1. ISLab Flash Team Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects

2. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects2 Contents 1.Data Objects and Windows 2000 2.I/O Request Packets (IRPs) 3.Objects of Kernel-Mode 4.Summary

3. ISLab Flash Team 1. Data Objects and Windows 2000

4. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects4 Data Objects and Windows 2000 Object-Oriented Programming 기반의 Win2K 객체 (Object) 단위 – 운영체제는 객체 (Object) 단위로 관리 – 캡슐화, 은닉화, 추상화, 재사용성, 신뢰성, 견고함 제공 User mode Kernel mode Object manager Handle Device Object Driver Object Controller Object Adapter Object Interrupt Object … Figure 1.1 Object-Oriented Programming 기반의 Win2K

5. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects5 Windows 2000 Objects and Win32 Objects User-mode 객체 / 실제 OS 내부 객체 –User-mode 객체 : 커널 객체를 Handle 로 간접적으로 참조 –Kernel 객체 : External Name 을 가지지 않음 메모리 Pointer 를 직접 이용

6. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects6 Applications I/O Manager Hardware Abstraction Layer Hardware User mode Kernel mode Win32 API calls System service interface HAL calls Platform-specific operations Device Driver Object Execution Kernel Win32 Subsystem IRP passed to driver dispatch routine Figure 1.2 Win2K 의 계층적 시스템 구조 Handle IRP The Layers of Win2K Operating System Object Manager

7. ISLab Flash Team 2. I/O Request Packet (IRPs)

8. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects8 I/O Request Packets (IRPs) Win2K 에서 패킷 구동 방식으로 I/O 요청을 처리 I/O 서브시스템의 설계목표 중 하나 IRP 는 I/O system 이 I/O 요청에서 필요한 정보를 저장하는 장소

9. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects9 Simplified Model of IRP Processing User Space I/O Manager IRP Driver Routine Start I/O Entry Interrupt Service Entry DPC DEVICE Interrupt Figure 2.1 IRP Processing Simple Model I/O Request nonpaged 시스템 메모리 디바이스 동작 디바이스 동작 완료 DpcForIsr IRP 최종 상태 저장 Request 완료 후, IRP 최종 상태 리턴 IRP 할당 IRP 전달

10. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects10 Layout of an IRP IRP Header I/O Stack Locations Figure 2.2 Structure of an IRP

11. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects11 IRP Header IRP Header Fields FieldDescription IO_STATUS_BLOCK IoStatus I/O Operation 에 대한 마지막 상태 정보를 가지고 있다. PVOID AssociatedIrp.SystemBuffer Device 가 Buffered I/O 를 행할때에 사용되는 Buffer 를 포인팅 하고 있다. PMDL MdlAddress Direct I/O 가 행하여 질 때 사용되어지는 User-space 버퍼의 Memory Descriptor List 의 포인터를 가지고 있다. PVOID UserBuffer I/O Buffer 의 User-space 주소 BOOLEAN Cancel IRP 가 취소되었음을 알리기 위하여 사용됨 Table 2.1 Externally Visible Fields of an IRP Header IRP Header

12. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects12 I/O Stack Locations(1) I/O Stack Locations IO_STACK_LOCATION, *PIO_STACK_LOCATION FiledContents UCHAR MajorFunction IRP_MJXXX 값이 할당되어 있다. UCHAR MinorFunction File System 이나 SCSI 드라이버에 의해서 사용되어진다. Union Paramenters MajorFunction Code 에 대한 Union 값들 struct Read IRP_MJ_READ 에 대한 파라미터 ULONG Length ULONG Key LARGE_INTEGER ByteOffset Table 2.2.1 Selected Contents of IRP Stack Location

13. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects13 I/O Stack Locations(2) I/O Stack Locations IO_STACK_LOCATION, *PIO_STACK_LOCATION FiledContents struct Write IRP_MJ_WRITE 에 대한 파라미터 ULONG Length ULONG Key LARGE_INTEGER ByteOffset struct DeviceIOControl IRP_MJ_DEVICE_CONTROL 대한 파라미터 ULONG OutputBufferLength ULONG InputBufferLength ULONG IoControlCode PVOID Ttpe3InputBuffer struct OthersPVOID Argument1-Argument4 PDEVICE_OBJECT DeviceObject I/O Request 의 타켓 다바이스 객체 PFILE_OBJECT FileOnject 요청을 수행한 File Object Table 2.2.2 Selected Contents of IRP Stack Location

14. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects14 Manipulating IRPs IRPs as a whole IRP Stack Locations

15. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects15 IRPs as a whole IRP Access Functions FunctionDescriptionCalled by… IoStartPacket IRP 를 Start I/O routine 으로 보냄 Dispatch IoCompleteRequest 모든 처리가 끝났음을 나타낼 때 DpcForIsr IoStartNextPacket 다음 IRP 를 Start I/O routine 으로 보냄 DpcForIsr IoCallDriver IRP 다른 driver 로 보낼 때 Dispatch IoAllocateIrp 추가의 IRP 를 요구할 때 Dispatch IoFreeIrp 드라이버가 할당한 IRP 를 해제할 때 I/O Completion IRPs as a whole Table 2.3 Functions that Work with the Whole IRP

16. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects16 IRP Stack Locations IO_STACK_LOCATION Functions FunctionDescriptionCalled by… IoGetCurrentIrpStackLocation 호출자의 Stack 슬롯에 대한 포인터를 얻고자 할 때 (Various) IoMarkIrpPending 호출자의 Stack 슬롯을 더 이상의 처리가 필요한 것으로 기록할 때 Dispatch IoGetNextIrpStackLocation 다음 하위 드라이버의 Stack 슬롯에 대한 포인터를 얻고자 할 때 Dispatch IoSetNextIrpStackLocation I/O Stack Pointer 를 한 단계 Push Dispatch IoSetCompleteRoutine 다음 하위 드라이버의 I/O Stack 슬롯에 I/O 완료 루틴을 추가할 때 Dispatch Table 2.4 IO_STACK_LOCATION Access Functions

17. ISLab Flash Team 3. Objects of Kernel-Mode

18. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects18 Driver Objects Driver Object : Driver 의 여러 함수들에 대한 포인터를 갖 는 목록 I/O Manager 는 Driver 의 함수들을 찾을 필요가 있을 때 특 정 Device 와 관련되는 Driver Object 를 이용한다.

19. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects19 The Life of Driver Objects Drivers Driver Object Drivers I/O Manager Call DriverEntry LoadCreate object Driver Object I/O Manager IRP Dispatch Routine DEVICE 동작 Figure 3.1 The life of deriver object call (*) Driver Object 의 역할

20. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects20 Layout of a Driver Object(1) Figure 3.2 The driver object

21. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects21 Layout of a Driver Object(2) Driver Object Fields FieldDescription PDRIVER_STARTIO DriverStartIo Driver 의 Start I/O Routine 에 대한 주소 PDRIVER_UNLOAD DriverUnload Driver’s Unload Routine 에 대한 주소 PDRIVER_DISPATCH MajorFunction[] Driver’s Dispatch Routines 들의 테이블, I/O 동작 코드에 의해 인덱스됨 PDEVICE_IOBJECT DeviceObject 이 Driver 에 의해 생성된 Device Object 들의 연결 리스트 Table 3.1 Externally Visible Fields of a Driver Object

22. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects22 Device Objects and Device Extensions Device Object : 디바이스의 특성과 상태에 대한 정보를 유지 Physical DEVICE Virtual DEVICE HAL Driver Object Device Object Figure 4.1 The device object and driver object

23. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects23 The Life of Device Objects Device Object I/O Manager Call DriverEntry Create object Figure 4.2 The life of device objects WDM Driver AddDevice Plug and Play DEVICE Device Object Driver Object (*) DEVICE HAL I/O Manager Dispatch Routine I/O Request Packet (a) (b)

24. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects24 Layout of a Device Object(1) Figure 4.3 The device object

25. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects25 Layout of a Device Object(2) Device Object Fields FieldDescription PVOID DeviceExtension Device Extension 구조체에 대한 포인터 PDRIVER_OBJECT DriverObject Driver Object 를 위한 Device Object 의 포인터 ULONG Flags Device 의 Buffering Strategy 을 지정 DO_BUFFERD_IO DO_DIRECT_IO PDEVICE_OBJECT NextDevice 이 Driver 에 속하는 다음 번 Device 에 대한 포인터 CCHAR StackSize 이 Device 에게 보낼 IRP 를 위해 필요한 I/O Stack Location 의 최소 개수 ULONG AlignmentRequirement Buffer 를 위해 요구되는 Memory 정렬 Table 4.1 Externally Visible Fields of a Device Object

26. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects26 Manipulating Device Objects Device Object Access Functions FunctionDescriptionCalled By… IoCreateDevice Device Object 를 생성 DriverEntry or AddDevice IoCreateSymbolicLink Win32 상에서 Device Object 가 보이게 만들 때 IoAttachDevice Device Object 에 필터를 덧붙일 때 IoAttachDeviceByPointer Device Object 에 필터를 덧붙일 때 IoGetDeviceObjectPointer Device Object 의 Pointer 를 얻고자 할 때 IoCallDriver 다른 Driver 로 IRP 요청을 보낼 때 Dispatch IoDetachDevice 하위 Device 로 부터 Device Object 의 연결을 끊을 때 Unload or RemoveDevice IoDeleteSymbolicLink Win32 namespace 상에서 Device Object 를 삭제 IoDeleteDevice 시스템으로부터 Device Object 를 삭제 Table 4.2 Access Functions for a Device Object

27. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects27 Device Extensions typedef struct _DEVICE_EXTENSION { PDEVICE_OBJECT DeviceObject; : // other driver-specific declarations : } DEVICE_EXTENSION, *PDEVICE_EXTRENSION; Device Object 에 대한 Back Pointer Device 의 상태나 Driver Context 정보 Interrupt Object 와 Interrupt 예상 플래그에 대한 Pointer Controller Object 에 대한 포인터 Adapter Object 와 Mapping 레지스터들의 카운터에 대한 Pointer ※ Device Extensions 은 Driver 전용이므로, Extension 의 구조체는 Driver 의 헤더 파일 상에 정의 Table 4.3 Device Extension

28. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects28 Controller Objects and Controller Extensions Driver 가 하나 이상의 Device 들에 병렬적인 작업 수행에 있어서 공유 된 레지스터 공간의 동기화 문제를 해결하기 위한 객체 Controller Object 는 한번에 하나의 디바이스를 소유하는 Mutex 를 유 지해야 함. Driver Object1 Device Object1 Controller Object I/O Manager 소유권 요청 Driver Object2 Device Object2 Block Figure 5.1 The outline of controller object

29. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects29 The Life of Controller Objects Controller Object 소유권 요청 Block Device Object Device Object Device Ext. DriverEntry (or AddDevice) DriverEntry (or AddDevice) Start I/O ControllerControl Driver Object DpcForIsr unload Figure 5.2 The life of controller objects

30. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects30 Layout of a Controller Object Figure 5.3 The controller object

31. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects31 Manipulating Controller Objects Controller Object Access Functions FunctionDescriptionCall by… IoCreateController Controller Object 를 생성 Driver Entry or AddDevice IoAllocateController Controller 의 독점적 소유권을 요구 Start I/O IoFreeController Controller 의 소유권을 해제 DpcForIsr IoDeleteController 시스템으로부터 Controller Object 를 제거 Unload or Remove Device Table 5.1 Access Functions fro a Controller Object

32. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects32 Controller Extensions typedef struct _CONTROLLER_EXTENSION { // back pointer PCONTROLLER_OBJECT ControllerObject : // other driver-specific declarations : } CONTROLLER_EXTENSION, *PCONTEROLLER_EXTENSION; Interrupt 와 Adapter Object 의 객체에 대한 포인터 ※ Controller Extensions 은 Driver 전용이므로, Extension 의 구조체는 Driver 의 헤더 파일 상에 정의 Table 5.2 Controller extension

33. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects33 Adapter Objects I/O Manager 는 Adapter Object 를 이용하여 DMA 하드웨 어에 대한 디바이스간의 분쟁을 막는다. 만약 Device 가 Programmed I/O 만을 지원하면 Adapter Object 는 필요 없다. Mapping 레지스터를 관리

34. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects34 The Life of Adapter Objects DMA DEVICE HAL DMA Channel Memory Adapter Object I/O Manager DriverEntry (or AddDevice) Device or Controller Extension Address Mapping Figure 6.1 The life of adapter object

35. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects35 Layout of an Adapter Object Figure 6.2 The adapter object

36. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects36 Manipulating Adapter Objects Adapter Object Access Functions FunctionDescriptionCall by… IoGetDmaAdapter Adapter Object 에 대한 포인터를 얻을 때 DriverEntry or AddDevice AllocateAdpaterChannel DMA H/W 의 독점적 소유권을 요구 Start I/O MapTransfer 데이터 전송을 위한 DMA H/W 를 설정 Adapter Control/DpcForIsr FlushAdapterBuffers 데이터 일부 전송 이후에 데이터를 비움 DpcForIsr FreeMapRegisters Map Registers 를 해제 DpcForIsr FreeAdapterChannel Adapter Object 를 해제 DpcForIsr Table 6.1 Access Functions fro a Adapter Object

37. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects37 Interrupt Objects Kernel Interrupt Dispatcher 에게 Interrupt 발생시 정확한 Service Routine 을 찾을 수 있는 방법을 제공 Kernel Interrupt Dispatcher Interrupt Object Interrupt Routine Figure 7.1 The outline of interrupt object

38. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects38 The Life of Interrupt Objects Kernel Interrupt Dispatcher Interrupt Object Interrupt Routine DriverEntry or AddDevice Unload or RemoveDevice Figure 7.2 The life of interrupt object

39. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects39 Layout of an Interrupt Object Figure 7.2 The Interrupt object

40. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects40 Manipulating Interrupt Objects Interrupt Object Access Functions FunctionDescriptionCalled by… HalGetInterruptVector 버스 관련 인터럽트 객체를 시스템 전역값으로 변경 DriverEntry IoConnectInterrupt Interrupt Service Routine 과 Interrupt Object 를 연관지음 DriverEntry or AddDevice KeSynchronizeExecution 다른 IRQL 에서 실행중인 Driver Routine 을 동기화 (Various) IoDisconnectInterrupt Interrupt Object 를 삭제 Unload or RemoveDevice Table 7.1 Access Functions fro a Interrupt Object

41. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects41 종합적인 Device 의 I/O 과정 Hardware Device Hardware Abstraction Layer Dev Object Controller Object Adapter Object Interrupt Object Dev Extension Controller Extension Driver Object Device Driver I/O Manager Object Manager User-mode Kernel-mode Memory Handle HAL I/O Reques t I/O Request Packet(IRPs) DMA Channel Set or PnP DriverEntry Start I/O DriverEntry or AddDevice

42. ISLab Flash Team 4. Summary

43. ISLab Flash Team Made By ICEUNI Ch 4. Drivers and Kernel-Mode Objects43 Summary OOP 기반의 Win2K Win2K 의 I/O 에서의 Packet(IRPs) 구동 방식 I/O Manager 는 Device 의 대부분의 일이 I/O 인 만큼 중요 하다. I/O Manager 는 I/O 를 하기 위한 객체를 관리한다.