Windows内核-7-(IRP)I/O请求包

IRP（I/O Request Packet)就是一个进行I/O操作的请求包。

IRP是一个结构体，谁分配谁就得释放，通常由执行体里的管理器，获取内核驱动程序来分配。

IRP不是单独的，只要创建了IRP就会跟着创建IRP的I/O栈，有一个栈是给内核驱动用的：

驱动需要调用IoGetCurrentIrpStackLocation函数来获取内驱驱动对应的I/O栈。

I/O传递

I/O系统是以设备对象为中心，而不是以驱动对象为中心的。IRP可以在设备对象中传来传去：

有点类似于计算机网络的体系结构。但是不可否认的是I/O可以在设备直接进行各种传递，所以通常用来作为读取文本数据。

具体的传递过程有点类似于栈。

IRP和I/O栈

这张图是对前面第一张图的细化。

分发例程（dispatch routine）

IRP最主要的一个作用就是拿来做分发例程，其实也就是分发的实例函数，就是对文件数据的传递。在我的理解里，就是对信息的分发，让大家一起用到数据。

所有的分发例程都有一个原型：

typedef NTSTATUS DRIVER_DISPATCH (
_In_ PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
_Inout_ PIRP Irp);

分发例程必须保存在驱动对象的MajorFunction里面，且需要对应和驱动的连接状态：

状态	描述
IRP_MJ_CREATE	获取文件句柄，对应User下的CreateFile
IRP_MJ_CLOSE	关闭文件句柄，对应User下的CloseHandle
IRP_MJ_READ	对应ReadFile
IRP_MJ_WRITE	对应WriteFile
IRP_MJ_DEVICE_CONTROL	对应DeviceIoControl，即可读又可写
IRP_MJ_INTERNAL_DEVICE_CONTROL	和IRP_MJ_DEVICE_CONTROL差不多，但是只有Kernel可用

完成请求

一旦决定要处理IRP（意味着不会把该IRP传递给下一个设备对象），就必须要完成它。

比如：

NTSTATUS MyDispatchRoutine(PDEVICE_OBJECT, PIRP Irp) {
//...
Irp->IoStatus.Status = STATUS_XXX;
Irp->IoStatus.Information = NumberOfBytesTransfered; // depends on request type
IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);
return STATUS_XXX;
}
//这里的IoCompleteRequest就是必须的

安全IRP操作

由于线程原因，很有可能一个去读一个去写，导致两个只有一个拿到了想要的数据。

还有页面内存的原因，修改的时候有可能一起修改了。

内核提供了两种比较安全的处理方式：

1 缓冲I/O

2 直接I/O

缓冲I/O

要使用缓冲I/O只需要在设备对象的Flag字段里面添加一个DO_BUFFERED_IO

DeviceObject->Flags |= DO_BUFFERED_IO

缓冲I/O的原理就是在系统内存中开辟一段缓冲区，作为一个中间人。

比如说要写，就先把内容写到系统内存缓冲区里，然后系统内存缓冲区再写入/读取到缓冲区里面。

直接I/O

直接缓冲采用物理内存映射来处理，将User和Kernel的缓冲区都指向物理内存里面，并且锁定在内存里，然后读写都采用它。这样的好处是减少了调用的开销。但是占了部分内存。

IRP_MJ_DEVICE_CONTROL 调度

前面的缓冲和直接I/O是读或写操作，这里的IRP_MJ_DEVICE_CONTROL操作是基于控制代码来选择读或写两个都可以的。

User态的IRP_MJ_DEVICE_CONTROL 和Kernel态的调用函数原型差不多：

BOOL DeviceIoControl(
  HANDLE       hDevice,
  DWORD        dwIoControlCode,
  LPVOID       lpInBuffer,
  DWORD        nInBufferSize,
  LPVOID       lpOutBuffer,
  DWORD        nOutBufferSize,
  LPDWORD      lpBytesReturned,
  LPOVERLAPPED lpOverlapped
);

dwIoControlCode：控制代码，由CTL_CODE宏的四个参数来处理。

Zero驱动程序

Client+Kernel的一个练手项目：

对于读请求，会将提供的缓冲区清零然后输出

对于写请求，会把缓冲区消耗掉

源代码zodiacon/windowskernelprogrammingbook: The Windows Kernel Programming book samples (github.com)