如何通过Async反向与内核通信

这篇文章主要讲解了“如何通过Async反向与内核通信”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“如何通过Async反向与内核通信”吧！

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在开始学习Async反向通信之前先来研究一个Sync正向通信案例，不论是正向反向通信其在通信模式上与通过ReadFile与内核层通信的通信模式基本一致，都是通过ReadFile触发驱动中的IRP_MJ_READ读取派遣，唯一的区别是在传输数据时使用了MmGetSystemAddressForMdl方式，它将给定MDL描述的物理页面映射到系统空间，并调用RtlCopyMemory()将全局字符串复制到这个空间内，这样客户端就可以循环读取内核传出的数据。

我们来看驱动端代码是如何实现的这个功能，代码并没有什么特殊的无法理解的点，只是需要注意我们在驱动入口调用IoCreateDevice()时传入了第二个参数FILE_DEVICE_EXTENSION，该参数的作用是，创建设备时，指定设备扩展内存的大小，传一个值进去，就会给设备分配一块非页面内存。

#include 
#include 

// 保存一段非分页内存,用于给全局变量使用
#define FILE_DEVICE_EXTENSION 4096

// 定义全局字符串
static int global_count = 0;
static char global_char[5][128] = { 0 };

// 驱动绑定默认派遣函数
NTSTATUS _DefaultDispatch(PDEVICE_OBJECT _pDeviceObject, PIRP _pIrp)
{
	_pIrp->IoStatus.Status = STATUS_NOT_SUPPORTED;
	_pIrp->IoStatus.Information = 0;
	IoCompleteRequest(_pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	return _pIrp->IoStatus.Status;
}

// 驱动创建后触发
NTSTATUS _SyncCreateCloseDispatch(PDEVICE_OBJECT _pDevcieObject, PIRP _pIrp)
{
	_pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
	_pIrp->IoStatus.Information = 0;
	IoCompleteRequest(_pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	return _pIrp->IoStatus.Status;
}

// 应用层读数据后触发
NTSTATUS _SyncReadDispatch(PDEVICE_OBJECT _pDeviceObject, PIRP _pIrp)
{
	NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
	PIO_STACK_LOCATION pIrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation(_pIrp);
	PVOID pBuffer = NULL;
	ULONG uBufferLen = 0;

	do
	{
		// 读写请求使用的是直接I/O方式
		pBuffer = MmGetSystemAddressForMdl(_pIrp->MdlAddress);
		if (pBuffer == NULL)
		{
			status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
			break;
		}
		uBufferLen = pIrpStack->Parameters.Read.Length;
		DbgPrint("读字节长度: %d \n", uBufferLen);

		// 最大支持20字节读请求
		uBufferLen = uBufferLen >= 20 ? 20 : uBufferLen;

		// 输出五次字符串
		if (global_count < 5)
		{
			RtlCopyMemory(pBuffer, global_char[global_count], uBufferLen);
			global_count = global_count + 1;
		}

	} while (FALSE);

	// 填写返回状态及返回大小
	_pIrp->IoStatus.Status = status;
	_pIrp->IoStatus.Information = uBufferLen;

	// 完成IRP
	IoCompleteRequest(_pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	return status;
}

// 卸载驱动
VOID _UnloadDispatch(PDRIVER_OBJECT _pDriverObject)
{
	// 删除创建的设备
	UNICODE_STRING  Win32DeviceName;
	RtlInitUnicodeString(&Win32DeviceName, L"\\DosDevices\\LySharkSync");
	IoDeleteDevice(_pDriverObject->DeviceObject);
}

// 驱动入口
NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT _pDriverObject, PUNICODE_STRING _pRegistryPath)
{
	UNICODE_STRING DeviceName, Win32DeivceName;
	PDEVICE_OBJECT pDeviceObject = NULL;
	NTSTATUS status;
	HANDLE hThread;
	OBJECT_ATTRIBUTES ObjectAttributes;

	// 设置符号名
	RtlInitUnicodeString(&DeviceName, L"\\Device\\LySharkSync");
	RtlInitUnicodeString(&Win32DeivceName, L"\\DosDevices\\LySharkSync");

	// 循环初始化IRP函数
	for (ULONG i = 0; i <= IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION; i++)
	{
		_pDriverObject->MajorFunction[i] = _DefaultDispatch;
	}

	// 再次覆盖派遣函数
	_pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = _SyncCreateCloseDispatch;
	_pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = _SyncCreateCloseDispatch;
	_pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_READ] = _SyncReadDispatch;
	_pDriverObject->DriverUnload = _UnloadDispatch;

	// 分配一个自定义扩展 大小为sizeof（DEVEXT）
	// By: LyShark.com
	status = IoCreateDevice(_pDriverObject, sizeof(FILE_DEVICE_EXTENSION), &DeviceName, FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0, FALSE, &pDeviceObject);
	if (!NT_SUCCESS(status))
		return status;
	
	if (!pDeviceObject)
		return STATUS_UNEXPECTED_IO_ERROR;

	// 为全局变量赋值
	strcpy(global_char[0], "hi,lyshark A");
	strcpy(global_char[1], "hi,lyshark B");
	strcpy(global_char[2], "hi,lyshark C");
	strcpy(global_char[3], "hi,lyshark D");
	strcpy(global_char[4], "hi,lyshark E");

	// 指定读写方式为 直接I/O MDL模式
	pDeviceObject->Flags |= DO_DIRECT_IO;

	// 数据传输时地址校验大小
	pDeviceObject->AlignmentRequirement = FILE_WORD_ALIGNMENT;
	status = IoCreateSymbolicLink(&Win32DeivceName, &DeviceName);

	pDeviceObject->Flags &= ~DO_DEVICE_INITIALIZING;
	return STATUS_SUCCESS;
}

对于应用层来说并没有什么特别的，同样调用ReadFile读取内核中的参数，同样for循环读取五次，代码如下：

#include 
#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
	HANDLE hFile;
	char Buffer[10] = { 0 };
	DWORD dwRet = 0;
	BOOL bRet;

	hFile = CreateFileA("\\\\.\\LySharkSync", GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
	if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)
		return 0;

	for (int x = 0; x < 5; x++)
	{
		bRet = ReadFile(hFile, Buffer, 20, &dwRet, NULL);
		if (!bRet)
		{
			CloseHandle(hFile);
			return 0;
		}
		printf("读入数据: %s -> 读取长度: %d \n", Buffer, dwRet);
	}
	return 0;
}

这段代码运行效果如下：

与同步模式不同，异步模式虽然同样使用ReadFile实现通信，但在通信中引入了Event事件通知机制，这也是异步与同步最大的区别所在，用户层可以分别创建多个Event事件，等待内核依次做出相应并最终一并返回。

首先驱动内定义了_DeviceExtension自定义接口，该接口用于保存此次事件所对应的Irp以及其所对应的DPC时间等。

异步分发函数_AsyncReadDispatch同样是被IRP_MJ_READ派遣函数触发的，触发后其内部会首先IoGetCurrentIrpStackLocation得到当前IRP的堆栈信息，然后设置IoMarkIrpPending()并最终将该IRP通过InsertTailList()插入到IRP链表内等待被处理。

• IoMarkIrpPending

• 用于标记指定的IRP，标志着某个驱动的分发例程（分发函数）因需要被其他的驱动程序进一步处理最终返回STATUS_PENDING状态。

函数_CustomDpc则是定时器内部要执行的具体操作，在DriverEntry驱动入口处做了如下初始化，初始化了链表，并初始化了一个定时器，最后启动这个定时器每隔1秒都会执行一次_CustomDpc如果我们的IRP链表内IsListEmpty() 检测存在数据，则会主动拷贝内存RtlCopyMemory并推送到应用层。

// 初始化IRP链表
InitializeListHead(&pDevExt->IrpList);
// 初始化定时器
KeInitializeTimer(&(pDevExt->timer));
// 初始化DPC pDevExt是传给_CustomDpc函数的参数
KeInitializeDpc(&pDevExt->dpc, (PKDEFERRED_ROUTINE)_CustomDpc, pDevExt);

// 设置定时时间位1s
pDevExt->liDueTime = RtlConvertLongToLargeInteger(-10000000);
// 启动定时器
KeSetTimer(&pDevExt->timer, pDevExt->liDueTime, &pDevExt->dpc);

驱动层完成代码如下所示：

#include 

// 自定义接口扩展
typedef struct _DeviceExtension
{
	LIST_ENTRY IrpList;
	KTIMER timer;
	LARGE_INTEGER liDueTime;
	KDPC dpc;
}DEV_EXT, *PDEV_EXT;

// 默认派遣函数
NTSTATUS _DefaultDispatch(PDEVICE_OBJECT _pDeviceObject, PIRP _pIrp)
{
	_pIrp->IoStatus.Status = STATUS_NOT_SUPPORTED;
	_pIrp->IoStatus.Information = 0;
	IoCompleteRequest(_pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	return _pIrp->IoStatus.Status;
}

// 创建派遣函数
NTSTATUS _AsyncCreateCloseDispatch(PDEVICE_OBJECT _pDevcieObject, PIRP _pIrp)
{
	_pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
	_pIrp->IoStatus.Information = 0;
	IoCompleteRequest(_pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	return  _pIrp->IoStatus.Status;
}

// 读取派遣函数
NTSTATUS _AsyncReadDispatch(PDEVICE_OBJECT _pDeviceObject, PIRP _pIrp)
{
	NTSTATUS status;
	PIO_STACK_LOCATION pIrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation(_pIrp);
	PDEV_EXT pDevExt = (PDEV_EXT)_pDeviceObject->DeviceExtension;

	IoMarkIrpPending(_pIrp);

	// 将IRP插入自定义链表中插入的是ListEntry
	InsertTailList(&pDevExt->IrpList, &_pIrp->Tail.Overlay.ListEntry);

	// 返回pending 主要返回给I/O管理器的值必须和IRP的Pending标志位一致
	// By: LyShark.com
	// 即调用iomarkirppending和返回值要一致 
	return STATUS_PENDING;
}

// DPC线程
VOID _CustomDpc(PKDPC Dpc, PVOID DeferredContext, PVOID SystemArgument1, PVOID SystemArgument2)
{
	PIRP pIrp;
	PDEV_EXT pDevExt = (PDEV_EXT)DeferredContext;
	PVOID pBuffer = NULL;
	ULONG uBufferLen = 0;
	PIO_STACK_LOCATION pIrpStack = NULL;

	do
	{
		if (!pDevExt)
		{
			break;
		}

		// 检查尾端IRP链表是否为空 为空则跳出
		if (IsListEmpty(&pDevExt->IrpList))
		{
			break;
		}

		// 从IRP链表中取出一个IRP并完成该IRP 取出的是ListEntry的地址
		PLIST_ENTRY pListEntry = (PLIST_ENTRY)RemoveHeadList(&pDevExt->IrpList);
		if (!pListEntry)
			break;

		pIrp = (PIRP)CONTAINING_RECORD(pListEntry, IRP, Tail.Overlay.ListEntry);
		pIrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);

		DbgPrint("当前DPC Irp: 0x%x\n", pIrp);

		// 驱动程序的读写方式位直接I/O
		pBuffer = MmGetSystemAddressForMdl(pIrp->MdlAddress);
		if (pBuffer == NULL)
		{
			pIrp->IoStatus.Status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
			pIrp->IoStatus.Information = 0;
			IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);

			break;
		}
		uBufferLen = pIrpStack->Parameters.Read.Length;
		DbgPrint("读取DPC长度: %d\n", uBufferLen);

		// 支持5字节以下的读请求
		uBufferLen = uBufferLen > 13 ? 13 : uBufferLen;

		// 复制请求内容
		RtlCopyMemory(pBuffer, "hello lyshark", uBufferLen);

		pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
		pIrp->IoStatus.Information = uBufferLen;

		// 完成该IRP
		IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	} while (FALSE);

	// 重新设置定时器
	KeSetTimer(&pDevExt->timer, pDevExt->liDueTime, &pDevExt->dpc);
}

// 卸载驱动
VOID _UnloadDispatch(PDRIVER_OBJECT _pDriverObject)
{
	UNICODE_STRING Win32DeviceName;
	PDEV_EXT pDevExt = (PDEV_EXT)_pDriverObject->DeviceObject->DeviceExtension;

	RtlInitUnicodeString(&Win32DeviceName, L"\\DosDevices\\LySharkAsync");

	// 删除定时器
	// LyShark
	KeCancelTimer(&pDevExt->timer);
	// 删除创建的设备
	IoDeleteDevice(_pDriverObject->DeviceObject);
}

// 驱动入口
NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT _pDriverObject, PUNICODE_STRING _pRegistryPath)
{
	UNICODE_STRING DeviceName, Win32DeivceName;
	PDEVICE_OBJECT pDeviceObject = NULL;
	NTSTATUS status;
	PDEV_EXT pDevExt = NULL;
	HANDLE hThread;
	OBJECT_ATTRIBUTES ObjectAttributes;
	CLIENT_ID CID;

	RtlInitUnicodeString(&DeviceName, L"\\Device\\LySharkAsync");
	RtlInitUnicodeString(&Win32DeivceName, L"\\DosDevices\\LySharkAsync");

	for (ULONG i = 0; i <= IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION; i++)
	{
		_pDriverObject->MajorFunction[i] = _DefaultDispatch;
	}

	_pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = _AsyncCreateCloseDispatch;
	_pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = _AsyncCreateCloseDispatch;
	_pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_READ] = _AsyncReadDispatch;
	_pDriverObject->DriverUnload = _UnloadDispatch;

	// 分配自定义扩展
	status = IoCreateDevice(_pDriverObject, sizeof(DEV_EXT), &DeviceName, FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0, FALSE, &pDeviceObject);
	if (!NT_SUCCESS(status))
		return status;
	if (!pDeviceObject)
		return STATUS_UNEXPECTED_IO_ERROR;

	pDeviceObject->Flags |= DO_DIRECT_IO;
	pDeviceObject->AlignmentRequirement = FILE_WORD_ALIGNMENT;
	status = IoCreateSymbolicLink(&Win32DeivceName, &DeviceName);

	pDeviceObject->Flags &= ~DO_DEVICE_INITIALIZING;
	pDevExt = (PDEV_EXT)pDeviceObject->DeviceExtension;

	// 初始化IRP链表
	InitializeListHead(&pDevExt->IrpList);
	// 初始化定时器
	KeInitializeTimer(&(pDevExt->timer));
	// 初始化DPC pDevExt是传给_CustomDpc函数的参数
	KeInitializeDpc(&pDevExt->dpc, (PKDEFERRED_ROUTINE)_CustomDpc, pDevExt);

	// 设置定时时间位1s
	pDevExt->liDueTime = RtlConvertLongToLargeInteger(-10000000);
	// 启动定时器
	KeSetTimer(&pDevExt->timer, pDevExt->liDueTime, &pDevExt->dpc);

	return STATUS_SUCCESS;
}

驱动层说完了，接下来是应用层，对于应用层来说，需要使用CreateEvent打开通知事件，或者叫做事件对象，然后当有通知时，则直接使用ReadFile读取对应的缓冲区，当所有读取全部结束WaitForMultipleObjects等待结束即输出结果。

#include 
#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
	HANDLE hFile;
	char Buffer[3][32] = { 0 };
	DWORD dwRet[3] = { 0 };
	OVERLAPPED ol[3] = { 0 };
	HANDLE hEvent[3] = { 0 };

	// By:LyShark
	hFile = CreateFileA("\\\\.\\LySharkAsync", GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN_EXISTING,
		FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,
		NULL);
	if (INVALID_HANDLE_VALUE == hFile)
		return  0;

	// event用来通知请求完成
	hEvent[0] = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
	ol[0].hEvent = hEvent[0];

	hEvent[1] = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
	ol[1].hEvent = hEvent[1];

	hEvent[2] = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
	ol[2].hEvent = hEvent[2];

	// 读取事件内容到缓存
	ReadFile(hFile, Buffer[0], 13, &dwRet[0], &ol[0]);
	ReadFile(hFile, Buffer[1], 13, &dwRet[1], &ol[1]);
	ReadFile(hFile, Buffer[2], 13, &dwRet[2], &ol[2]);

	// 等待三个事件执行完毕
	WaitForMultipleObjects(3, hEvent, TRUE, INFINITE);

	// 输出结果
	printf("缓存LyShark A: %s \n", Buffer[0]);
	printf("缓存LyShark B: %s \n", Buffer[1]);
	printf("缓存LyShark C: %s \n", Buffer[2]);

	CloseHandle(hFile);
	return  0;
}

这段代码最终运行效果如下：

感谢各位的阅读，以上就是“如何通过Async反向与内核通信”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对如何通过Async反向与内核通信这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是创新互联，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！