驱动框架、内核驱动与R3通信1

驱动框架是操作系统与硬件之间的重要桥梁，它负责管理和协调硬件资源，使得上层软件能够以标准、抽象的方式与硬件交互。在Windows操作系统中，驱动通常分为内核模式驱动和用户模式驱动，其中内核驱动运行在操作系统的内核空间，具有更高的权限和效率。 驱动的抽象层次通常表现为“系统 -> 驱动 -> 硬件”，在这个模型中，硬件设备通过驱动程序被抽象成系统可操作的对象，这种抽象进一步简化为“系统 -> 驱动 -> 文件”的形式。这意味着驱动的功能，如打开、关闭、读写、控制和电源管理等，可以被看作是对文件的操作。驱动程序通过向操作系统注册函数指针，即注册派遣函数，来实现这些功能。 在Windows内核中，驱动对象(`DRIVER_OBJECT`)是驱动程序的核心结构，它包含了驱动的基本信息和执行功能。`DRIVER_OBJECT` 结构体中包含多个字段，例如： 1. `Type` 和 `Size` 字段标识对象的类型和大小。 2. `DeviceObject` 是一个设备对象链表，用于关联驱动程序所管理的设备。 3. `DriverStart` 和 `DriverSize` 分别表示驱动模块在内存中的起始地址和大小。 4. `DriverSection` 指向对应_LDR_DATA_TABLE_ENTRY结构体的地址，该结构体是所有内核模块的链表。 5. `DriverExtension` 用于存储驱动特定的信息。 6. `DriverName` 存储驱动程序的名称。 7. `HardwareDatabase` 是硬件数据库的路径，用于配置和查找硬件设备。 8. `FastIoDispatch` 包含快速I/O处理函数的指针。 9. `DriverInit`、`DriverStartIo` 和 `DriverUnload` 分别是驱动初始化、启动I/O和卸载时调用的函数。 10. `MajorFunction` 数组是关键部分，包含了28个IRP（I/O请求包）主要功能代码的处理函数指针。例如： - IRP_MJ_CREATE 表示创建文件或设备。 - IRP_MJ_CLOSE 表示关闭文件或设备。 - IRP_MJ_READ 和 IRP_MJ_WRITE 分别对应读取和写入操作。 - IRP_MJ_QUERY_INFORMATION 和 IRP_MJ_SET_INFORMATION 用于查询和设置文件或设备信息。 - IRP_MJ_POWER 和 IRP_MJ_SYSTEM_CONTROL 处理电源管理和系统控制请求。 驱动框架的运作机制是，当上层应用程序发出对硬件的操作请求时，操作系统会将这些请求封装成IRP，然后传递给相应的驱动程序。驱动程序根据IRP中的主要功能码调用对应的处理函数，完成硬件操作。 R3通信通常指的是在Ring 3（用户模式）和Ring 0（内核模式）之间的通信。在Windows中，用户模式的程序不能直接访问硬件，因此需要通过内核模式的驱动程序进行交互。R3通信可能涉及发送IRP到驱动，或者使用其他API来请求内核服务。 总结来说，驱动框架、内核驱动以及R3通信是操作系统管理硬件的关键组成部分。它们通过抽象和注册机制，使得应用程序能够高效、安全地与硬件设备交互，而无需关心底层的实现细节。理解这些概念对于开发和调试驱动程序，以及优化系统性能至关重要。