Итак, после моей предыдущей статьи я понял что тема про программирование драйверов Windows интересна хабровчанам, поэтому продолжу. В этой статье я решил разобрать простую программу-драйвер, которая делает только то, что пишет отладочное сообщение «Hello world!» при старте драйвера и «Goodbye!» при завершении, а также опишу те средства разработки, которые нам понадобятся для того, чтобы собрать и запустить драйвер.
Итак, для начала приведем текст этой несложной программы.
Итак, теперь сначала разберемся, что делает каждая инструкция. Перво-наперво мы подключаем заголовочный файл ntddk.h. Это один из базовых подключаемых файлов во всех драйверах: в нем содержатся объявления типов NTSTATUS, PDRIVER_OBJECT, PUNICODE_STRING, а также функции DbgPrint.
Далее идет объявление двух функций: DriverEntry и UnloadRoutine. Расскажу о первой поподробнее. Итак, как уважаемые читатели знают, в каждой программе есть точка входа, в программах на языке C это функция main или WinMain. В драйвере роль точки входа выполняет функция DriverEntry, которая получает на вход указатель на структуру DriverObject, а также указатель на строку реестра, соответствующую загружаемому драйверу.
Структура DriverObject содержит множество полей, которые определяют поведение будущего драйвера. Наиболее ключевые из них — это указатели на так называемые вызываемые (или callback) функции, то есть функции, которые будут вызываться при наступлении определенного события. Одну из таких функций мы определяем: это функция UnloadRoutine. Указатель на данную функцию помещается в поле DriverUnload. Таким образом при выгрузке драйвера сначала будет вызвана функция UnloadRoutine. Это очень удобно, когда драйвер имеет какие-то временные данные, которые следует очистить перед завершением работы. В нашем примере ��та функция нужна только чтобы отследить сам факт завершения работы драйвера.
Для того, чтобы выводить отладочные сообщения мы используем функцию DbgPrint, которая имеет синтаксис, аналогичной функции printf из пользовательского режима (userspace).
В этом простом примере мы использовали также директивы #pragma alloc_text(INIT, DriverEntry) и #pragma alloc_text(PAGE, UnloadRoutine). Объясню что они означают: первая помещает функцию DriverEntry в INIT секцию, то есть как бы говорит, что DriverEntry будет выполнена один раз и после этого код функции можно спокойно выгрузить из памяти. Вторая помечает код функции UnloadRoutine как выгружаемый, т.е. при необходимости, система может переместить его в файл подкачки, а потом забрать его оттуда.
Вы можете задуматься, мол ну с первой-то директивой понятно, типа оптимизация и все такое, но зачем мы используем вторую директиву, зачем помечать код как возможный к выгрузке в файл подкачки? Поясню этот вопрос: каждый процесс в системе имеет такой параметр, как IRQL (подробнее читаем по ссылке Interrupt request level ибо это материал отдельной статьи), то есть некоторый параметр, отвечающий за возможность прерывания процесса: чем выше IRQL тем меньше шансов прервать выполнение процесса. Возможности процесса так же зависят от IRQL: чем выше IRQL тем меньше возможности процесса, это вполне логично, т.е. такой подход побуждает разработчиков выполнять только самые необходимые операции при высоком IRQL, а все остальные действия делать при низком. Вернемся к основной теме, о том, почему мы делаем для функции UnloadRoutine возможность выгрузки в файл подкачки: все опять же сводится к оптимизации: работа с файлом подкачки недоступна при высоком IRQL, а процедура выгрузки драйвера гарантированно выполняется при низком IRQL, поэтому мы специально указываем руками что код функции выгрузки драйвера можно поместить в своп.
Ух, вроде как с обсуждением кода этой, казалось бы небольшой программки закончено, теперь разберемся как скомпилировать и запустить наш драйвер.
Для этого нам понадобится:
Теперь последовательность действий: сначала мы пишем два файла, один называется MAKEFILE, с таким содержимым
а второй называется sources и содержит в себе следующее:
Эти файлы нужны для сборки драйвера. Да, забыл сказать, что в WDK нет встроенной среды разработки, поэтому и нужен текстовый редактор, чтобы набирать текст драйверов. Для этой цели можно использовать и Visual Studio (некоторые даже интегрируют возможность сборки драйверов из VS), и любой другой текстовый редактор.
Сохраняем код драйвера в файл TestDriver.c и кладем его в ту же директорию, что и файлы MAKEFILE и souces. После этого запускаем установленный build environment (это командная строка с заданными переменными окружения для компиляции драйвера; она входит в WDK, и запустить ее можно как-то так: «Пуск->Программы->Windows Driver Kits->....->Build Environments->WindowsXP->Windows XP x86 Checked Build Environment»). Переходим в директорию, куда мы положили файл с драйвером (у меня это C:\Drivers\TestDriver) с помощью команды cd (у меня команда выглядит следующим образом: cd C:\Drivers\TestDriver) и набираем команду build.
Данная команда соберет нам драйвер TestDriver.sys и положит его в папку «objchk_wxp_x86\i386».
Теперь нам нужно запустить программу DbgView чтобы увидеть сообщения, которые будет выдавать драйвер. После запуска данной программы нам нужно указать, что мы хотим просматривать сообщения из ядра (Capture->Capture Kernel).
Теперь запукаем программу KmdManager, указываем путь к нашему драйверу (файл TestDriver.sys) нажимаем кнопку Register, затем Run. Теперь драйвер зарегистрирован в системе и запущен. В программе DbgView мы должны увидеть наше сообщение «Hello World!». Теперь завершаем работу драйвера кнопкой Stop и убираем регистрацию драйвера кнопкой Unregister. Кстати, в DbgView дожна появиться еще одна строка.
Итак, чего же мы достигли: мы написали, скомпилировали и запустили свой первый Windows-драйвер! Добавлю только, что при написании сложный драйверов для о��ладки используется двухмашинная конфигурация, когда на одном компьтере ведется написание драйвера, а на другом — запуск и тестирование. Это делается из-за того, что неправильно написанный драйвер может обрушить всю систему, а на ней может быть очень много ценных данных. Часто в качестве второго компьютера используется виртуальная машина.
Итак, для начала приведем текст этой несложной программы.
* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.
- // TestDriver.c
- #include <ntddk.h>
- NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, IN PUNICODE_STRING RegistryPath);
- VOID UnloadRoutine(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject);
- #pragma alloc_text(INIT, DriverEntry)
- #pragma alloc_text(PAGE, UnloadRoutine)
- NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, IN PUNICODE_STRING RegistryPath)
- {
- DriverObject->DriverUnload = UnloadRoutine;
- DbgPrint(«Hello world!\n»);
- return STATUS_SUCCESS;
- }
- VOID UnloadRoutine(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject)
- {
- DbgPrint(«Goodbye!\n»);
- }
Итак, теперь сначала разберемся, что делает каждая инструкция. Перво-наперво мы подключаем заголовочный файл ntddk.h. Это один из базовых подключаемых файлов во всех драйверах: в нем содержатся объявления типов NTSTATUS, PDRIVER_OBJECT, PUNICODE_STRING, а также функции DbgPrint.
Далее идет объявление двух функций: DriverEntry и UnloadRoutine. Расскажу о первой поподробнее. Итак, как уважаемые читатели знают, в каждой программе есть точка входа, в программах на языке C это функция main или WinMain. В драйвере роль точки входа выполняет функция DriverEntry, которая получает на вход указатель на структуру DriverObject, а также указатель на строку реестра, соответствующую загружаемому драйверу.
Структура DriverObject содержит множество полей, которые определяют поведение будущего драйвера. Наиболее ключевые из них — это указатели на так называемые вызываемые (или callback) функции, то есть функции, которые будут вызываться при наступлении определенного события. Одну из таких функций мы определяем: это функция UnloadRoutine. Указатель на данную функцию помещается в поле DriverUnload. Таким образом при выгрузке драйвера сначала будет вызвана функция UnloadRoutine. Это очень удобно, когда драйвер имеет какие-то временные данные, которые следует очистить перед завершением работы. В нашем примере ��та функция нужна только чтобы отследить сам факт завершения работы драйвера.
Для того, чтобы выводить отладочные сообщения мы используем функцию DbgPrint, которая имеет синтаксис, аналогичной функции printf из пользовательского режима (userspace).
В этом простом примере мы использовали также директивы #pragma alloc_text(INIT, DriverEntry) и #pragma alloc_text(PAGE, UnloadRoutine). Объясню что они означают: первая помещает функцию DriverEntry в INIT секцию, то есть как бы говорит, что DriverEntry будет выполнена один раз и после этого код функции можно спокойно выгрузить из памяти. Вторая помечает код функции UnloadRoutine как выгружаемый, т.е. при необходимости, система может переместить его в файл подкачки, а потом забрать его оттуда.
Вы можете задуматься, мол ну с первой-то директивой понятно, типа оптимизация и все такое, но зачем мы используем вторую директиву, зачем помечать код как возможный к выгрузке в файл подкачки? Поясню этот вопрос: каждый процесс в системе имеет такой параметр, как IRQL (подробнее читаем по ссылке Interrupt request level ибо это материал отдельной статьи), то есть некоторый параметр, отвечающий за возможность прерывания процесса: чем выше IRQL тем меньше шансов прервать выполнение процесса. Возможности процесса так же зависят от IRQL: чем выше IRQL тем меньше возможности процесса, это вполне логично, т.е. такой подход побуждает разработчиков выполнять только самые необходимые операции при высоком IRQL, а все остальные действия делать при низком. Вернемся к основной теме, о том, почему мы делаем для функции UnloadRoutine возможность выгрузки в файл подкачки: все опять же сводится к оптимизации: работа с файлом подкачки недоступна при высоком IRQL, а процедура выгрузки драйвера гарантированно выполняется при низком IRQL, поэтому мы специально указываем руками что код функции выгрузки драйвера можно поместить в своп.
Ух, вроде как с обсуждением кода этой, казалось бы небольшой программки закончено, теперь разберемся как скомпилировать и запустить наш драйвер.
Для этого нам понадобится:
- WDK или DDK
- Текстовый редактор
- Программа DbgView — бесплатная программа для просмотра отладочных сообщений, получаемых от драйверов, ее можно найти на сайте sysinternals
- Программа KmdManager — бесплатная программа для регистрации, запуска и тестирования драйвера, ее можно найти на сайте wasm.ru
Теперь последовательность действий: сначала мы пишем два файла, один называется MAKEFILE, с таким содержимым
##################################################
# 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 driver components of the Windows NT DDK
#
!INCLUDE $(NTMAKEENV)\makefile.def
##################################################
а второй называется sources и содержит в себе следующее:
##################################################
TARGETNAME=TestDriver
TARGETTYPE=DRIVER
SOURCES=TestDriver.c
##################################################
Эти файлы нужны для сборки драйвера. Да, забыл сказать, что в WDK нет встроенной среды разработки, поэтому и нужен текстовый редактор, чтобы набирать текст драйверов. Для этой цели можно использовать и Visual Studio (некоторые даже интегрируют возможность сборки драйверов из VS), и любой другой текстовый редактор.
Сохраняем код драйвера в файл TestDriver.c и кладем его в ту же директорию, что и файлы MAKEFILE и souces. После этого запускаем установленный build environment (это командная строка с заданными переменными окружения для компиляции драйвера; она входит в WDK, и запустить ее можно как-то так: «Пуск->Программы->Windows Driver Kits->....->Build Environments->WindowsXP->Windows XP x86 Checked Build Environment»). Переходим в директорию, куда мы положили файл с драйвером (у меня это C:\Drivers\TestDriver) с помощью команды cd (у меня команда выглядит следующим образом: cd C:\Drivers\TestDriver) и набираем команду build.
Данная команда соберет нам драйвер TestDriver.sys и положит его в папку «objchk_wxp_x86\i386».
Теперь нам нужно запустить программу DbgView чтобы увидеть сообщения, которые будет выдавать драйвер. После запуска данной программы нам нужно указать, что мы хотим просматривать сообщения из ядра (Capture->Capture Kernel).
Теперь запукаем программу KmdManager, указываем путь к нашему драйверу (файл TestDriver.sys) нажимаем кнопку Register, затем Run. Теперь драйвер зарегистрирован в системе и запущен. В программе DbgView мы должны увидеть наше сообщение «Hello World!». Теперь завершаем работу драйвера кнопкой Stop и убираем регистрацию драйвера кнопкой Unregister. Кстати, в DbgView дожна появиться еще одна строка.
Итак, чего же мы достигли: мы написали, скомпилировали и запустили свой первый Windows-драйвер! Добавлю только, что при написании сложный драйверов для о��ладки используется двухмашинная конфигурация, когда на одном компьтере ведется написание драйвера, а на другом — запуск и тестирование. Это делается из-за того, что неправильно написанный драйвер может обрушить всю систему, а на ней может быть очень много ценных данных. Часто в качестве второго компьютера используется виртуальная машина.
