Windows驱动设备栈

1.栈结构

设备栈（Device Stack）结构与内存中的栈类似，但是 device stack 中的 entry 由 device object 中的 AttachedDevice 值的连接。

并且由每个 device 的 DeviceExtension.AttachedTo 值指向下一层的 device。从而形成双向的链结构。

2. 栈顶

由 IoGetAttachedDevice() 函数来得到当前栈顶 device：

PDEVICE_OBJECT
IoGetAttachedDevice(
IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject
)
{
    //
    // 直到 Top 元素的 AttachedDevice == NULL 
    //
    while (DeviceObject->AttachedDevice)
    DeviceObject = DeviceObject->AttachedDevice;

    return DeviceObject;
}

当传递给 IoGetAttachedDevice() 的 DeviceObject 已经是 Top 元素则返回 DeviceObject 值。

3. 栈底

使用 IoGetDeviceAttachmentBaseRef() 来得到栈底的 device object，IoGetDeviceAttachmentBaseRef() 将调用 IopGetDeviceAttachmentBase() 来遍历查找：

PDEVICE_OBJECT
IoGetDeviceAttachmentBaseRef(
IN PDEVICE_OBJECT  DeviceObject
)
{
  KIRQL OldIrql = KeRaiseIrqlToDpcLevel();

  PDEVICE_OBJECT Bottom = IopGetDeviceAttachmentBase(DeviceObject);
  ObfReferenceObject(Bottom);

  KfLowerIrql(OldIrql);

  return Bottom;
}



PDEVICE_OBJECT
IopGetDeviceAttachmentBase(
IN PDEVICE_OBJECT  DeviceObject
)
{
    //
    // 根据 DeviceObjectExtension->AttachedTo 向下查找栈底
    // 
    while (DeviceObject->DeviceObjectExtension->AttachedTo)
    {
        DeviceObject = DeviceObject->DeviceObjectExtension->AttachedTo;
    }

    return DeviceObject;
}

IoGetDeviceAttachmentBaseRef() 函数根据传递的 DeviceObject 值，找到在 Bottom 元素。如果 DeviceObject 之下没有 device object 则返回参数值。

在微软的 WDK 文档里描述：当 DeviceObject 之下没有 device object 时返回 NULL，而实际的代码是返回 DeviceObject 本身（windows 2003）。

4. 挂接 device

使用 IoAttachDeviceToDeviceStack() 函数来挂接 device，它实际上调用另一个函数来完成工作：

如下代码所示：

PDEVICE_OBJECT IoAttachDeviceToDeviceStack(
        IN PDEVICE_OBJECT SourceDevice,
        IN PDEVICE_OBJECT TargetDevice
        )
{
        return IopAttachDeviceToDeviceStackSafe(
SourceDevice, 
TargetDevice, 
NULL);                // AttachedToDeviceObject 参数为 NULL
}

它简单地调用 IopAttachDeviceToDeviceStackSafe() 函数，提供第 3 个参数为 NULL 值。

下面我将它逆为 C 代码，看起来像下面这样：

PDEVICE_OBJECT IopAttachDeviceToDeviceStackSafe(
IN PDEVICE_OBJECT SourceDevice,
IN PDEVICE_OBJECT TargetDevice
OUT PDEVICE_OBJECT *AttachedToDeviceObject OPTIONAL
)
{
    PDEVICE_OBJECT devObj = NULL;// 返回被 attach 的 object
    PDEVICE_EXTENSION SourceDeviceExtension = SourceDevice->DeviceObjectExtension;

    KIRQL OldIrql = KeRaiseIrqToDpcLevel();// 提升到 DISPATCH_LEVEL

    if (IopVerifierOn == TRUE )
    {
    IovAttachDeviceToDeviceStack(SourceDevice, TargetDevice);
    }

    //
    // 得到 stack top 的 device
    //
    devObj = IoGetAttachedDevice(TargetDevice);

    PDEVICE_EXTENSION DeviceExtension = devObj->DeviceObjectExtension;

    //
    // 下面进行 attach 操作
    //
    if ((devObj->Flags & DO_DEVICE_INITIALIZING == 0) &&
    (DeviceExtension->ExtensionFlags & (DOE_UNLOAD_PENDING | DOE_DELETE_PENDING |
    DOE_REMOVE_PENDING | DOE_REMOVE_PROCESSED) == 0))
    {

        devObj->Spare1++;
        devObj->AttachedDevice = SourceDevice;
        SourceDevice->StackSize = devObj->StackSize + 1;
        SourceDevice->AlignmentRequirement = devObj->AlignmentRequirement;
        SourceDevice->SectorSize = devObj->SectorSize;

        if (DeviceExtension->ExtensionFlags & DOE_START_PENDING)
        {
            SourceDevice->DeviceObjectExtension->ExtensionFlags |= DOE_START_PENDING;
        }

        SourceDeviceExtension->AttachedTo = devObj;
    }
    else 
    {
        devObj = NULL;
    }


    if (AttachedToDeviceObject != NULL)
    {
        *AttachedToDeviceObject = devObj;// 返回被 attach 的 device object
    }


    KfLowerIrql(OldIrql);         // 恢复原 IRQL 
    return devObj;
}

IoAttachDeviceToDeviceStack() 函数的目的是将 SourceDevice 挂接在 TargetDevice 之上。那么：SourceDevice 将变为栈 Top 元素。

成功挂接后，函数返回原 Top 元素，如图中的 device B object。

5. 移除 device

使用 IoDetachDevice() 函数来从设备栈中的元素：

VOID 
IoDetachDevice(
IN OUT PDEVICE_OBJECT  TargetDevice
)
{
    KIRQL OldIrql = KeRaiseIrqlToDpcLevel();

    if (IopVerifierOn == TRUE)
    {
        IovDetachDevice(TargerDevice);
    }

    //
    // 删除挂接
    //
    TargetDevice->AttachedDevice->DeviceObjectExtension->AttachedTo = NULL; 
    TargerDevice->AttachedDevice = NULL;

    //
    // 检测是否需要 Unload 或 Delete 操作
    //
    if ((TargetDevice->DeviceObjectExtension->ExtensionFlags & (DOE_UNLOAD_PENDING | DOE_DELETE_PENDING 
    | DOE_REMOVE_PENDING)) && (TargerDevice->ReferenceCount == 0))
    {
        IopCompleteUnloadOrDelete(TargetDevice, FALSE, OldIrql);
    }
    else
    {
        KfLowerIrql(OldIrql);
    }
}

IoDetachDevice() 函数接受的参数是由 IoAttachDeviceToDeviceStack() 挂接成功后返回的值。

如上图所示，将移除 device B 元素。最后调用IopCompleteUnloadOrDelete() 函数做 Unload 或 Delete 操作。