文件过滤系统驱动开发
Filemon
学习笔记
WINDOWS
文件过滤系统驱动开发，可用于硬盘还原，防病毒，文件安全防护，文件加密等诸多领域。而掌握核心层的理论及实践，对于成为一名优秀的开发人员不可或缺。
WINDOWS
文件过滤系统驱动开发的两个经典例子，
Filemon
与
SFilter
，初学者在经过一定的理论积累后，对此两个例子代码的研究分析，会是步入驱动开发殿堂的重要一步，相信一定的理论积累以及贯穿剖析理解此两个例程后，就有能力开始进行文件过滤系统驱动开发的实际工作了。
对于
SFilter
例子的讲解，楚狂人的教程已经比较流行，而
Filemon
例子也许因框架结构相对明晰，易于剖析理解，无人贴出教程，本人在剖析
Filemon
的过程中积累的一些笔记资料，陆续贴出希望对初学者有所帮助，并通过和大家的交流而互相提高。
Filemon
学习笔记
第一篇：
Filemon
的大致架构为，在此驱动程序中，创建了两类设备对象。
一类设备对象用于和
Filemon
对应的
exe
程序通信，以接收用户输入信息，比如挂接或监控哪个分区，是否要挂接，是否要监控，监控何种操作等。此设备对象只创建了一个，在驱动程序的入口函数
DriverEntry
中。此类设备对象一般称为控制设备对象，并有名字，以方便应用层与其通信操作。
第二类设备对象用于挂接到所须监控的分区，比如
c
：，
d
：或
e
：，
f
：，以便拦截到引应用层对该分区所执行的读，写等操作。此类设备对象为安全起见，一般不予命名，可根据须监控多少分区而创建一个或多个。
驱动入口函数大致如下
NTSTATUS
DriverEntry(
IN PDRIVER_OBJECT DriverObject,
IN PUNICODE_STRING RegistryPath
)
{
NTSTATUS ntStatus;
PDEVICE_OBJECT guiDevice;
WCHAR deviceNameBuffer[] = L"\\Device\\Filemon";
UNICODE_STRING deviceNameUnicodeString;
WCHAR deviceLinkBuffer[] = L"\\DosDevices\\Filemon";
UNICODE_STRING deviceLinkUnicodeString;
ULONG i;
DbgPrint (("Filemon.SYS: entering DriverEntry\n"));
FilemonDriver = DriverObject;
//
// Setup the device name
//
RtlInitUnicodeString (&deviceNameUnicodeString,
deviceNameBuffer );
//
// Create the device used for GUI communications
//
此设备对象用来和用户交互信息
ntStatus = IoCreateDevice ( DriverObject,
sizeof(HOOK_EXTENSION),
&deviceNameUnicodeString,
FILE_DEVICE_FILEMON,
0,
TRUE,
&guiDevice );
//
// If successful, make a symbolic link that allows for the device
// object's access from Win32 programs
//
if(NT_SUCCESS(ntStatus)) {
//
// Mark this as our GUI device
//
((PHOOK_EXTENSION) guiDevice->DeviceExtension)->Type = GUIINTERFACE;
//
// Create a symbolic link that the GUI can specify to gain access
// to this driver/device
//
RtlInitUnicodeString (&deviceLinkUnicodeString,
deviceLinkBuffer );
ntStatus = IoCreateSymbolicLink (&deviceLinkUnicodeString,
&deviceNameUnicodeString );
if(!NT_SUCCESS(ntStatus)) {
DbgPrint (("Filemon.SYS: IoCreateSymbolicLink failed\n"));
IoDeleteDevice( guiDevice );
return ntStatus;
}
//
// Create dispatch points for all routines that must be handled.
// All entry points are registered since we might filter a
// file system that processes all of them.
//
for( i = 0; i <= IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION; i++ ) {
DriverObject->MajorFunction[i] = FilemonDispatch;
}
#if DBG
//
// Driver unload is only set if we are debugging Filemon. This is
// because unloading a filter is not really safe - threads could
// be in our fastio routines (or about to enter them), for example,
// and there is no way to tell. When debugging, we can risk the
// occasional unload crash as a trade-off for not having to
// reboot as often.
//
// DriverObject->DriverUnload = FilemonUnload;
#endif // DBG
//
// Set up the Fast I/O dispatch table
//
DriverObject->FastIoDispatch = &FastIOHook;
} else {
//
// If something went wrong, cleanup the device object and don't load
//
DbgPrint(("Filemon: Failed to create our device!\n"));
return ntStatus;
}
//
// Initialize the name hash table
//
for(i = 0; i < NUMHASH; i++ ) HashTable[i] = NULL;
//
// Find the process name offset
//
ProcessNameOffset = FilemonGetProcessNameOffset();//
为了得到当前进程名字
//
// Initialize the synchronization objects
//
#if DBG
KeInitializeSpinLock( &CountMutex );
#endif
ExInitializeFastMutex( &LogMutex );
ExInitializeResourceLite( &FilterResource );
ExInitializeResourceLite( &HashResource );
//
// Initialize a lookaside for file names
//
ExInitializeNPagedLookasideList( &FullPathLookaside, NULL, NULL,
0, MAXPATHLEN, 'mliF', 256 );
//
// Allocate the first output buffer
//
CurrentLog = ExAllocatePool( NonPagedPool, sizeof(*CurrentLog) );
if( !CurrentLog ) {
//
// Oops - we can't do anything without at least one buffer
//
IoDeleteSymbolicLink( &deviceLinkUnicodeString );
IoDeleteDevice( guiDevice );
return STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES;
}
//
// Set the buffer pointer to the start of the buffer just allocated
//
CurrentLog->Len = 0;
CurrentLog->Next = NULL;
NumLog = 1;
return STATUS_SUCCESS;
}
在此驱动入口点函数中，主要做了生成新的设备对象，此设备对象用来和应用层信息交互，比如应用层向驱动传递需要挂接或者监控的分区盘符，或者是否挂接盘符，是否监控操作等。
上面创建设备对象的代码为：
ntStatus = IoCreateDevice ( DriverObject,
sizeof(HOOK_EXTENSION),
&deviceNameUnicodeString,
FILE_DEVICE_FILEMON,
0,
TRUE,
&guiDevice );
//
// If successful, make a symbolic link that allows for the device
// object's access from Win32 programs
//
if(NT_SUCCESS(ntStatus)) {
//
// Mark this as our GUI device
//
((PHOOK_EXTENSION) guiDevice->DeviceExtension)->Type = GUIINTERFACE;
//
// Create a symbolic link that the GUI can specify to gain access
// to this driver/device
//
RtlInitUnicodeString (&deviceLinkUnicodeString,
deviceLinkBuffer );
ntStatus = IoCreateSymbolicLink (&deviceLinkUnicodeString,
&deviceNameUnicodeString );
if(!NT_SUCCESS(ntStatus)) {
DbgPrint (("Filemon.SYS: IoCreateSymbolicLink failed\n"));
IoDeleteDevice( guiDevice );
return ntStatus;
}
上面代码完成的功能为创建了用于与应用层交互的控制设备对象，名字在参数
&deviceNameUnicodeString,
中。设备对象创建成功后又调用
IoCreateSymbolicLink
创建了一个符号连接，以便于应用层交互。
在入口点函数
DriverEntry
代码中，还有一处代码：
ProcessNameOffset = FilemonGetProcessNameOffset();//
为了得到当前进程名字。
此函数体如下：
ULONG
FilemonGetProcessNameOffset(
VOID
)
{
PEPROCESS curproc;
int i;
curproc = PsGetCurrentProcess();//
调用
PsGetCurrentProcess
取得
KPEB
基址
//
然后搜索
KPEB
，得到
ProcessName
相对
KPEB
的偏移量
// Scan for 12KB, hoping the KPEB never grows that big!
//
for( i = 0; i < 3*PAGE_SIZE; i++ ) {
if( !strncmp( SYSNAME, (PCHAR) curproc + i, strlen(SYSNAME) )) {
return i;
}
}
//
// Name not found - oh, well
//
return 0;
这个函数通过查找
KPEB (Kernel Process Environment Block)
，取得进程名，
GetProcessNameOffset
主要是调用
PsGetCurrentProcess
取得
KPEB
基址，然后搜索
KPEB
，得到
ProcessName
相对
KPEB
的偏移量，存放在全局变量
ProcessNameOffset
中，得到此偏移量的作用是：无论当前进程为哪个，其名字在
KPEB
中的偏移量不变，所以都可以通过此偏移量得到。而在入口点函数
DriverEntry
执行时，当前进程必为系统进程，所以在此函数中方便地根据系统进程名
SYSNAME
（
#define SYSNAME "System"
）得到此偏移量。
分发函数剖析：
在入口点函数中，通过代码：
for( i = 0; i <= IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION; i++ ) {
DriverObject->MajorFunction[i] = FilemonDispatch;
}
简单地把各个分发例程设置成了
FilemonDispatch;
然后我们追踪其函数体：
NTSTATUS
FilemonDispatch(
IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject,
IN PIRP Irp
)
{
//
// Determine if its a request from the GUI to us, or one that is
// directed at a file system driver that we've hooked
//
if( ((PHOOK_EXTENSION) DeviceObject->DeviceExtension)->Type == GUIINTERFACE ) {
return FilemonDeviceRoutine( DeviceObject, Irp );
} else {
return FilemonHookRoutine( DeviceObject, Irp );
}
}
函数体先判断需要处理
IRP
包的设备对象的类型，看是属于控制设备对象，还是属于用于挂接并监控文件读写操作的过滤设备对象。如果是属于后者
则进入：
FilemonHookRoutine( DeviceObject, Irp )
此函数是拦截文件操作的中心，在其中获得了被操作的文件名字，并且根据操作类型，在
switch( currentIrpStack->MajorFunction ) {
}
中针对不同的
MajorFunction
，打印出相关操作信息。
因此函数体太长
不再全部列出。
其函数体总体框架为：得到被操作的文件名字，打印相关操作信息，然后下发
IRP
到底层驱动。
在下发
IRP
到底层驱动处理前，本层驱动必须负责设置下层
IO
堆栈的内容。这样下一层驱动调用
IoGetCurrentIrpStackLocation()
时能得到相应的数据。
设置下层
IO
堆栈的内容，一般用两个函数来实现：
IoCopyCurrentIrpStackLocationToNext( Irp )
此函数一般用在本驱动设置了完成例程时调用，把本层
IO _STACK_LOCATION
中的参数
copy
到下层，但与完成例程相关的参数信息例外。因为本驱动设置的完成例程只对本层驱动有效。
IoSkipCurrentIrpStackLocationToNext(Irp)
此函数的作用是：直接把本层驱动
IO
堆栈的内容设置为下层驱动
IO
堆栈指针的指向。因两层驱动
IO
堆栈的内容完全一致，省却
copy
过程。
而在
Filemon
的处理中，它用了一个特别的办法，没有调用此两个函数，
FilemonHookRoutine
函数体里面有三句代码：
PIO_STACK_LOCATION currentIrpStack = IoGetCurrentIrpStackLocation(Irp);
PIO_STACK_LOCATION nextIrpStack = IoGetNextIrpStackLocation(Irp);
*nextIrpStack = *currentIrpStack;//
此步设置了下层驱动的
IO_STACK_LOCATION
直接设置了下层驱动
IO
堆栈的值。
在
FilemonHookRoutine
函数里，用一个宏实现了复杂的获得拦截到的被操作文件的名字：
if( FilterOn && hookExt->Hooked ) {
GETPATHNAME( createPath );
}
GETPATHNAME( createPath )
宏展开为：
#define GETPATHNAME(_IsCreate) \
fullPathName = ExAllocateFromNPagedLookasideList( &FullPathLookaside ); \
if( fullPathName ) { \
FilemonGetFullPath( _IsCreate, FileObject, hookExt, fullPathName ); \
} else { \
fullPathName = InsufficientResources; \
}
在函数：
FilemonGetFullPath( _IsCreate, FileObject, hookExt, fullPathName )
中实现了获得被操作的文件名字，此函数代码较多，判断条件复杂，理解起来比较麻烦，下面重点讲解。
对函数
FilemonGetFullPath
的理解关键在于理顺结构，
此函数的功能就是获得文件名字，获得文件名字一般在三种状态下：
一：在打开文件请求中，但在打开文件前。
二：在打开文件请求中，但在打开文件后，通过在本层驱动中设置完成例程。在完成例程中获得。
三：在过滤到读写等操作时。
而在此函数中，它包含了第一种和第三种方法，通过一些烦琐的条件判断，先判断出目前是处于什么状态中，然后根据不同状态采取不同方法。
先分析当在第一种条件下，此函数的处理方法，可以精炼为如下：
VOID
FilemonGetFullPath(
BOOLEAN createPath,
PFILE_OBJECT fileObject,
PHOOK_EXTENSION hookExt,
PCHAR fullPathName
)
{
ULONG pathLen, prefixLen, slashes;
PCHAR pathOffset, ptr;
BOOLEAN gotPath;
PFILE_OBJECT relatedFileObject;
ANSI_STRING fileName;
ANSI_STRING relatedName;
UNICODE_STRING fullUniName;
prefixLen = 2; // "C:"
if( !fileObject ) {
sprintf( fullPathName, "%C:", hookExt->LogicalDrive );
return;
}
//
// Initialize variables
//
fileName.Buffer = NULL;
relatedName.Buffer = NULL;
gotPath = FALSE;
if( !fileObject->FileName.Buffer)
{
sprintf( fullPathName, "%C:", hookExt->LogicalDrive);
return;
}else
DbgPrint("fileOjec->FileName:%s",fileObject->FileName);
if( !NT_SUCCESS( RtlUnicodeStringToAnsiString( &fileName, &fileObject->FileName, TRUE ))) {
sprintf( fullPathName, "%C: <Out of Memory>", hookExt->LogicalDrive );
return;
}
pathLen = fileName.Length + prefixLen;
relatedFileObject = fileObject->RelatedFileObject;
//
// Only look at related file object if this is a relative name
//
if( fileObject->FileName.Buffer[0] != L'\\' &&
relatedFileObject && relatedFileObject->FileName.Length ) {
DbgPrint("relatedFileObject filename : %s",relatedFileObject->FileName);
if( !NT_SUCCESS( RtlUnicodeStringToAnsiString( &relatedName, &relatedFileObject->FileName, TRUE ))) {
sprintf( fullPathName, "%C: <Out of Memory>", hookExt->LogicalDrive );
RtlFreeAnsiString( &fileName );
return;
}
pathLen += relatedName.Length+1;
}
if( fileObject->DeviceObject->DeviceType != FILE_DEVICE_NETWORK_FILE_SYSTEM ) {
sprintf( fullPathName, "%C:", hookExt->LogicalDrive );
}
if( pathLen >= MAXPATHLEN ) {
strcat( fullPathName, " <Name Too Long>" );
} else {
//
// Now we can build the path name
//
fullPathName[ pathLen ] = 0;
pathOffset = fullPathName + pathLen - fileName.Length;
memcpy( pathOffset, fileName.Buffer, fileName.Length + 1 );
if( fileObject->FileName.Buffer[0] != L'\\' &&
relatedFileObject && relatedFileObject->FileName.Length ) {
//
// Copy the component, adding a slash separator
//
*(pathOffset - 1) = '\\';
pathOffset -= relatedName.Length + 1;
memcpy( pathOffset, relatedName.Buffer, relatedName.Length );
//
// If we've got to slashes at the front zap one
//
if( pathLen > 3 && fullPathName[2] == '\\' && fullPathName[3] == '\\' ) {
strcpy( fullPathName + 2, fullPathName + 3 );
}
}
}
}
上面的精简后的函数代码为只考虑目前处于第一种情况，即打开文件请求中，但文件尚未打开时。
在此时，文件的名字信息存储在文件对象
fileObject->FileName,
与
fileObject->RelatedFileObject->FileName,
FileObject->FileName
是
RelatedObject
的相对路径，
通过对两者的解析组合出文件名字。
而在
FilemonGetFullPath
函数体中的另一段代码：
FilemonGetFullPath
{
…………………..
…………………..
…………………..
if( !gotPath && !createPath ) {
fileNameInfo = (PFILE_NAME_INFORMATION) ExAllocatePool( NonPagedPool,
MAXPATHLEN*sizeof(WCHAR) );
if( fileNameInfo &&
FilemonQueryFile(hookExt->FileSystem, fileObject, FileNameInformation,
fileNameInfo, (MAXPATHLEN - prefixLen - 1)*sizeof(WCHAR) )) {
fullUniName.Length = (SHORT) fileNameInfo->FileNameLength;
fullUniName.Buffer = fileNameInfo->FileName;
if( NT_SUCCESS( RtlUnicodeStringToAnsiString( &fileName, &fullUniName, TRUE ))) {
fullPathName[ fileName.Length + prefixLen ] = 0;
if( hookExt->Type == NPFS ) {
strcpy( fullPathName, NAMED_PIPE_PREFIX );
} else if( hookExt->Type == MSFS ) {
strcpy( fullPathName, MAIL_SLOT_PREFIX );
} else if( fileObject->DeviceObject->DeviceType != FILE_DEVICE_NETWORK_FILE_SYSTEM ) {
sprintf( fullPathName, "%C:", hookExt->LogicalDrive );
} else {
//
// No prefix for network devices
//
}
memcpy( &fullPathName[prefixLen], fileName.Buffer, fileName.Length );
gotPath = TRUE;
RtlFreeAnsiString( &fileName );
fileName.Buffer = NULL;
}
}
if( fileNameInfo ) ExFreePool( fileNameInfo );
}
………………….
…………………..
………………………
}
上面这段代码是处理另外一种情况，即是在其他读写请求中，自己根据拦截到的
fileObject
构建
IRP
，下发到底层，以此来查询文件名信息。整个过程还是易于理解的。
在理清这两种脉络后，再剖析此整个函数，就很容易理解整个函数代码了。
代码中对
MajorFunction == IRP_MJ_CREATE_NAMED_PIPE
MajorFunction == IRP_MJ_CREATE_MAILSLOT
的判断是为了辨别对拦截到的进程间的两种通信方式：命名管道与邮槽的处理。