个虚拟机，本地机与虚拟机通过管道进行通信）。

九、双机调试

1、源代码中添加中断语句

#if _DEBUG 　　//DBG

                 __debugbreak(); //64位

#endif

注： 1）汇编_asm int 3 中断，在64位Win7上报错。

2）如果未能进入断点进行调试，请检查sys文件是否在客户机（虚拟Win7系统）安装成功，系统字符集（Symbols）、本人字符Symbols是否下载或设置正确，管道端口是否正确等。

2、虚拟机共享主机文件夹

方法：

1）启动VMware，选择虚拟机，点击编辑虚拟机设置；

2) 点击选项，点击共享文件夹，右侧点击总是启用，然后点击添加按钮；

3) 输入win7主机下需要共享的文件夹路径，制定共享名，点击下一步；

4) 点击确定，点击虚拟机内的计算机，在网络下就可以访问共享的文件夹喽。

/*

3、Windows 7系统中的驱动签名强制要求，关闭强制驱动签名的命令为:

bcdedit /set loadoptions DISABLE_INTEGRITY_CHECKS

使用管理员的身份打开CMD命令行，然后输入上面的命令，完成之后重新启动计算机， 就可以在64位win7系统上使用未有数字签名的驱动程序。（测试时不签名启动失败!）

 */

十、NDIS中间层驱动开发

1、前言

TDI（传输层驱动接口）是传输层的过滤技术，在Windows Vista之前，常用来开发网络数据过滤，Windows Vista之后的操作系统中不再支持，取而代之的是WFP（Widows过滤平台）技术，一套系统API和服务，其简单稳定，但微软没有介绍XP等Windows Vista之前的系统如何支持WFP。NDIS Filter（网络驱动接口规范）过滤框架，即支持XP等Windows Vista之前的系统，又支持Win7等Windows Vista之前的系统；并且WDK7.1.0安装环境下的passthru工程，就是NDIS Filter开发的示例，在其基础上可以方便开发。passthru工程路径如下图：

2、Windows 网络架构

1）最上层是网络应用层。Socket、WinInet编写的程序。

2）第二层是网络API层，也是系统最顶层，为应用程序提供编程接口，且接口协议无关性。接口的定义必须在用户层，内部逻辑实现常在内核层。如：Windows套接字、WinInet库 API等

3）第三层是网络API的内核实现（即第二层的内核层）。内核实现层总是以内核模式设备驱动程序的形式体现，并且他有一个统一的责任：将上层网络请求格式化为TDI格式，并将这个格式化后的IRP发送到下层NDIS协议驱动。

4）再下一层是NDIS协议驱动，又叫TDI传输器。TCP/IP等都是NDIS协议驱动。

5）最下层是NDIS小端口驱动程序，直接驱动物理网卡。

图如下：

网络驱动模型的每一层都定义了对外的公开的公共接口，与其相连的上下层驱动模块，不需要关心其内部实现就可以很好的支持扩展性、完成工作。

3、NDIS中间层

为了方便对网络操作进行过滤，依据网络驱动模型内NDIS协议驱动、NDIS小端口驱动的公共接口进行扩展出来的一层。对上面的NDIS协议驱动，扮演NDIS小端口特征的角色；对下面的NDIS小端口驱动，扮演NDIS协议特征的角色。

图如下：

注：NDIS中间层的数量理论上不限数量

协议驱动绑定了所有小端口驱动，于是能截获所有接受到的包；而中间层驱动不仅绑定了所有小端口驱动，而且还被“所有驱动协议”绑定，因此理论上能截获所有发送和接受到的包。

4、NDIS中间层驱动开发示例Passthru工程

1）NDIS驱动的入口函数DriverEntry：做了初始化包装句柄、注册NDIS小端口特征集、注册NDIS协议特征集、关联NDIS两个接口等必做工作，也可以在其中创建设备对象、初始化分发函数表。

初始化包装句柄：NdisMInitializeWrapper函数，获得NDIS包装句柄；

注册小端口特征：先填写小端口特征，再使用NdisIMRegisterLayeredMiniport函数进行注册，输入参数是小端口特征、NDIS包装句柄等，获得关联小端口的NDIS_HANDLE类型句柄（DriverHandle）。

注册小端口卸载关联程序：NdisMRegisterUnloadHandler函数，参数是NDIS包装句柄、卸载出来程序函数句柄。

注销小端口：NdisIMDeregisterLayeredMiniport函数，参数是注册小端口特征时获得的DriverHandle句柄。

注册协议特征：NdisRegisterProtocol函数，输入参数是协议特征、NDIS包装句柄等，获得关联协议的NDIS_HANDLE类型句柄（ProtHandle）。

关联两个接口：NdisIMAssociateMiniport函数，输入参数是DriverHandle、ProtHandle两句柄，这样小端口层和协议层，在一个不透明体中进行了关联。

注：中间层驱动本身就是集小端口驱动、协议驱动于一体的一个混合体驱动。

2）动态绑定NIC设备

绑定过程是由PNP管理器发起，当PNP管理器发现系统中有可用的NIC设备时，它最终会找到所有注册过的中间层驱动。依次调用它们的AddDevice函数。

注：驱动的AddDevice函数都是被NDIS库中函数托管的。

绑定的过程中会调用PtBindAdapter函数，在其函数内实现了协议驱动对小端口的绑定。PtBindAdapter函数调用NdisAllocatepacketPoolEx函数分配用于发送和接受数据包的缓冲池；调用NDISOpenAdapter函数绑定下层的NIC，本质是在NDIS的内核对象中，建立起中间层驱动和下层被绑定驱动之间的注册函数的调用关系；调用NdisIMInitializeDeviceInstanceEx函数，在这个函数内部，调用中间层驱动程序的MpInitialize函数来初始化驱动的虚拟NIC。

3）小端口的初始化（MpInitialize）

通过传入的DriverHandle句柄参数，驱动可以很方便地找到两个特征结构中的函数接口。

调用NdisMSetAttributesEx函数设置适配器上下文，其第三个参数必须设置属性值：

NDIS_ATTRIBUTE_IGNORE_PACKET_TIMEOUT ：不对未决包进行超时处理。

            NDIS_ATTRIBUTE_IGNORE_REQUEST_TIMEOUT：不对驱动程序维持的队         列中的查询和设置命令进行超时处理

NDIS_ATTRIBUTE_INTERMEDIATE_DRIVER：告诉NDIS这是一个中间层驱动

调用PtRegisterDevice函数，生成一个控制设备对象，并设置其派遣函数。

4）中间层发送数据包

中间层驱动要发送网络数据包，最终都必须调用NDISSend/NDISSendPacket/NDISCoSendPackets这个系列的函数。以NDISSend为例，NdisSend在内部通过协议驱动的绑定句柄，找到所绑定的中间层驱动，并找到中间层驱动的MpSend/MpSendPackets函数调用。

因此可以在MpSend/MpSendPackets中对发送的数据包直接进行处理。

（包描述符进行重利用或重申请）

MpSend返回值是NDIS_STATUS_PENDING,则表示发送数据包的异步完成。那么久不能再对包描述符做任何操作了，因为已经对它失去了控制权，响应的操作应该保留到完成函数PtSendComplete中进行。

5）中间层驱动接受数据包

底层面向无连接的小端口驱动可通过下面两种方式指示数据包接收。

方式一：小端口驱动调用过滤无关的NdisMindicateReceivePacket函数，向上层驱动传递数据包描述符指针。当上层驱动处理完毕后，将向NIC驱动程序返回那些包描述符及其所指向的资源。此方式下，如果中间层驱动提供了PtReceivePacket处理函数，则PtReceivePacket函数被调用；否则PtReceive函数被调用。

方式二：小端口驱动调用过滤相关的NdisMXxxindicateReceivePacket函数,传递包头及数据缓冲区指针和缓冲区大小。此方式下，PtReceive函数被调用。

因此可以在PtReceive/PtReceivePacket中对接受的数据包直接进行处理。

上层驱动收到网络包接收通知后，会在合适的时候调用NdisTransferData函数来要求底层驱动将完整的包数据发送给它。我们会在MpTransferData函数中得到上层的这个请求；但因为我们没有完整的报数据，所以应该在这个函数中继续把请求往底层传递。底层驱动如果立刻返回包数据。那么我们在MpTransferData中即能立刻截获到；否则在MpTransferData的异步完成函数PtTransferDataComplete中才能截获到完整的包内容。

因此可以在MpTransferData、PtTransferDataComplete中对数据包进行处理。

6）中间层驱动程序查询和设置

查询和设置，是小端口特征回调中两个重要的接口：一个用来处理OID查询请求，一个用来处理OID设置请求。Passthru中分别对应的是MPQueryInformation和MPSetInformation.

综上，可以在MpSend/MpSendPackets，PtReceive/PtReceivePacket，MpTransferData、PtTransferDataComplete中对数据包进行处理。

5、NDIS包描述符

调用NdisQueryPacket函数，可以找到第一个Ndis_Buffer，然后通过NdisGetNextBuffer函数，来获得后续的NDIS_BUFFER。

调用NdisQueryBufferSafe函数，可以取得Ndis_Buffer中存储缓冲区的虚拟地址。

调用NdisMoveMemory函数，可以将各NDIS_BUFFER内容拷贝到指定的存储区。

十一、安装驱动

1、将netsf.inf、netsf_m.inf、Passthru.sys放在同一目录下。

2、安装

(1) 打开“网络和共享中心”。

(2) 右击“本地连接”或“无线网络”，选择“属性”。

(3) 在弹出的“本地连接 属性”对话框中选中“常规”属性页，点击“安装”按钮。

(4) 在弹出的“选择网络组件类型”对话框中选中“服务”，然后点击“添加”按钮。

(5) 在弹出的“选择网络服务”对话框中点击“从磁盘安装”按钮。

(6) 在弹出的“从磁盘安装”对话框中点击“浏览...”按钮。“netsf.inf”文件，点击“打开”按钮，确定。

(7) 在弹出的“选择网络服务”对话框中选中“Passthru”，点击“确定”按钮。

(8) 在安装过程中对弹出的数字签名对话框都要点击“确认”按钮。

(9) 安装完成后，“Passthru”就出现在了组件列表中。

十二、 其他

 first.c

///
/// @file first.c
/// @author crazy_chu
/// @date2008-11-1
/// 

#include <ntddk.h>
    

// 提供一个Unload函数只是为了
VOID DriverUnload(PDRIVER_OBJECT driver)
{
    // 但是实际上我们什么都不做，只打印一句话:
    DbgPrint("first: Our driver is unloading…\r\n");
}

// DriverEntry，入口函数。相当于main。
NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT driver, PUNICODE_STRING reg_path)
{
#if DBG
      // _asm int 3
#endif
    // 这是我们的内核模块的入口，可以在这里写入我们想写的东西。
    // 我在这里打印一句话。因为”Hello,world” 常常被高手耻笑，所以
    // 我们打印一点别的。
    DbgPrint("first: Hello, my salary!");

    // 设置一个卸载函数便于这个函数能退出。
    driver->DriverUnload = DriverUnload;
    return STATUS_SUCCESS;
}

View Code

makefile

!IF 0

Copyright (C) Microsoft Corporation, 1999 - 2002

Module Name:

    makefile.

Notes:

    DO NOT EDIT THIS FILE!!!  Edit .\sources. if you want to add a new source
    file to this component.  This file merely indirects to the real make file
    that is shared by all the components of Windows NT (DDK)

!ENDIF

!INCLUDE $(NTMAKEENV)\makefile.def

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sources

TARGETNAME=first
TARGETTYPE=DRIVER
SOURCES=first.c
TARGETPATH=obj

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Windows驱动开发(中间层)

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