Windows 文件过滤驱动经验总结

看了 ChuKuangRen 的第二版《文件过滤驱动开发教程》后,颇有感触。我想,交流都是
建立在平等的基础上,在抱怨氛围和环境不好的同时应该先想一想自己究竟付出了多少?
只知索取不愿付出的人也就不用抱怨了,要怪也只能怪自己。发自己心得的人无非是两种
目的,一是引发一些讨论,好纠正自己错误的认识,以便从中获取更多的知识使自己进步
的更快。二是做一份备忘,当自己遗忘的时候能够马上找到相关资料。我这里也总结了近
几年做文件过滤驱动时所积累下来的一些小小经验,这分笔记也是看了 ChuKuangRen 的
教程后,临时想到的一小部分而已,是想到哪写到哪,不是很全,如果以后再回想起什么
也会不断补充。因其工作原因,近段时间在 SOLARIS 驱动与 Linux 内核方面投入的精
力比较多,Windows 下的文件过滤驱动一直也没有怎么去碰,所以最后还是那句老话
FIXME。

1、获得文件全路径以及判断时机

除在所有 IRP_MJ_XXX 之前自己从头创建 IRP 发送到下层设备查询全路径外,
不要尝试在 IRP_MJ_create 以外的地方获得全路径,因为只有在 IRP_MJ_create
中才会使用 ObcreateObject() 来建立一个有效的 FILE_OBJECT。而在 IRP_READ
IRP_WRITE 中它们是直接操作 FCB (File Control Block)的。

2、从头建立 IRP 发送关注点

无论你建立什么样的 IRP,是 IRP_MJ_create 也好还是 IRP_MJ_DIRECTORY_CONTROL
也罢,最要提醒的就是一些标志。不同的标志会代来不同的结果,有些结果是直接
返回失败。这里指的标志不光是 IRP->Flags,还要考虑 IO_STACK_LOCATION->Flags
还有其它等等。尤其是你要达到一些特殊目的,这时候更需要注意,如 IRP_MN_QUERY_DIRECTORY,
不同的标志结果有很大的不同。

3、从头建立 IRP 获取全路径注意点

自己从头建立一个 IRP_MJ_QUERY_INFORMATION 的 IRP 获取全路径时需要注意,
不仅在 IRP_MJ_create 要做区别处理,在 IRP_MJ_CLOSE 也要做同样的处理,
否则如果目标是 NTFS 文件系统的话可能产生 deadlock。如果是 NTFS 那么在
IRP_MJ_CLEANUP 的时候也需要对 FO_STREAM_FILE 类型的文件做同样处理。

4、获得本地/远程访问用户名(域名/SID)

方法只有在 IRP_MJ_create 中才可用,那是因为 IO_SECURITY_CONTEXT 只有
在 IO_STACK_LOCATION->Parameters.create.SecurityContext 才会有效。
这样你才有可能从 IO_SECURITY_CONTEXT->SecurityContext->AccessState->
SubjectSecurityContext.XXXToken 中获得访问 TOKEN,从而进一步得到用户名
或 SID。记得 IFS 中有一个库,它的 LIB 导出一个函数可以让你在获得以上
信息后得到用户名与域名。但如果你想兼容 NT4 的话,只能自己分析来得出本
地和远程的 SID。

5、文件与目录的判断

正确的方法在楚狂人的文档里已经说过了,再补充一句。如果你的文件过滤驱动
要兼容所有文件系统,那么不要十分相信从 FileObject->FsContext 里取得的数据。
正确的方法还是在你传递下去 IRP_MJ_create 后从最下层文件系统延设备栈返回到
你这里后再获得。

6、加/解密中判断点

只判断 IRP_PAGING_IO,IRP_SYNCHRONOUS_PAGING_IO,IRP_NOCACHE 是
没错的。如果有问题,相信是自己的问题。关于有人提到在 FILE_OBJECT->Flags
中的 FO_NO_INTERMEDIATE_BUFFERING 是否需要判断,对此问题的回答是只要
你判断了 IRP_NOCACHE 就不用再判断 FILE_OBJECT 中的,因为它最终会
设置 IRP->Flags 为 IRP_NOCACHE。关于你看到的诸如 IRP_DEFER_IO_COMPLETION
等 IRP 不要去管它,因为它只是一个过程。最终读写还是如上所介绍。至于
以上这些 IRP 哪个是由 CC MGR 发送的,哪些是由 I/O MGR 发送和在什么
时候发送的,这个已经有很多讨论了,相信可以找到。

7、举例说明关于 IRP 传递与完成注意事项

只看 Walter Oney 的那本 《Programming the Microsoft Windows driver model》
里介绍的流程,自己没有实际的体会还是不够的,那里只介绍了基础概念,让自己
有了知识。知道如何用,在什么情况下用,用哪种方法,能够用的稳定这叫有了技术。
我们从另一个角度出发,把问题分为两段来看,这样利于总结。一个 IRP 在过滤驱
动中,把它分为需要安装 CompleteRoutine 的与无需安装 CompleteRoutine 的。
那么在不需要安装 CompleteRoutine 的有以下几类情况。

(1) 拿到这个 IRP 后什么都不做,直接调用 IoCompleteRequest() 来返回。
(2) 拿到这个 IRP 后什么都不做,直接传递到底层设备,使用
IoSkipCurrentIrpStackLocation() 后调用 IoCallDriver() 传递。
(3) 使用 IoBuildSynchronousFsdRequest() 或 IoBuildDeviceIoControlRequest()
来建立 IRP 的。

以上几种根据需要直接使用即可,除了一些参数与标志需要注意外,没有什么系统
机制相关的东西需要注意了。那么再来看需要安装 CompleteRoutine 的情况。我们
把这种情况再细分为两种,一是在 CompleteRoutine 中返回标志为
STATUS_MORE_PROCESSING_REQUIRED 的情况。二是返回处这个外的标志,需要使用函数
IoMarkIrpPending() 的情况。在 CompleteRoutine 中绝大多数就这么两种情况,
你需要使用其中的一种情况。那么为什么需要安装 CompleteRoutine 呢?那是因为
我们对其 IRP 从上层驱动,经过我们驱动,在经过底层设备栈返回到我们这一层驱
动时需要得到其中内容作为参考依据的,还有对其中内容需要进行修改的。再有一种
情况是没有经过上层驱动,而 IRP 的产生是在我们驱动直接下发到底层驱动,而经
过设备栈后返回到我们这一层,且我们不在希望它继续向上返回的,因为这个 IRP
本身就不是从上层来的。综上所述,先来看下 IoMarkIrpPending() 的情况。

(1) 在 CompleteRoutine 中判断 Irp->PendingReturned 并使用 IoMarkIrpPending()
然后返回。这种方法在没有使用 KeSetEvent() 的情况下,且不是自建 IRP 发送
到底层驱动返回时使用。也就是说有可能我所做的工作都是在 CompleteRoutine
中进行的。比如加/解密时,我在这里对下层驱动返回数据的判断并修改。修改
后因为没有使用 STATUS_MORE_PROCESSING_REQUIRED 标志,它会延设备堆一直向
上返回并到用户得到数据为止。这里一定要注意,在这种情况下 CompleteRoutine
返回后,不要在碰这个 IRP。也就是说如果这个时候你使用了 IoCompleteRequest()
的话会出现一个 MULTIPLE_IRP_COMPLIETE_REQUEST 的 BSOD 错误。

(2) 在 CompleteRoutine 中直接返回 STATUS_MORE_PROCESSING_REQUIRED 标志。这种
情况在使用了 KeSetEvent() 的函数下出现。这里又有两个小小的分之。

1) 出现于上层发送到我这里,当我这里使用 IoCallDriver() 后,底层返回数
据经过我这一层时,我想让它暂时停止继续向上传递,让这个 IRP 稍微歇息
一会,等我对这个 IRP 返回的数据操作完成后(一般是没有在 CompleteRoutine
中对返回数据进行操作情况下,也就是说等到完成例程返回后再进行操作),由
我来调用 IoCompleteRequest() 让它延着设备栈继续返回。这里要注意,我们
是想让它返回的,所以调用了 IoCompleteRequest()。这个可不同于下面所讲的
自己从头分配 IRP 时在 CompleteRoutine 中已经调用 IoFreeIrp() 释放了当前
IRP 的情况。比如我在做一个改变文件大小,向文件头写入加密标志的驱动时,
在上层发来了 IRP_MJ_QUERY_INFORMATION 查询文件,我想在这个时候获得文件
信息进行判断,然后根据我的判断结果再移动文件指针。注意:上面是两步,第
一步是先获得文件大小,那么在这个时候我就需要用到上述办法,先让这个 IRP
传递下去,得到我想要的东西后在进行对比。等待适当时机完成这个 IRP,让数
据继续传递,直到用户收到为止。第二步我会结合下面小节来讲。

2) 出现于自己从头建立 IRP,当使用 IoAllocate() 或 IoBuildAsynchronousFsdRequest()
创建 IRP 调用 IoCallDriver() 后,底层返回数据到我这一层时,我不想让这
个 IRP 继续向上延设备栈传递。因为这个 IRP 就是在我这层次建立的,上层本
就不知道有这么一个 IRP。那么到这里我就要在 CompleteRoutine 中使用 IoFreeIrp()
来释放掉这个 IRP,并不让它继续传递。这里一定要注意,在 CompleteRoutine
函数返回后,这个 IRP 已经释放了,如果这个时候在有任何关于这个 IRP 的操作
那么后果是灾难性的,必定导致 BSOD 错误。前面 1) 小节给出的例子只完成了第
一步这里继续讲第二步,第一步我重用这个 IRP 得到了文件大小,那么这个时候虽
然知道大小,但我还是无法知道这个文件是否被我加过密。这时,我就需要在这里
自己从头建立一个 IRP_MJ_READ 的 IRP 来读取文件来判断是否我加密过了的文件,
如果是,则要减少相应的大小,然后继续返回。注意:这里的返回是指让第一步的
IRP 返回。而不是我们自己创建的。我们创建的都已经在 CompleteRoutine 中销
毁了。

8、关于完成 IRP 的动作简介

当一个底层驱动调用了 IoCompleteRequest() 函数时,基本上所有设备栈相关 IRP 处理工
作都是在它那里完成的。包括 IRP->Flags 的一些标志的判断,对 APC 的处理,抛出
MULTIPLE_IRP_COMPLETE_REQUESTS 错误等。当它延设备栈一直调用驱动所安装的 CompleteRoutine
时,如果发现 STATUS_MORE_PROCESSING_REQUIRED 这个标志,则会停止向上继续回滚。这也是
为什么在 CompleteRoutine 中使用这个标志即可暂停 IRP 的原因。

9、关于 ObQueryNameString 的使用

这个函数的使用,在有些环境下会有问题。它的上层函数是 ZwQueryObject()。在某些
情况下会导致系统挂起,或者直接 BSOD。它是从 对象管理器中的 ObpRootDirectoryObject
开始遍历,通过 OBJECT_HEADER_TO_NAME_INFO 获得对象名称。今天问了下 PolyMeta
好象是在处理 PIPE 时会挂启,这个问题出现在 2000 系统。在 XP 上好象补丁了。

10、关于重入问题

其实这个问题在很久前的 IFS FAQ 里已经介绍的很清楚,包括处理方法以及每种方法
可能带来的问题。IFS FAQ 里的 Q34 一共介绍了四种方法,包括自己从头建立 IRP
发送,使用 ShadowDevice,使用特征字符串,根据线程 ID,在 XP 下使用IocreateFileSpecifyDeviceObjectHint() 函数。并且把以上几种在不同环境
下使用要处理的问题也做了简单的介绍。且在 Q33 里介绍了在 CIFS 碰到的 FILE_COMPLETE_IF_OPLOCKED 问题的解决方法。

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