Windows驱动开发：利用ReadFile与WriteFile实现应用层通信

通信模式与原理概述

驱动程序与应用程序的交互主要依赖I/O管理器中转数据，常见通信模式包括：

• 缓冲区读写（DO_BUFFERED_IO）：系统将用户缓冲区的内容复制到内核分配的SystemBuffer中，操作完成后由系统负责复制回用户缓冲区。安全且常用，对应应用层的ReadFile/WriteFile。
• 直接读写（DO_DIRECT_IO）：通过锁页内存（Mdl）直接访问物理内存，减少一次拷贝，适合大数据量传输。
• 其他方式（NOT_SUPPORTED）：通常用于未定义的特殊处理。

本文将详细演示基于缓冲区模式（DO_BUFFERED_IO）的开发流程。

第一步：驱动框架初始化

首先构建标准的驱动入口，完成设备对象的创建、符号链接的建立以及默认派遣函数的配置。务必将标志位设为DO_BUFFERED_IO，这是后续使用ReadFile系列函数的基础。

#include <ntifs.h>

// 卸载驱动执行
VOID UnDriver(PDRIVER_OBJECT pDriver)
{
	PDEVICE_OBJECT pDev = pDriver->DeviceObject;
	UNICODE_STRING SymLinkName;
	IoDeleteDevice(pDev);
	RtlInitUnicodeString(&SymLinkName, L"\\??\\LySharkDriver");
	IoDeleteSymbolicLink(&SymLinkName);
}

// 创建设备连接
NTSTATUS CreateDriverObject(IN PDRIVER_OBJECT pDriver)
{
	NTSTATUS Status;
	PDEVICE_OBJECT pDevObj;
	UNICODE_STRING DriverName;
	UNICODE_STRING SymLinkName;

	RtlInitUnicodeString(&DriverName, L"\\Device\\LySharkDriver");
	Status = IoCreateDevice(pDriver, 0, &DriverName, FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0, TRUE, &pDevObj);

	// 指定通信方式为缓冲区
	pDevObj->Flags |= DO_BUFFERED_IO;

	RtlInitUnicodeString(&SymLinkName, L"\\??\\LySharkDriver");
	Status = IoCreateSymbolicLink(&SymLinkName, &DriverName);
	return STATUS_SUCCESS;
}

第二步：注册读写派遣函数

在DriverEntry中，除了默认的CREATE和CLOSE处理外，必须显式绑定IRP_MJ_READ和IRP_MJ_WRITE。对于其他未使用的功能号，应指向一个默认处理函数以防止非法访问导致蓝屏。

NTSTATUS DriverDefaultHandle(PDEVICE_OBJECT pDevObj, PIRP pIrp)
{
	pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
	pIrp->IoStatus.Information = 0;
	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	return STATUS_SUCCESS;
}

NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT pDriver, PUNICODE_STRING RegistryPath)
{
	// ... 省略设备创建部分 ...

	// 统一设置默认处理
	for (ULONG i = 0; i < IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION; i++)
	{
		pDriver->MajorFunction[i] = DriverDefaultHandle;
	}

	pDriver->DriverUnload = UnDriver;
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = DispatchCreate;
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = DispatchClose;

	// 增加核心读写派遣处理
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_READ] = DispatchRead;
	pDriver->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE] = DispatchWrite;

	return STATUS_SUCCESS;
}

第三步：实现读写逻辑

在缓冲区模式下，pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer是驱动程序读写数据的唯一入口。读取时，需向此缓冲区填充数据；写入时，可从该缓冲区读取用户传入的数据。

• 读取请求：操作系统已准备好SystemBuffer，开发者负责向其填入数据，并通过IoStatus.Information返回实际字节数。
• 写入请求：操作系统已将应用层数据从用户缓冲区复制到SystemBuffer，开发者可直接读取并使用。

// 读取回调函数
NTSTATUS DispatchRead(PDEVICE_OBJECT pDevObj, PIRP pIrp)
{
	PIO_STACK_LOCATION Stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
	ULONG ulReadLength = Stack->Parameters.Read.Length;
	char szBuf[128] = "hello lyshark";

	pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
	pIrp->IoStatus.Information = ulReadLength; // 告知IO管理器传输的字节数

	// 安全起见，限制拷贝长度不超过字符串实际长度或缓冲区大小
	ULONG copyLen = (ulReadLength > 5) ? 5 : ulReadLength;
	memcpy(pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer, szBuf, copyLen);

	DbgPrint("读取长度：%d\n", ulReadLength);
	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	return STATUS_SUCCESS;
}

// 接收传入回调函数
NTSTATUS DispatchWrite(struct _DEVICE_OBJECT *DeviceObject, struct _IRP *Irp)
{
	PIO_STACK_LOCATION Stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp);
	ULONG ulWriteLength = Stack->Parameters.Write.Length;
	PVOID ulWriteData = Irp->AssociatedIrp.SystemBuffer;

	DbgPrint("传入长度: %d 传入数据: %s\n", ulWriteLength, (char*)ulWriteData);

	Irp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
	Irp->IoStatus.Information = ulWriteLength;
	IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);
	return STATUS_SUCCESS;
}

第四步：应用层调用验证

应用层通过CreateFile打开符号链接获取句柄，随后直接使用标准的Win32 API ReadFile和WriteFile进行交互。当调用这些API时，线程进入内核态触发对应的派遣函数。

#include <iostream>
#include <Windows.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  HANDLE hDevice = CreateFileA("\\\\.\\LySharkDriver", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0,
    NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
  if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
  {
    CloseHandle(hDevice);
    return -1;
  }

  // 1. 读取数据
  char buffer[128] = { 0 };
  ULONG length;
  ReadFile(hDevice, buffer, 5, &length, 0); 
  printf("读取字节:");
  for (int i = 0; i < (int)length; i++)
  {
    printf("%c", buffer[i]);
  }
  printf("\n");

  // 2. 写入数据
  char write_buffer[] = "hello lyshark";
  ULONG write_length;
  WriteFile(hDevice, write_buffer, strlen(write_buffer), &write_length, 0);

  system("pause");
  CloseHandle(hDevice);
  return 0;
}

以上就是通过ReadFile与内核层通信的详细内容，更多关于C语言驱动开发及系统级数据交换的资料请关注本站其它相关文章！