Windows驱动开发（三）—— 驱动和应用层通信的几种方式

目的

在Windows系统中，驱动程序想要正常工作，往往离不开和用户态进程间的交互。因此，驱动和用户态进程的通信就成为了必不可少的手段。

方式

1. 进程间通信

由于Windows 操作系统中，内核线程运行于某个进程的地址空间中。因此，内核线程和用户进程的通信可以通过进程间通信的方式实现，例如文件映射、共享内存、管道等方式。这里就不一一展开了。

2. I/O请求

通过实现IRP_MJ_READ、IRP_MJ_WRITE的请求，用户态进程直接通过设备读写的方式与驱动程序通信。

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// 应用层读写事件
HANDLE hDevice = ::CreateFile(DRIVER_NAME, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
if (FALSE == ReadFile(hDevice, buffer, sizeof(buffer), &dwOutput, NULL)) {
    if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING) {
        WaitForSingleObject(hDevice, INFINITE);
    }
}
WriteFile(hDevice, buffer, sizeof(buffer), &dwOutput, NULL);
CloseHandle(hDevice);

驱动程序在接收到IRP时，根据具体需求选择直接返回数据；或者通过IoMarkIrpPending设置挂起状态，异步处理请求。

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// 异步IRP处理
VOID ThreadProc(PVOID StartContext)
{
	PIRP pIrp = (PIRP)StartContext;
	pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
	pIrp->IoStatus.Information = 0;
	IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
	PsTerminateSystemThread(STATUS_SUCCESS);
}

// 挂起IRP
PsCreateSystemThread(&hThread, 0, NULL, NtCurrentProcess(), NULL, ThreadProc, pIrp);
IoMarkIrpPending(pIrp);
pIrp->IoStatus.Status = STATUS_PENDING;
return STATUS_PENDING;

3. I/O 控制

通过调用DeviceIoControl发送设备控制代码，等待驱动层返回。

从本质上来说，这种方式与通过IRP_MJ_READ、IRP_MJ_WRITE类似，都是通过封装IRP来实现。

但是，DeviceIoControl允许用户自定义设备控制代码，使用上更加灵活。

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// 定义设备控制代码
#define IOCTL_HELLOWORLD_TEST CTL_CODE(0x8000, 0x01, METHOD_BUFFERED, FILE_ANY_ACCESS)
// 执行设备控制
DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_HELLOWORLD_TEST, buffer, sizeof(buffer), buffer, sizeof(buffer), &dwOutput, NULL);

4. MiniFilter通信服务端口

在微软的文件过滤器框架MiniFilter中，提供了一种独立的通信方式------CommunicationPort。

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// 驱动
// 创建通信端口
FltCreateCommunicationPort(pFilter, &pServerPort, &oa, NULL, ConnectNotifyCb, DisconnectNotifyCb, MessageNotifyCb, 1);
// 发送消息
FltSendMessage(pFilter, &pClientPort,inbuffer, inlength, outbuffer, outlength, &liTimeout);
// 接收消息回调
NTSTATUS MessageNotifyCb(
  PVOID PortCookie,
  PVOID InputBuffer,
  ULONG InputBufferLength,
  PVOID OutputBuffer,
  ULONG OutputBufferLength,
  PULONG ReturnOutputBufferLength
)
{...}
// 关闭客户端连接
FltCloseClientPort(pFilter, &pClientPort);
// 关闭端口
FltCloseCommunicationPort(pServerPort);

// 应用态
// 连接通信端口
FilterConnectCommunicationPort(c_sPortName, 0, NULL, 0, NULL, &m_pConnectionPort);
// 接收消息
FilterGetMessage(m_pConnectionPort,lpMessageBuffer, dwMessageBufferSize, NULL);
// 回复消息
FilterReplyMessage(m_pConnectionPort, lpReplyBuffer, dwReplyBufferSize);
// 发送消息
FilterSendMessage(m_pConnectionPort, inbuffer, inlength, outbuffer, outlength, &outlength);

5. 本地过程调用（LPC, Local Procedure Call）

LPC 是 Windows 中的一种轻量级的进程间通信机制，允许在同一台计算机上的不同进程之间进行高效的消息传递。它主要用于用户模式与内核模式之间的交互。

由于LPC是Windows系统内部使用的一种通信机制，微软没有提供任何的公开文档，因此在实际使用中可能存在一定风险。

但是，相比于其他方式而言，LPC可以从驱动连接应用层创建的通信端口，使用上更为灵活。

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// 服务端
// 创建端口
ZwCreatePort(&hPort, &objectAttributes, sizeof(PORT_MESSAGE), MAX_LPC_MESSAGE_LENGTH, 0);
// 等待客户端连接
ZwReplyWaitReceivePort(hPort, &lpc_client, NULL, (PPORT_MESSAGE)pRequest);
// 接收客户端连接
ZwAcceptConnectPort(&hConnectionPort, NULL,(PPORT_MESSAGE)pRequest, TRUE, &ServerView, &ClientView);
// 完成客户端连接
ZwCompleteConnectPort(hConnectionPort);
// 响应消息
ZwReplyPort(hConnectionPort, (PPORT_MESSAGE)replyBuffer);
// 关闭端口
ZwClose(hConnectionPort);
ZwClose(hPort);

// 客户端
// 连接端口
ZwConnectPort(&hConnectionPort, &LpcPortName, &sqos, &ClientView, &ServerView, (PULONG)&MaxMessageLength, NULL,NULL);
// 发送消息等待响应
ZwRequestWaitReplyPort(hConnectionPort, (PPORT_MESSAGE)pRequest, (PPORT_MESSAGE)pResponse);
// 关闭端口
ZwClose(hConnectionPort);