摘 要： 介紹虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)的基本知識(shí)以及VxDs與WIN32應(yīng)用程序通訊的幾種常用方法，并給出了用VtoolsD開發(fā)VxDs的具體實(shí)例。

    關(guān)鍵詞： 虛擬設(shè)備 虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（VxDs）DDK VTOOLSD   

    Windows自面世以來，即以其強(qiáng)大而友好的圖形界面占據(jù)了操作系統(tǒng)（尤其是微機(jī)操作系統(tǒng)）的霸主地位。但是由于Windows采取的保護(hù)措施屏蔽了系統(tǒng)的底層操作，對(duì)用戶而言，已不能象在DOS下一樣直接操縱使用系統(tǒng)的硬件資源如內(nèi)存、I/O端口、中斷及DMA等。這在很大程度上保證了操作系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能，但卻給廣大硬件及底層軟件開發(fā)人員帶來了困難。當(dāng)需要直接操縱控制具體的硬件設(shè)備時(shí)，往往需要編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

    １ VMM、VNMs和VxD

    Win95操作系統(tǒng)支持多線程、多任務(wù)應(yīng)用，正是依靠虛擬機(jī)管理器VMM(Virtual Machine Manager)和虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序VxDs(Virtual Device Drivers)一起來實(shí)現(xiàn)設(shè)備虛擬化，從而使多個(gè)應(yīng)用能夠同時(shí)執(zhí)行。設(shè)備的虛擬化是建立在虛擬機(jī)假想的基礎(chǔ)上的，假想認(rèn)為每一個(gè)VM都可以對(duì)所有的硬件設(shè)備（如內(nèi)存、I/O端口、中斷等）進(jìn)行獨(dú)占的控制，就如DOS下的應(yīng)用程序一樣。VxDs即為實(shí)現(xiàn)此假想而產(chǎn)生。

    Windows中有兩種虛擬機(jī)VMs：DOS VM和System VM。每運(yùn)行一個(gè)DOS程序?qū)a(chǎn)生一個(gè)DOS VM，即不同的DOS程序運(yùn)行在各自的DOS VM中，而所有的Windows應(yīng)用程序（包括WIN16和WIN32應(yīng)用）都運(yùn)行于系統(tǒng)虛擬機(jī)中。每個(gè)VM有自己的地址空間、I/O端口、中斷向量表，VM為應(yīng)用提供內(nèi)存保護(hù)、虛擬內(nèi)存和權(quán)限檢查等，只是在WIN16中應(yīng)用程序運(yùn)行在同一地址空間中，而每個(gè)WIN312應(yīng)用程序都擁有自己的地址空間。所有的VM都接受VMM的統(tǒng)一調(diào)度管理，雖然VMM本身不是一VM，但卻充當(dāng)著激活VMs和VxDs的主要管理員（例如，VMM要處理在運(yùn)行VMs時(shí)的搶占時(shí)間片工作）。VMM是操作系統(tǒng)的核心，VMM提供單線程、搶先多任務(wù)處理。它是一個(gè)32位保護(hù)模式操作系統(tǒng)，它的主要任務(wù)是產(chǎn)生、運(yùn)行、控制和終止虛擬機(jī)VMs，它讓多個(gè)VMs共享CPU的時(shí)間以使多應(yīng)用能同時(shí)運(yùn)行，其實(shí)VMM本身即是一些VxDs的集合，VMM不可重入。

    VxDs在很大程序上支持Windows 3.X和Windows 9X，可以將它看作是運(yùn)行在系統(tǒng)特權(quán)級(jí)上的特殊的DLL，VxDs可直接操縱系統(tǒng)的硬件資源，甚至可以虛擬根本不存在的硬件，Windows利用虛擬設(shè)備來管理軟件及硬件設(shè)備以確保應(yīng)用程序不互相干擾。大多數(shù)虛擬設(shè)備用來管理硬件設(shè)備，有些虛擬設(shè)備也提供軟件服務(wù)，而不對(duì)應(yīng)于具體的硬件設(shè)備。如1999年初猖狂蔓延的CIH病毒，之所以能破壞硬件資源（通過攻擊主板的Flash Memory，達(dá)到破壞硬件的目的），正是因?yàn)樗昧薞xD技術(shù)，運(yùn)行在系統(tǒng)Ring 0級(jí)。

    在Win3.X中VxDs是靜態(tài)裝載的，也就是說，當(dāng)Windows啟動(dòng)時(shí)要裝載所有要用的VxDs，它們將在Windows執(zhí)行生命期間一直處于活動(dòng)狀態(tài)，Win9X(以及Windows for workgroups 3.11)在支持靜態(tài)VxDs的同時(shí)允許動(dòng)態(tài)裝載卸下VxDs。當(dāng)一應(yīng)用程序用CloseHandle()函數(shù)存取一VxD時(shí)，系統(tǒng)會(huì)跟蹤每個(gè)VxD打開了多少句柄。當(dāng)應(yīng)用程序終止時(shí)，它要調(diào)用函數(shù)CloseHandle()釋放這個(gè)VxD所打開的句柄。當(dāng)應(yīng)用程序終止時(shí)，它要調(diào)用函數(shù)CloseHandle()釋放這個(gè)VxD的句柄，這樣即在需要時(shí)加載相應(yīng)的VxD、用完后卸下，提高了系統(tǒng)資源的利用率。當(dāng)然在進(jìn)程消亡時(shí)，與其相聯(lián)的句柄會(huì)被自動(dòng)釋放。

    VxD處理硬件設(shè)備時(shí)一個(gè)經(jīng)常用到的硬件資源就是硬件中斷，VxD處理硬件中斷時(shí)，虛擬設(shè)備很少直接截取中斷，而是依賴虛擬可編程中斷控制器（VPICD），VPICD實(shí)現(xiàn)了物理可編程中斷控制器（PPIC）的虛擬化，VPICD發(fā)送硬件中斷信號(hào)給其他虛擬設(shè)備，并向虛擬設(shè)備提供請(qǐng)求中斷、模仿硬件中斷等服務(wù)。

    ２ VxD設(shè)計(jì)開發(fā)

    2.1 開發(fā)工具

    開發(fā)VxD需要專門的開發(fā)工具，目前應(yīng)用廣泛的工具主要有兩大類，一類是Microsoft提供的對(duì)應(yīng)于不同版本的Windows的DDK(Device Driver Kit)，其中包含了開發(fā)VxD所需的各種類庫及匯編工具等。由于用DDK開發(fā)VxD大多使用匯編語言，所以開發(fā)起來相對(duì)比較困難。另一類是Vireo Software提供的Vtoolsd，VtoolsD開發(fā)包提供了對(duì)VxD編程的全線C++類庫支持，利用VtoolsD中的Quick VxD工具可以快速生成VxD的代碼框架，開發(fā)者可以在此基礎(chǔ)上根據(jù)各自的需要添加自己的代碼，使用VtoolsD可以不需要DDK。比較而言，使用VtoolsD要比使用DDK簡(jiǎn)單、快捷。另外，由于VxD運(yùn)行在Ring()級(jí)，開發(fā)VxD