C++第三十九篇 -- 研究一下Windows驅動開發（二）-- 驅動程序中重要的數據結構

數據結構是計算機程序的核心，I/O管理器定義了一些數據結構，這些數據結構是編寫驅動程序時所必須掌握的。驅動程序常常要建立和維護這些數據結構的實例。

1、驅動對象（DRIVER_OBJECT）

每一個驅動程序會有惟一的驅動對象與之對應，而且這個驅動對象是在驅動加載的時候，被內核中的對象管理程序所建立的。

驅動對象用DRIVER_OBJECT數據結構表示，它做爲驅動的一個實例被內核加載，而且內核對一個驅動只加載一個實例。確切地說，是由內核中的I/O管理器負責加載的。驅動程序須要在DriverEntry中初始化。先了解一下驅動對象的數據結構。

》DeviceObject：每一個驅動程序會有一個或多個設備對象。其中，每一個設備對象都有一個指針指向下一個驅動對象。經過DeviceObject，就能夠遍歷驅動對象裏的全部設備對象。設備對象是由程序員本身建立的，而非操做系統完成，在驅動被卸載的時候，遍歷每一個設備對象，並將其刪除。

》DriverName：顧名思義，PriveName記錄的是驅動程序的名字。這裏用UNICODE字符串記錄，該字符串通常爲\Driver\[驅動程序名稱]。

》HardwareDatabase：這裏記錄的是設備的硬件數據庫鍵名，這裏一樣用UNICODE字符串記錄。該字符串通常爲\REGISTRY\MACHINE\HARDWARE\DESCRIPTION\SYSTEM。

》DriverStartIo：記錄StartIo例程的函數地址，用於串行化操做。

》DriverUnload：指定驅動卸載時所用的回調函數地址。

》MajorFunction：MajorFunction域記錄的是一個函數指針數組，也就是MajorFunction是一個數組，數組中的每一個成員記錄着一個指針，每個指針指向的是一個函數。這個函數就是處理IRP的派遣函數。

》FastIoDispatch：文件驅動中用到的派遣函數，參閱MSDN。

2、設備對象（DEVICE_OBJECT）

每一個驅動程序會建立一個或多個設備對象，用DEVICE_OBJECT數據結構表示。每一個設備對象都會有一個指針指向下一個設備對象，所以就造成了一個設備鏈。設備對象保存設備特徵和狀態的信息。

》DriverObject：指向驅動程序中的驅動獨享。同屬於一個驅動程序的驅動對象指向的是統一驅動對象。

》NextDevice：指向下一個設備對象。這裏指的下一個設備對象是同屬於一個驅動對象的設備，也就是同一個驅動程序建立的若干設備對象。每一個設備對象根據NextDevice域造成鏈表，從而能夠枚舉每一個設備對象。

》AttachedDevice：指向下一個設備對象。這裏指的是，若是有更高一層的驅動附加到這個驅動的時候，AttachedDevice指向的就是那個更高一層的驅動。

》CurrentIrp：在使用StartIO例程的時候，此域指向的是當前IRP結構。

》Flags：此域是一個32位的無符號整型。每個位有具體的含義。

標誌	描述
DO_BUFFERED_IO	讀寫操做使用緩衝方式（系統複製緩衝區）訪問用戶模式數據
DO_EXCLUSIVE	一次只容許一個線程打開設備句柄
DO_DIRECT_IO	讀寫操做使用直接方式（內存描述符表）訪問用戶模式數據
DO_DEVICE_INITIALIZING	設備對象正在初始化
DO_POWER_PAGABLE	必須在PASSIVE_LEVEL級上處理IRP_MJ_PNP請求
DO_POWER_INRUSH	設備上電期間須要大電流

》DeviceExtension：指向的是設備的擴展對象。每一個設備都會制定一個設備擴展對象，設備擴展對象記錄的是設備本身特殊意義的結構體，也就是程序員本身定義的結構體。另外，在驅動程序中，應該儘可能避免全局變量的使用，由於全局變量涉及不容易同步的問題。解決辦法，將全局變量存在設備擴展裏。

》DeviceType：指明設備的類型。

設備類型	描述
FILE_DEVICE_BEEP	蜂鳴器設備對象
FILE_DEVICE_CD_ROM	CD光驅設備對象
FILE_DEVICE_CD_ROM_FILE_SYSTEM	CD光驅文件系統設備對象
FILE_DEVICE_CONTROLLER	控制器設備對象
FILE_DEVICE_DATALINK	數據鏈設備對象
FILE_DEVICE_DFS	DFS設備對象
FILE_DEVICE_DISK	磁盤設備對象
FILE_DEVICE_DISK_FILE_SYSTEM	磁盤文件系統設備對象
FILE_DEVICE_FILE_SYSTEM	文件系統設備對象
FILE_DEVICE_INPORT_PORT	輸入端口設備對象
FILE_DEVICE_KEYBOARD	鍵盤設備對象
FILE_DEVICE_MAILSLOT	郵件槽設備對象
FILE_DEVICE_MIDI_IN	MIDI輸入設備對象
FILE_DEVICE_MIDI_OUT	MIDI輸出設備對象
FILE_DEVICE_MOUSE	鼠標設備對象
FILE_DEVICE_MULTI_UNC_PROVIDER	多UNC設備對象
FILE_DEVICE_NAMED_PIPE	命名管道設備對象
FILE_DEVICE_NETWORK	網絡設備對象
FILE_DEVICE_NETWORK_BROWSER	網絡瀏覽器涉筆對象
FILE_DEVICE_NETWORK_FILE_SYSTEM	網絡文件系統設備對象
FILE_DEVICE_NULL	空設備對象
FILE_DEVICE_PARALLEL_PORT	並口設備對象
FILE_DEVICE_PHYSICAL_NETCARD	物理網卡設備對象
FILE_DEVICE_PRINTER	打印機設備對象
FILE_DEVICE_SCANNER	掃描儀設備對象
FILE_DEVICE_SERIAL_MOUSE_PORT	串口鼠標設備對象
FILE_DEVICE_SERIAL_PORT	串口設備對象
FILE_DEVICE_SCREEN	屏幕設備對象
FILE_DEVICE_SOUND	聲音設備對象
FILE_DEVICE_STREAMS	流設備對象
FILE_DEVICE_TAPE	磁帶設備對象
FILE_DEVICE_TAPE_FILE_SYSTEM	磁帶文件系統設備對象
FILE_DEVICE_TEANSPORT	傳輸設備對象
FILE_DEVICE_UNKNOWN	未知設備對象
FILE_DEVICE_VIDEO	視頻設備對象
FILE_DEVICE_VIRTUAL_DISK	虛擬磁盤設備對象
FILE_DEVICE_WAVE_OUT	聲音輸出設備對象
FILE_DEVICE_8042_PORT	8042端口設備對象
FILE_DEVICE_NETWORK_REDIRECTOR	網卡設備對象
FILE_DEVICE_BATTERY	電池設備對象
FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER	總線擴展設備對象
FILE_DEVICE_MODEM	調制解調器設備對象
FILE_DEVICE_VDM	VDM設備對象
FILE_DEVICE_MASS_STORAGE	大容量存儲設備對象
FILE_DEVICE_SMB	SMB設備對象
FILE_DEVICE_KS	內核流設備對象
FILE_DEVICE_CHANGER	充電設備對象
FILE_DEVICE_SMARTCARD	智能卡設備對象
FILE_DEVICE_ACPI	ACPI設備對象
FILE_DEVICE_DVD	DVD設備對象
FILE_DEVICE_WAVE_IN	聲音輸入設備對象

根據設備的須要，須要填寫相應的設備類型。當製做虛擬設備時，應選擇FILE_DEVICE_UNKNOWN類型的設備。

》StackSize：在多層驅動狀況下，驅動與驅動之間會造成相似堆棧的結構。IRP會依次從最高層傳遞到最底層。StackSize描述的就是這個層數。

》AlignmentRequirement：設備在大容量傳輸的時候，須要內存對齊，以保證傳輸速度。

 

3、設備擴展

設備對象記錄「通用」設備的信息，而另一些「特殊」信息記錄在設備擴展裏。各個設備擴展由程序員本身定義，每一個設備的設備擴展也不盡相同。設備擴展是由指定內容和大小，由I/O管理器建立的，並保存在非分頁內存中。

在驅動程序中，儘可能避免使用全局函數，由於全局函數每每致使函數的不可重入性。重入性指的是，在多線程的程序中，多個函數並行運行，函數的運行結果不會根據函數的調用前後順序而致使不一樣。解決的辦法是，將全局變量以設備擴展的形式存儲，並加以適當的同步保護措施。除此以外，在設備擴展中，還會記錄下列一些內容：

》設備對象的反向指針。

》設備狀態或驅動環境信息。

》中斷對象指針。

》控制器對象指針。

因爲設備擴展是驅動程序專用的，它的結構必須在驅動程序的頭文件中定義。