C++语言的VxD与外界通信的所有接口 北京信息工程学院软件工程研究中心 马文晓 一、 什么是VxD 从多任务操作系统Windows 3.1起,计算机中的任一物理设备x可同时被基于Dos或Wi ndows的多个进程使用,这种一对多的关系称为"设备虚拟化",各进程通过运行在核心层的 VxD(虚拟x设备驱动程序)存取物理设备x。操作系统提供给用户的软件服务也可以用VxD 实现。计算机中的其他资源,如CPU、内存等也可同时被多个进程使用,各进程在系统提供 的虚拟机(VM)环境下存取这类资源。 VxD可由虚拟机管理器(VMM)在开机时装入核心层(称静态装入,即置VxD于c:\window s\system目录下,在c:\windows\system.ini文件中,对节[386Enh]加一行"device=此VxD 文件名"),或由应用程序实时装入(称动态装入),而后,各进程便可存取锁定在内存中的V xD数据区,以实时控制VxD的行为,VxD的内部结构可防止两个进程同时存取其数据区。Vx D通过响应VMM发给它的事件与外界交互。 Windows 95中,基于Dos的每个进程在单独的VM中运行(称在V86模式下运行),既可按 Dos单进程方式,在640k低内存中运行(称在实模式下运行),又可利用多进程环境的优点, 在整个内存中运行(称在保护模式下运行),通过95的DPMI接口存取内存高端的Windows图 形环境。其他16位或32位应用程序均在同一系统VM中运行。 下面只讨论95环境下的VxD。 二、 VxD的创建 1. 由汇编语言创建VxD:需安装微软公司的Win32 SDK及DDK。 2. 由C或C++语言创建VxD:需安装VC2.0或BC4.0,及Vireo Software公司的VToolsD软 件包。 VToolsD含3个实用工具:可创建VxD框架的QuickVxD;可动态装卸VxD的VxD Loader;可 显示内存VxD特性的VxD Viewer。 QuickVxD含7个对话页: (1) Device Parameters页 包括最多8个字符的VxD名,唯一标识号(ID),相对其他VxD的装入顺序(VxD Viewer可 显出某VxD的装入顺序值Init Order,若指定新VxD的装入顺序小于此Init Order,则新Vx D将在此VxD前被装入),实现语言(C或C++)静、动态装入方式等。 (2) VxD Services页 可被其他VxD访问的接口(称为VxD服务),要求本VxD的ID>0,且未与内存各VxD的ID值 冲突。 此ID可向微软公司申请,也可使用Vireo公司的VIREO_TEST_ID(3180h)。下称此类ID 为接口ID。 (3) API页 可被应用程序在实模式/V86模式下、保护模式下、DPMI的实模式/V86模式下、DPMI 的保护模式下访问的接口(统称应用接口),前两者要求本VxD提供接口ID,后两者只要求本 VxD提供以0结尾的唯一标识串;访问前,先要静态或动态装入本VxD(第4者要求静态装入) 。 第1、3者可被普通汇编程序访问,第2、4者可被在BC的Windows 3-x(16)平台上生成 的Windows程序访问。 (4) Control Messages页 对出现在Windows 3.1及Windows 95中各消息的响应,如静态装入时的DTNAMIC_INIT 消息。 (5) Windows95 Control Messages页 对只出现在Windows 95中各消息的响应,如动态装入时的SYS_DYNAMIC_INIT消息。 (6) 用C++实现VxD时的Classes页 从虚拟设备驱动程序类VDevice派生的类名(如MyDevice),此类的成员函数将接收(4 )及(5)页中出现的大多数消息。 从VM实例类VVirtualMachine派生的类名(如MyVM),此类的成员函数将接收贯穿在VM 生命期中的各消息,如系统VM初启消息Sys_VM_Init; 从线程实例类VThread派生的类名(如MyThread)。此类的成员函数将接收贯穿在线程 生命期中的各消息,如新线程初启消息THREAD_INIT。 (7) Output Files页 体现以上内容的3个VxD文件(.h,.c或.cpp,.mak)将被存放的目录位置。 三、 C++语言的VxD与外界通信的所有接口 我们将简要实现my.VxD的应用接口及服务,它们均作为类的函数成员,存于my.h,my. cpp中。 1. 被32位C应用程序访问的接口 应用程序先用CreateFile打开VxD,后用DeviceIoControl使VMM发送W32_DEVICEIOCO NTROL消息给VxD: HANDLE h;char ibuf[2],obuf[2];BOOL r;DWORD oc;OVERLAPPED o; h=CreateFile("\\\\.\\my.vxd",0,0,0,0,FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE,0); //打开静态my.VxD,或动态装入my.VxD r=DeviceIoControl(h,命令码C,ibuf,sizeof(ibuf),obuf,sizeof(obuf),&oc,NULL 或&o); /*与my.VxD的事件过程OnW32DeviceIoControl交换数据,用ibuf向VxD传数据,用obu f从VxD取数据,VxD传回的数据总量放在oc中*/ CloseHandle(h);//关闭或动态卸下VxD my.VxD应在Windows 95 control messages页上选W32_DEVICEIOCONTROL事件,在DWO RD MyDevice::OnW32DeviceIoControl(PIOCTLPARAMS p)事件过程中写: switch(p->dioc_IOCtlCode){ case 命令码C: 用p指向的IOCTLPARAMS结构,与应用程序交换数据; if (成功) return(0); /*使DeviceIoControl的返回值r为TRUE*/ else return(1); default: return(0); } 以上做法要求VxD立即交换数据(同步通讯),值FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE指明Clo seHandle将不在内存中保留引用记数为0的VxD。 VxD也可延迟交换数据,此时,应用程序先传值FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE|FILE_FL AG_OVERLAPPED 到CreateFile,用o.hEvent=CreateEvent(0,TRUE,0,NULL)创建事件,再传o的地址到 DeviceIoControl,然后用GetOverlappedResult(h,&o,&oc,TRUE)在o上睡眠。 此时,p->lpoOverlapped一定大于0,VxD可用VMM服务_LinPageLock,按页上锁p->dio c_InBuf指向的应用程序ibuf区,p->dioc_OutBuf指向的obuf区,p->lpoOverlapped指向的 o结构。要交换数据时,可置数据及数据总量到p->dioc_OutBuf及p->lpoOverlapped->O_ InternalHigh,然后调用VMM服务VWIN32_DIOCCompletionRoutine(p->lpoOverlapped->O _Internal)唤醒应用程序。 VMM动态装卸VxD时,以命令码0及-1发送W32_DEVICEIOCONTROL消息给VxD,故Vireo公 司建议命令码C取[2048,4095]。 2. 被Real/V86模式下16位应用程序访问的接口 my.VxD先要指定接口ID(如3180h),再在API页上选Standard Application Entry Po ints框中的Real/V86 Mode标签,即可生成MyDevice::V86_API_Entry入口,访问它的汇编 程序是: entry dd ? mov ax,1684h ;功能号 mov bx,3180h ;接口ID int 2fh ;取入口的段/偏移到es/di,成功时,di及es返回非零值 mov ax,es or ax,di jz L0 mov word ptr [entry],di mov word ptr [entry+2],es mov ah,码C call [entry] L0: 错误处理 MyDevice::V86_API_Entry(VMHANDLE hVM,CLIENT_STRUCT* p)入口可以是: if (p->CBRS.Client_AH==码C) p->CBRS.Client_AL=0; 3. 被保护模式下16位应用程序访问的接口 与第2条类似,但选Protected Mode标签,即可生成MyDevice::PM_API_Entry入口,访 问它的程序是: int PASCAL WinMain(HANDLE h1,HANDLE h0,LPSTR lpCmdLine,int nCmdShow){FAR PROC entry; //32位 _asm{ mov ax,1684h mov bx,3180h int 2fh ;取入口的选择符/偏移到es/di,成功时,di及es返回非零值 mov ax,es or ax,di jz L0 mov word ptr [entry],di mov word ptr [entry+2],es mov ah,码C call [entry] } 对PM_API_Entry的处理如第2条。 4. 被DPMI的实模式/V86模式下16位应用程序访问的接口 与第2条类似,但在API页上选Vendor Specific Application Entry Points中的Rea l/V86 Mode标签,然后在Vendor ID String中输入唯一标识串my,即可生成My_V86Vendor Entry::handler入口,访问它的程序是: str db ‘my',0 ;VxD的唯一标识串 entry dd ? mov ax,168Ah ;功能号 lea si,str ;要求ds/si值是str的段值/偏移值 int 2Fh ;取入口的段/偏移到es/di,成功时,al返回0 cmp al,0 jne L0 mov word ptr [entry],di mov word ptr [entry+2],es ... call [entry] 对handler的处理如第二条。 5. 被DPMI的保护模式下16位应用程序访问的接口 与第4条类似,但选Protected Mode标签,即可生成My_ProtVendorEntry::handler入 口,访问它的程序是: int PASCAL WinMain(HANDLE h1,HANDLE h0,LPSTR lpCmdLine,int nCmdShow){ char *id="my"; FARPROC entry; _asm{ mov ax,168Ah mov si,id int 2Fh ;取入口的选择符/偏移到es/di cmp al,0 ... } } 对handler的处理如第2条。 6. 可被其他VxD访问的接口 若your.VxD欲调my.VxD的做两数相减的minus接口,需在my.VxD的VxD service页上输 入原型 DWORD _cdecl minus(DWORD i,DWORD j),再在MyDevice::minus中,写return(i-j); your.mak中,需处理中间文件wrap.cpp: OBJECTS=your.OBJ wrap.obj ... wrap.OBJ:wrap.cpp my.h wrap.cpp中,对带参数的VxD服务,需用VMM宏指令VxDJmp转入,各参数进入wrap时,已 按C的调用约定入栈;对不带参数VxD服务,可调用VMM宏指令VxDCall(接口名): #include "my.h" DWORD _cdecl MyDevice::minus(DWORD i,DWORD j){ VxDJmp(minus); } your.cpp的某一函数f,可用VMM服务Get_DDB,查my.VxD是否已装入,若未装入,则用V xDLDR服务VxDLDR_LoadDevice将其装入: #define DEVICE_MAIN #include "your.h" Declare_Virtual_Device(YOUR) #undef DEVICE_MAIN #include "my.h" //此行需在DEVICE_MAIN外 VOID f(){ PDEVICEINFO pinfo; PDDB pddb; DWORD r; pddb=Get_DDB(0,"MY "); //用空格补全长度小于8的VxD名 if (pddb==0) {//未装入 r=VxDLDR_LoadDevice("my.VxD", VxDLDR_INIT_DEVICE,&pinfo,&pddb); if (r!=0) //VxDLDR_LoadDevice未能成功装入my.VxD return; } MyDevice::minus(值1,值2); }