摘　要： 在Windows 98或Windows 95下如何高效編寫硬件設備驅勸程序是微機應用開發中迫切需要解決的問題。介紹了虛擬設備驅動程序(VxD)在Windows 9x下運行的機理和通信策略，以及如何設計內核模式驅動程序。
　　關鍵詞： 保護模式 VMM VxD DPMI

　　另外，VMM是一個可擴充的“操作系統”，它的核心部件以及標準部件(比如，DMA控制器管理VDMAD，中斷管理VPICD等)是由Microsoft提供的。但我們可以編寫一些擴充模塊，也就是用VxD來增強VMM對硬件的虛擬能力，使整個操作系統獲得對新硬件的訪問能力。不僅如此，這種擴充操作系統的辦法，還能為Win32程序與MS－DOS程序之間的通訊提供一種新的途徑以代替傳統的MS－DOS設備驅動程序以及內存駐留程序TSRs。從某種意義上說，沒有VxD不能完成的事情，而且由于VxD是運行的保護模式下，所以它并不占有寶貴的常規內存。此外，運行實模式MS－DOS驅動程序所導致的模式切換也不復存在。因此一般來講，VxD的運行速度要高出MS－DOS驅動程序一倍以上。更重要的是VxD在Windows 9x下可以動態裝入與卸載而不需要重新啟動計算機，這就大大提高了系統的靈活性，同時也為即插即用(Plug and Play)提供了可能。與實模式的驅動程序相比，可動態裝、卸載可謂是一場革命。
2 VxD的結構及通訊策略
　　普通的Win32應用程序都是PE格式(Portable Exectable Format)的，而VxD則不同，它沒有一般程序的進出口而是輸出一種稱作設備描述塊DDB(Device Descriptor Block)的數據結構。它包括VxD設備ID、初始化順序、Win32DeviceIOControl回調函數句柄、V86API句柄、PM API句柄等VMM在調用VxD時所需要的重要信息。此外，同其他應用程序一樣，VxD由五個段構成，它們分別是：
　　(1)VxD_CODE段：保護模式代碼段。該段包含VxD系統控制過程、回調過程、服務和API過程。
　　(2)VxD_DATA段：保護模式數據段。該段包括設備描述表、服務表和部分VxD全局數據。
　　(3)VxD_ICODE段：保護模式初始化代碼段(可選)。該段一般包括只在VxD初始化過程中使用的過程和服務，VMM在Init_Complete消息發生后丟棄此段。
　　(4)VxD_IDATA段：保護模式初始化數據段(可選)。該段一般包括初始化過程和服務使用的數據，VMM在Init_Complete消息發生后丟棄此段。
　　(5)VxD_REAL_INIT段：實模式初始化段(可選)。該段包含實模式初始化過程和數據，VMM在裝載VxD其它部分之前調用此過程，過程返回后丟棄此段。
　　當VxD裝入內存時，VxD通常要靠DDB中所添入的一個16位的VxD設備ID，以區別于其它VxD。為了防止與其他新VxD沖突，Microsoft通過請求和注冊標識來保證自己的VxD設備ID沒有被其它廠商使用，為此Microsoft保留0～01FFH之間的所有VxD設備ID供自己使用。
　　在編寫VxD時首先要編寫VMM的消息處理函數，以便作相應的處理。例如，在VxD裝入內存時VMM對能動態裝載的VxD發出SYS_DYNMAIC_DEVICE_INIT消息，在要求卸載VxD時VMM又向其發出SYS_DYNAMIC_DEVICE_EXIT消息。在VxD中只需編寫相應的處理函數，便可達到設備初始化與卸載釋放資源的目的。拿Win32程序來說，它使用CreateFile API函數打開可動態裝、卸載的VxD時VMM便會發出SYS_DYNAMIC_DEVICE_INIT消息。相應的，當它使用CloseHandle API函數卸載VxD時VMM便會發生SYS_DYNAMIC_DEVICE_EXIT消息。
　　另外，在具體調用VxD中的函數時，也不像調用ring－3 DLL中的函數那樣容易。我們以調用對象不同分以下幾種情況討論：
　　(1)從其他VxD中調用(ring－0調用ring－0)
　　當生成VxD時，所有可以被其他VxD調用的函數都列在一個數組里，我們稱這種函數為一個服務(Service)、這個數組為服務項目表(Service_Table)。在調用時，并不是用服務的名稱而是直接使用該函數在數組中的索引號。例如對VMM中的1號服務Get_Cur_VM_Handle
　　可采用如下格式：
　　int 20h
　　DD00010001h
　　32位的DD由兩部分組成，它的高字包含了VxD設備的ID，低字包含了服務號(這里VMM的設備ID為0001h)。
　　(2)從V86代碼或Win16(保護模式)代碼中調用(ring－3調用ring－0)
　　這里應用程序要申請被調用的VxD函數地址，這個地址可以通過int 2Fh/AX＝1648h調用獲得。為了識別是調用哪一個VxD的函數，調用時可令BX＝VxD設備ID。當int 2Fh指令返回時，寄存器ES:DI(對保護模式有ES:EDI)包含一個seg:offset(對保護模式有selector:offset)指針，調用該指針就可以把控制權交給運行在ring－0下的VxD。
　　(3)從Win32代碼中調用(ring－3調用ring－0)
　　事實上Microsoft隱藏了Win32的VxD服務接口，作為替代提供了Windows NT下的設備輸入、輸出控制(DeviceIOControl)Win32 API。Win32程序通過使用此函數向特定的VxD發送控制碼與數據。與此相應在編寫VxD時要提提供一個相應的回調函數以響應它所發出的W32_DeviceIOControl消息，并再去回調函數中響應相應的控制碼，最后還要把該回調函數的句柄添加到DDB中。它的定義如下：
　　BOOL DeviceloControl(
　　HANDLE hDevice,//用CreateFile API函數打開VxD設備獲得的句柄
　　DWORD dwloControlCode,//ring3程序向VxD傳遞的命令碼(可由編程寫者自定)
　　LPVOID lnBuffer,//ring3程序傳給VxD的數據緩存的地址
　　DWORD nlnBufferSize,//ring3程序傳給VxD的數據緩存的字節數
　　LPVOID lpOutBuffer,//VxD的返回數據所存放的緩存地址(該緩存由ring－3預留)
　　DWORDnOutBufferSize,//VxD的返回數據所存放的緩存的字節數
　　LPDWORD lpBytesReturned,//VxD實際返回數據的字節數
　　LPOVERLAPPED lpOverlapped //一個OVERLAPPED的結構地址，通常為NULL)；
　　由此不難看出這種DeviceIOControl的結構也為VxD向ring－3回傳數據提供了一種途徑。這種通訊方式在NT的設備驅動程序中也得到了廣泛應用，它是Microsoft大力提倡的Win32程序應采用的一種通訊方式。
3 VxD的實現
　　從編程工具方面來看，我們需要Windows95 DDK和一個32bit的匯編編譯器，如MASM6.11c，如果打算用C/C++開發驅動程序的話，還應選用一個32bit的C/C++4.0編譯器，筆者推薦采用Micrfoft Visual C++ 4.0以上的版本，因為它支持一種新的關鍵字——declspec(naked) 。采用該關鍵字的函數，編譯器將不為其生成相應的函數進出口代碼，這樣對于采用特殊函數結構的VxD函數來說是非常方便的。除此之外，也有一些公司提供了一些VxD向導器以幫助用戶生成C/C++的程序框架，使用它們可以大大提高開發效率，應予以考慮，其中最著名的有Vtoolsd95, VxDwriter等。在編程中應注意，不要使用C/C++所提供的庫函數，特別是Microsoft的MFC，因為它們都是運行在ring－3上的，如果非用不可的話，只有一些個別函數能通過使編譯器生成嵌入式指令來達到目的，但這樣做是要相當小心的。另外，調試運行在ring－0的驅動程序是相當困難的，VC++以及MASM中的調試均不能滿足需要，而需采用內核級的調試工具比如Microsoft的WDEB386以及Numega的SoftIce等。
4 VxD的局限性
　　VxD技術只適用于Windows 9x操作系統，Windows NT不支持此項技術，而是采用更為先進的面向對象的驅動程序模型，例如Window 98和Window 2000就采用了一種基于NT的驅動程序模型WDM。此外，由于VxD運行在ring－0上根本不受ring－3的制約，也給病毒的制造者即黑客以可乘之機，比如著名的CIH病毒是一個VxD。
參考文獻
1 Microsoft Develop Network Library 98；6(5)
2 Writes,Ruediger R.Asche.What＇s New in Windows 95 for VxD Microsoft Developer Network Technology Group
3 Ruediger R.Ashe.The Little Device Driver,Microsoft Development Network Technology group
4 Win 9x虛擬設備驅動程序編程指南.清華大學出版社，1999.3