Kport 第 2 部分：在 Win NT/2000/XP 下直接访问 I/O 端口
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现在，VC++ 6 中包含完整的代码并有更多解释。
引言
这是文章 kport.dll 的第二部分，用于在 Windows NT/2K/XP 中直接访问 I/O 端口。
我写了一个新的示例，用于在 VC++ 6 中使用此 DLL。
背景
请记住，要编译 kioport.sys，您可能需要安装 DDK。
Kioport.sys
这篇文章来自 Beyondlogic Portalk。
在 NT/2000/XP 下访问 I/O 端口
有两种解决方案可以解决 Windows NT/2000/XP 下的 I/O 访问问题。第一种解决方案是编写一个在 ring 0（I/O 权限级别 0）下运行的设备驱动程序，以代表您访问 I/O 端口。数据可以通过 IOCTL 调用在您的用户模式程序和设备驱动程序之间传递。驱动程序然后可以执行您的 I/O 指令。这样做的问题是，它假定您拥有源代码来进行此类更改。
另一种可能的替代方法是修改 I/O 权限位图，允许特定任务访问某些 I/O 端口。这使得您的用户模式程序在 ring 3 中运行，可以根据 I/O 权限位图对选定的端口执行无限制的 I/O 操作。此方法并不真正推荐，但它为允许现有应用程序在 Windows NT/2000/XP 下运行提供了一种方式。编写设备驱动程序来支持您的硬件是首选方法。设备驱动程序应在访问端口之前检查任何冲突。
但是，使用 Kioport 这样的驱动程序可能会变得相当低效。每次发出 IOCTL 调用以读写端口的一个字节或字时，处理器必须从 ring 3 切换到 ring 0 来执行操作，然后切换回来。
兼容性 - 在 Windows NT/2000/XP 下使用现有应用程序
如您所知，任何 32 位程序都会导致特权指令异常。由于如今大多数编程语言都不提供读取和写入端口的函数，因此为 Windows 9x 和 ME 制作了许多“技巧”，例如 .DLL 库。但是，如果您需要在 Windows NT 下运行此类程序，将会发生异常。
16 位 Windows 和 DOS 程序将在虚拟机上运行。在许多情况下，现有应用程序在 Windows NT/2000/XP 下应该是透明的。然而，有些就是无法运行。虚拟机支持通信端口、视频、鼠标和键盘。因此，任何使用这些常见 I/O 端口的程序都应该可以运行，但经常会出现时序问题。访问特定硬件的其他 MS-DOS 程序需要 VDD（虚拟设备驱动程序）来使它们能够与 Windows NT 一起使用。
虚拟机将拦截 I/O 操作并将其发送给 I/O 处理程序进行处理。虚拟机执行此操作的方式是，赋予 I/O 操作不足的权限，并创建一个异常处理程序来回溯堆栈，查找最后一个指令并对其进行解码。通过赋予 VDM 对 I/O 端口的完全权限，它就无法拦截 I/O 操作，从而减少了时序问题或提供 VDD 来处理更晦涩的硬件的需求。
为了更改进程的 IOPM，我们必须首先拥有要授予访问权限的进程的进程 ID。这是通过创建我们自己的进程来实现的，以便我们可以将 ProcessID 传递给我们的设备驱动程序。使用一个接受程序名作为参数的小型应用程序。该应用程序然后创建进程（即执行程序），该程序将作为系统中的另一个进程启动和继续。
注意：我们还可以向操作系统注册一个回调，该回调会通知我们的驱动程序任何启动的进程及其 ID。然后，我们可以维护一个我们希望拥有对某些端口的访问权限的进程目录。当执行此进程时，回调会通知驱动程序它已启动及其 processID。然后，我们可以自动更改该进程的 IOPM。
当使用 CreateProcess() 启动 Windows 32 位程序时，它将返回 32 位程序的 ProcessID。这通过 IOCTL 调用传递给设备驱动程序。
DOS 程序没有自己的 ProcessID。它们运行在 Windows NT 虚拟 DOS 机 (NTVDM.EXE) 下，这是一个模拟 MS-DOS 的受保护环境子系统。当使用此程序调用 DOS 程序时，它将获得 NTVDM.EXE 的 ProcessID，并因此更改 NTVDM 的 IOPM。但是，如果 NTVDM 已经驻留（如果另一个 DOS 程序正在运行），它将返回进程 ID 零。如果 NT 虚拟 DOS 机的 IOPM 已设置为允许任何 IO 操作，则这不会造成问题，但如果第一个 DOS 程序是从命令行调用的，而没有使用 "AllowIo"，则 NTVDM 将没有修改的 IOPM。Windows 3.1 程序将使用 WOW（Windows on Win32）运行。这是另一个在 NTVDM 进程内运行的受保护子系统。运行 Win3.1 程序将返回 NTVDM 的 ProcessID，符合上述问题。
当设备驱动程序获得 ProcessID 后，它会找到我们新创建程序的进程指针，并将 IOPM 设置为允许所有 I/O 指令。一旦 ProcessID 被提供给我们的 PortTalk 设备驱动程序，allowio 程序就会完成。正常运行 DOS/Win 3.1 程序在 NTVDM.EXE 下不应造成任何重大问题。NTVDM 通常会拦截大多数 IO 调用，并根据注册表检查这些资源，以确保它们未被使用。如果它们正在使用，则会出现一个消息框，让用户选择终止程序或忽略错误。如果用户选择忽略错误，将不会授予对冲突的 I/O 端口的访问权限。
操纵 IOPM（I/O 权限位图）
在内核模式驱动程序中更改 IOPM 需要了解一些未公开的调用。它们是 Ke386IoSetAccessProcess、Ke386SetIoAccessMap 和 PsLookupProcessByProcessId。
PsLookupProcessByProcessId(IN ULONG ulProcId,OUT struct _EPROCESS ** pEProcess);
IOPM 例程使用进程指针而不是 ProcessID。因此，我们的第一个任务是将 ProcessID 转换为进程指针。有一些公开的调用，如 PsGetCurrentProcess()，但我们不想要当前进程，而是我们希望授予访问权限的进程指针。此信息以 processID 的形式传递给驱动程序。然后，我们必须使用未公开的调用 LookupProcessByProcessId 将我们的 ProcessID 转换为进程指针。一旦我们有了进程指针，我们就可以使用以下未公开的调用开始操纵 I/O 权限位图。
void Ke386SetIoAccessMap(int, IOPM *); void Ke386QueryIoAccessMap(int, IOPM *); void Ke386IoSetAccessProcess(PEPROCESS, int);
Ke386SetIoAccessMap 将指定的 IOPM 复制到 TSS。Ke386QueryIoAccessMap 将从 TSS 读取它。IOPM 是一个 8192 字节的数组，指定哪些端口允许访问，哪些不允许。每个地址由一个位表示，因此 8192 字节将指定高达 64K 的访问。任何零位都允许访问，而一位则禁止访问。将 IOPM 复制到 TSS 后，必须调整 IOPM 偏移指针以指向我们的 IOPM。这是使用 Ke386IoSetAccessProcess 完成的。int 参数必须设置为 1 才能设置它。使用零调用该函数将删除指针。
与设备驱动程序通信 - 用户模式 API
Kioport 还具有 IOCTL，允许读取和写入 I/O 端口。在这种情况下，您的用户模式程序将打开 Kioport 设备驱动程序，并通过 IOCTL 调用将数据传递给驱动程序。然后，驱动程序在 ring 0 中与 I/O 端口通信。
Kport.Dll
这是我的 DLL，部分代码来自 Portalk。
Kport 在加载我们的应用程序时调用 OpenPort()，在卸载时调用 ClosePort()，这样我们就无需加载驱动程序。
BOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved )
{
switch (ul_reason_for_call)
{
case DLL_PROCESS_ATTACH:
OpenPort();
break;
//.... case DLL_PROCESS_DETACH:
ClosePort();
break;
}
return TRUE;
}
OpenPort() 首先验证它是否已将驱动程序安装到 system32\driver。如果无法打开它，则尝试安装并启动它。过程如图所示。
这两个函数在 kioport.sys 中进行读写。
// Write a value to specific ports. KPORT_API void APIENTRY Outportb(WORD PortNum, BYTE byte) { UINT error; DWORD BytesReturned; BYTE Buffer[3]; WORD * pBuffer; pBuffer = (WORD *)&Buffer[0]; *pBuffer = PortNum; Buffer[2] = byte; LPSTR szt = NULL; error = DeviceIoControl(hKport, IOCTL_WRITE_PORT_UCHAR, &Buffer, 3, NULL, 0, &BytesReturned, NULL); if (!error) { wsprintf(szt,"Error occured during outportb while" " talking to KioPort driver %d\n",GetLastError()); MessageBox(NULL,szt,"Kport-DLL",MB_ICONINFORMATION); } }
// Returns a value from specific ports. KPORT_API BYTE APIENTRY Inportb(WORD PortNum) { UINT error; DWORD BytesReturned; BYTE Buffer[3]; WORD *pBuffer; pBuffer = (WORD*)&Buffer; *pBuffer = PortNum; LPSTR szt = NULL; error = DeviceIoControl(hKport, IOCTL_READ_PORT_UCHAR, &Buffer, 2,&Buffer, 1,&BytesReturned, NULL); if (!error) { wsprintf(szt,"Error occured during inportb while" " talking to KioPort driver %d\n", GetLastError()); MessageBox(NULL,szt,"Kport-DLL",MB_ICONINFORMATION); } return(Buffer[0]); }
我现在添加了 IrpMan、Microsoft® Windows Server 2003 DDK，其中包含有关制作驱动程序的大量信息。
最后，对我的糟糕英语表示歉意。我正在学习英语的第二年，所以我不太会写这个语言。
历史
- 2005年4月3日
First version.
- 2005年4月30日
第二版。