C语言驱动开发内核枚举IoTimer定时器解析

C语言驱动开发内核枚举 IoTimer 定时器解析

什么是内核枚举？

内核枚举是一种用于访问设备驱动程序的机制，它通过操作系统内核提供的API接口扫描硬件设备，并将它们枚举为设备对象，从而让操作系统和其他驱动程序可以与设备进行通信和数据交互。

什么是 IoTimer 定时器？

Iotimer 定时器是一种 Windows 内核的定时器机制，它用于在指定的时间间隔内触发一个回调函数，并执行一些任务。

枚举 I/O 设备

Windows 内核提供的 IoEnumDeviceObject 函数通过枚举设备对象来查找系统中的 I/O 设备。该函数的原型定义如下：

NTSTATUS IoEnumerateDeviceObjectList (
  _In_    PDRIVER_OBJECT  DriverObject,
  _In_    PDEVICE_OBJECT *DeviceObjectList,
  _In_    ULONG           DeviceObjectListSize,
  _Out_   PULONG          ActualNumberDeviceObjects
);

其中，

• DriverObject 是指当前驱动程序的 DriverObject 结构体指针；
• DeviceObjectList 是指向设备对象数组的指针；
• DeviceObjectListSize 是设备对象数组的大小；
• ActualNumberDeviceObjects 是实际上枚举到的设备对象数量。

示例代码：

PDEVICE_OBJECT DeviceObjectList[256];
ULONG ActualNumberDeviceObjects;

NTSTATUS Status = IoEnumerateDeviceObjectList(DriverObject, DeviceObjectList, sizeof(DeviceObjectList), &ActualNumberDeviceObjects);
if (NT_SUCCESS(Status))
{
    for (ULONG i = 0; i < ActualNumberDeviceObjects; i++)
    {
        // Do something with DeviceObjectList[i]...
    }
}

创建 IoTimer 定时器

Windows 内核提供的 KeInitializeTimer 函数用于初始化 IoTimer 定时器。该函数的原型定义如下：

VOID KeInitializeTimer (
  _Out_ PKTIMER  Timer
);

其中，

• Timer 是指向已经分配好空间的 KTIMER 结构体指针。

示例代码：

#define TAG 'tag1'

PKTIMER g_MyTimer = NULL;
KDPC g_MyDpc;

VOID MyTimerDpcRoutine(IN PKDPC Dpc, IN PVOID DeferredContext, IN PVOID SystemArgument1, IN PVOID SystemArgument2)
{
    // Do something in the DPC routine...
}

NTSTATUS MyDeviceControlCallback (
    _In_ PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
    _Inout_ PIRP Irp
    )
{
    NTSTATUS Status = STATUS_SUCCESS;

    switch (IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp)->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode)
    {
    case IOCTL_MY_IOCTL_START_TIMER:
        // Create a new timer object
        if (g_MyTimer == NULL)
            g_MyTimer = ExAllocatePoolWithTag(NonPagedPool, sizeof(KTIMER), TAG);

        if (g_MyTimer == NULL)
        {
            Status = STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES;
            break;
        }

        // Initialize the timer object
        KeInitializeTimer(g_MyTimer);

        // Initialize the DPC object
        KeInitializeDpc(&g_MyDpc, MyTimerDpcRoutine, NULL);

        // Set the timer to expire in 5 seconds
        LARGE_INTEGER Interval;
        Interval.QuadPart = -50000000;
        KeSetTimer(g_MyTimer, Interval, &g_MyDpc);
        break;

    case IOCTL_MY_IOCTL_STOP_TIMER:
        // Cancel and delete the timer object
        if (g_MyTimer != NULL)
            KeCancelTimer(g_MyTimer);

        if (g_MyTimer != NULL)
            ExFreePoolWithTag(g_MyTimer, TAG);

        g_MyTimer = NULL;
        break;

    default:
        Status = STATUS_INVALID_DEVICE_REQUEST;
        break;
    }

    Irp->IoStatus.Status = Status;
    IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);
    return Status;
}

在上述代码中，我们利用 IOCTL_MY_IOCTL_START_TIMER 控制码来创建一个新的定时器对象，并在 MyTimerDpcRuotine 中执行要执行的任务。当我们需要停止计时器时，我们可以使用 IOCTL_MY_IOCTL_STOP_TIMER 控制码来取消计时器并删除对象。

使用 IoTimer 定时器

Windows 内核提供的 KeSetTimer 函数用于启动 IoTimer 定时器。该函数的原型定义如下：

BOOLEAN KeSetTimer (
  _Inout_ PKTIMER           Timer,
  _In_    LARGE_INTEGER    DueTime,
  _In_opt_ PKDPC           Dpc
);

其中，

• Timer 是指向已经初始化好的 KTIMER 结构体指针；
• DueTime 是一个 LARGE_INTEGER 类型参数，表示定时器在多长时间后触发；
• Dpc 是一个指向 KDPC 结构体的可选参数，用于指定定时器运行时所执行的回调函数。

示例代码：

PKTIMER g_MyTimer = NULL;
KDPC g_MyDpc;

VOID MyTimerDpcRoutine(IN PKDPC Dpc, IN PVOID DeferredContext, IN PVOID SystemArgument1, IN PVOID SystemArgument2)
{
    // Do some work here...
}

NTSTATUS MyDeviceControlCallback (
    _In_ PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
    _Inout_ PIRP Irp
    )
{
    NTSTATUS Status = STATUS_SUCCESS;

    switch (IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp)->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode)
    {
    case IOCTL_MY_IOCTL_START_TIMER:
        // Create a new timer object
        if (g_MyTimer == NULL)
            g_MyTimer = ExAllocatePoolWithTag(NonPagedPool, sizeof(KTIMER), TAG);

        if (g_MyTimer == NULL)
        {
            Status = STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES;
            break;
        }

        // Initialize the timer object
        KeInitializeTimer(g_MyTimer);

        // Initialize the DPC object
        KeInitializeDpc(&g_MyDpc, MyTimerDpcRoutine, NULL);

        // Set the timer to expire in 5 seconds
        LARGE_INTEGER Interval;
        Interval.QuadPart = -50000000;
        KeSetTimer(g_MyTimer, Interval, &g_MyDpc);
        break;

    case IOCTL_MY_IOCTL_STOP_TIMER:
        // Cancel and delete the timer object
        if (g_MyTimer != NULL)
            KeCancelTimer(g_MyTimer);

        if (g_MyTimer != NULL)
            ExFreePoolWithTag(g_MyTimer, TAG);

        g_MyTimer = NULL;
        break;

    default:
        Status = STATUS_INVALID_DEVICE_REQUEST;
        break;
    }

    Irp->IoStatus.Status = Status;
    IoCompleteRequest(Irp, IO_NO_INCREMENT);
    return Status;
}

在上述代码中，我们初始化一个新的定时器对象，将其设置为 5 秒钟后触发，同时指定 MyTimerDpcRoutine 作为回调函数。

我们可以在 MyTimerDpcRoutine 函数中执行要执行的操作：

VOID MyTimerDpcRoutine(IN PKDPC Dpc, IN PVOID DeferredContext, IN PVOID SystemArgument1, IN PVOID SystemArgument2)
{
    // Do some work here...
}

该函数将在定时器超时时被调用，而 DeferredContext 则是我们传递给 KeSetTimer 函数的回调函数中的上下文参数。

总结

通过使用 Windows 内核提供的 IoEnumDeviceObject 和 KeSetTimer 函数，我们可以创建并操作设备对象和 IoTimer 定时器，从而实现 Windows 内核驱动程序的开发。在实际开发中，我们需要谨慎编码，并充分理解内核枚举和 IoTimer 的工作原理，以避免潜在的内存泄漏和性能问题。