windows文件系统的过滤器驱动程序设计

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1、Windows文件系统的过滤器驱动程序设计西安电子科技大学李新摘要：某些应用程序对文件系统的性能有较高要求。例如媒体播放器需要满足最小数据传输率才能保证视觉上的流畅。由于Windows文件系统本身没有提供这样的保证，需要编写过滤器驱动程序添加这项功能。本文首先介绍系统驱动体系和文件系统工作机制，然后分析文件系统过滤器驱动程序的功能特点，最后介绍一种满足此类应用程序传输带宽的总体解决方案（来源于文献1）。关键词：文件系统过滤器驱动程序设备对象堆栈一．基础知识1．系统组件WindowsNT操作系统含有许多功能相互独立的内核模式组件。如内核I/O管理器、硬件抽

2、象层、存储管理器、配置管理器、对象管理器、运行支持和过程结构等组件。Windows2000在此基础上增加了即插即用管理器和电源管理器。两种系统分别采用不同的驱动模型。本文整体上以Windows2000的文档为主。不过文件系统具有特殊性（非WDM），在两个系统中的运行机制基本相似。在这些内核组件中，I/O管理器最为关键，它由文件系统、中间层驱动程序和最低层设备驱动程序三部分组成，对所有的核心态驱动程序提供统一的通信接口IRP（I/O请求包方式）。应用程序的I/O操作都是通过这种方式调用I/O管理器的服务完成的。主要服务有：配置管理、内存管理、对象管理、安全

3、监视等等。2．驱动程序驱动程序实质是能被操作系统加载调用，为系统设备实现相应功能的内核模式的动态链接库。形式上可以看作是一个包含许多例程的容器。当第一次安装时，由I/O管理器调用驱动程序入口函数DriverEntry，驱动程序在此进行自身初始化，设置其它例程的进入点，使操作系统接下来可以调用这些服务例程。驱动程序加载时机与它的启动类型和启动组设置有关。启动类型有五种，通常文件系统及其过滤器驱动程序属于SERVICE_BOOT_START或SERVICE_DEMAND_START。驱动体系是分层的。在用户程序和硬件设备之间可以存在多个驱动程序，这些驱动程序

4、上下链接形成驱动程序堆栈（实际数据结构是由这些驱动程序创建的设备对象所构成的设备堆栈），共同为此硬件设备服务。I/O管理器根据请求向设备驱动程序创建并发送的IRP，会沿设备对象栈依次下传，直到某个驱动程序完成此IRP请求的操作。物理设备堆栈在物理设备枚举过程中形成。当系统启动后，PNP管理器从系统根总线开始检测PNP物理设备，为之创建物理设备对象（PDO），然后根据注册表加载它的驱动程序，创建其功能设备对象（FDO）；然后这些设备的驱动程序再检测连接在它上面的PnP硬件，同样为各硬件创建PDO，加载其驱动程序，创建FDO。重复直到枚举完毕。每个物理设备的

5、PDO和FDO（如果该设备具有过滤程序，还将有FiDO）形成一个堆栈结构，称设备堆栈。枚举得到的设备构成物理设备树。节点主要就是设备堆栈。文件系统不是物理设备,其堆栈结构比较特殊,也不作为物理设备树的节点，但构成的原理及其运行机制是相似的。过滤器驱动程序是一种可选择的特殊驱动程序，可以加载在其它驱动程序之上，用于修改或增加原驱动程序的功能，而不必修改原驱动程序和使用该驱动的应用程序。例如，只需在过滤驱动程序中添加处理例程，把数据写到两个不同的物理磁盘，保证数据的冗余保存，增加磁盘访问的容错能力。使用IoAttachDeviceByPointer（或IoA

6、ttachDeviceToDeviceStack.）把一个过滤设备对象FiDO链接到目标设备对象FDO上。步骤：⑴获取目标设备对象的指针；⑵创建过滤设备对象；⑶保证此过滤驱动程序能够处理原目标设备接收的所有IRP。即为所有能接收的IRP设置派发例程入口点，并保证透明性；⑷调用IoAttachDeviceByPointer创建链接，把FiDO填入设备堆栈，使之紧紧位于目标设备对象FDO之上；当上述操作完成后，I/O管理器就把所有发往目标对象的IRP重定向发给该过滤设备对象。这样过滤程序就可以在目标设备驱动程序之前对IRP进行检查、修改、完成等操作。驱动程序

7、通过I/Ostacklocation中的主功能码MajorFunctionCode和次功能码获取任务信息。除标准功能码外，还可进行自定义，然后在用户程序中使用DeviceIoControl函数通知I/O管理器创建具有自定义功能码的IRP，由此可以完成一些特殊操作或实现驱动程序与应用程序之间的通信。举例说明IRP的派发过程及内核I/O管理器的功能：当应用程序请求打开某个文件，会有以下过程：1)保护子系统调用I/O管理器提供的服务来打开一个命名文件；2)I/O管理器调用对象管理服务查出所要操作的文件的符号连接名（SymbolicLink），然后调用安全监视服

8、务判断该用户保护子系统是否有访问此文件的权限；3)I/O管理器对文件进行定位。如