实战DeviceIoControl之一：通过API访问设备驱动程序

Q 在NT/2000/XP中，我想用VC编写应用程序访问硬件设备，如获取磁盘参数、读写绝对扇区数据、测试光驱实际速度等，该从哪里入手呢？

A 在NT/2000/XP中，应用程序可以通过API函数DeviceIoControl来实现对设备的访问—获取信息，发送命令，交换数据等。利用该接口函数向指定的设备驱动发送正确的控制码及数据，然后分析它的响应，就可以达到我们的目的。

DeviceIoControl的函数原型为

BOOL DeviceIoControl(
HANDLE hDevice, // 设备句柄
DWORD dwIoControlCode, // 控制码
LPVOID lpInBuffer, // 输入数据缓冲区指针
DWORD nInBufferSize, // 输入数据缓冲区长度
LPVOID lpOutBuffer, // 输出数据缓冲区指针
DWORD nOutBufferSize, // 输出数据缓冲区长度
LPDWORD lpBytesReturned, // 输出数据实际长度单元长度
LPOVERLAPPED lpOverlapped // 重叠操作结构指针
);

设备句柄用来标识你所访问的设备。
发送不同的控制码，可以调用设备驱动程序的不同类型的功能。在头文件winioctl.h中，预定义的标准设备控制码，都以IOCTL或FSCTL开头。例如，IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY是对物理驱动器取结构参数（介质类型、柱面数、每柱面磁道数、每磁道扇区数等）的控制码，FSCTL_LOCK_VOLUME是对逻辑驱动器的卷加锁的控制码。
输入输出数据缓冲区是否需要，是何种结构，以及占多少字节空间，完全由不同设备的不同操作类型决定。在头文件winioctl.h中，已经为标准设备预定义了一些输入输出数据结构。重叠操作结构指针设置为NULL，DeviceIoControl将进行阻塞调用；否则，应在编程时按异步操作设计。

Q 设备句柄是从哪里获得的？

A 设备句柄可以用API函数CreateFile获得。它的原型为

HANDLE CreateFile(
LPCTSTR lpFileName, // 文件名
DWORD dwDesiredAccess, // 访问方式
DWORD dwShareMode, // 共享方式
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, // 安全描述符指针
DWORD dwCreationDisposition, // 创建方式
DWORD dwFlagsAndAttributes, // 文件属性及标志
HANDLE hTemplateFile // 模板文件的句柄
);

CreateFile这个函数用处很多，这里我们用它“打开”设备驱动程序，得到设备的句柄。操作完成后用CloseHandle关闭设备句柄。
与普通文件名有所不同，设备驱动的“文件名”形式固定为“//./DeviceName”(注意在C程序中该字符串写法为“////.//DeviceName”)，DeviceName必须与设备驱动程序内规定的设备名称一致。
一般地，调用CreateFile获得设备句柄时，访问方式参数设置为0或GENERIC_READ|GENERIC_WRITE，共享方式参数设置为FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE，创建方式参数设置为OPEN_EXISTING，其它参数设置为0或NULL。

Q 可是，我怎么知道设备名称是什么呢？

A 一些存储设备的名称是微软规定好的，不可能有什么变化。大体列出如下
软盘驱动器 A:, B:
逻辑驱动器 C:, D:, E:, ……
物理驱动器 PHYSICALDRIVEx
CD-ROM, DVD/ROM CDROMx
磁带机 TAPEx
其中，物理驱动器不包括软驱和光驱。逻辑驱动器可以是IDE/SCSI/PCMCIA/USB接口的硬盘分区（卷）、光驱、MO、CF卡等，甚至是虚拟盘。x=0，1，2 ……
其它的设备名称需通过驱动接口的GUID调用设备管理函数族取得，这里暂不讨论。

Q 请举一个简单的例子说明如何通过DeviceIoControl访问设备驱动程序。

A 这里有一个从MSDN上摘抄来的demo程序，演示在NT/2000/XP中如何通过DeviceIoControl获取硬盘的基本参数。

/* The code of interest is in the subroutine GetDriveGeometry. The
code in main shows how to interpret the results of the IOCTL call. */

#include <windows.h>
#include <winioctl.h>

BOOL GetDriveGeometry(DISK_GEOMETRY *pdg)
{
HANDLE hDevice; // handle to the drive to be examined
BOOL bResult; // results flag
DWORD junk; // discard results

hDevice = CreateFile("////.//PhysicalDrive0", // drive to open
0, // no access to the drive
FILE_SHARE_READ | // share mode
FILE_SHARE_WRITE,
NULL, // default security attributes
OPEN_EXISTING, // disposition
0, // file attributes
NULL); // do not copy file attributes

if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE) // cannot open the drive
{
return (FALSE);
}

bResult = DeviceIoControl(hDevice, // device to be queried
IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY, // operation to perform
NULL, 0, // no input buffer
pdg, sizeof(*pdg), // output buffer
&junk, // # bytes returned
(LPOVERLAPPED) NULL); // synchronous I/O

CloseHandle(hDevice);

return (bResult);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
DISK_GEOMETRY pdg; // disk drive geometry structure
BOOL bResult; // generic results flag
ULONGLONG DiskSize; // size of the drive, in bytes

bResult = GetDriveGeometry (&pdg);

if (bResult)
{
printf("Cylinders = %I64d/n", pdg.Cylinders);
printf("Tracks per cylinder = %ld/n", (ULONG) pdg.TracksPerCylinder);
printf("Sectors per track = %ld/n", (ULONG) pdg.SectorsPerTrack);
printf("Bytes per sector = %ld/n", (ULONG) pdg.BytesPerSector);

DiskSize = pdg.Cylinders.QuadPart * (ULONG)pdg.TracksPerCylinder *
(ULONG)pdg.SectorsPerTrack * (ULONG)pdg.BytesPerSector;
printf("Disk size = %I64d (Bytes) = %I64d (Mb)/n", DiskSize,
DiskSize / (1024 * 1024));
}
else
{
printf ("GetDriveGeometry failed. Error %ld./n", GetLastError ());
}

return ((int)bResult);
}

Q 如果将设备名换成“A:”就可以取A盘参数，换成“CDROM0”就可以取CDROM参数，是这样吗？

A 这个问题暂不回答你。请动手试一下看看。
现在我们总结一下通过DeviceIoControl访问设备驱动程序的“三步曲”：首先用CreateFile取得设备句柄，然后用DeviceIoControl与设备进行I/O，最后别忘记用CloseHandle关闭设备句柄。

Q 在MSDN的那个demo中，将设备名换成“A:”取A盘参数，先用资源管理器读一下盘，再运行这个程序可以成功，但换一张盘后就失败；换成“CDROM0”取CDROM参数，无论如何都不行。这个问题如何解决呢？

A 取软盘参数是从软盘上读取格式化后的信息，也就是必须执行读操作，这一点与硬盘不同。将CreateFile中的访问方式改为GENERIC_READ就行了。
IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY这个I/O控制码，对软盘和硬盘有效，但对一些可移动媒介如CD/DVD-ROM、TAPE等就不管用了。要取CDROM参数，还得另辟蹊径。IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX能够帮我们解决问题。

Q 使用这些I/O控制码，需要什么样的输入输出数据格式呢？

A DeviceIoControl使用这两个控制码时，都不需要输入数据。
IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY直接输出一个DISK_GEOMETRY结构：

typedef struct _DISK_GEOMETRY {
LARGE_INTEGER Cylinders; // 柱面数
MEDIA_TYPE MediaType; // 介质类型
DWORD TracksPerCylinder; // 每柱面的磁道数
DWORD SectorsPerTrack; // 每磁道的扇区数
DWORD BytesPerSector; // 每扇区的字节数
} DISK_GEOMETRY;

IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX输出一个GET_MEDIA_TYPES结构：

typedef struct _GET_MEDIA_TYPES {
DWORD DeviceType; // 设备类型
DWORD MediaInfoCount; // 介质信息条数
DEVICE_MEDIA_INFO MediaInfo[1]; // 介质信息
} GET_MEDIA_TYPES;

让我们来看一下DEVICE_MEDIA_INFO结构的定义：

typedef struct _DEVICE_MEDIA_INFO {
union {
struct {
LARGE_INTEGER Cylinders; // 柱面数
STORAGE_MEDIA_TYPE MediaType; // 介质类型
DWORD TracksPerCylinder; // 每柱面的磁道数
DWORD SectorsPerTrack; // 每磁道的扇区数
DWORD BytesPerSector; // 每扇区的字节数
DWORD NumberMediaSides; // 介质面数
DWORD MediaCharacteristics; // 介质特性
} DiskInfo; // 硬盘信息
struct {
LARGE_INTEGER Cylinders; // 柱面数
STORAGE_MEDIA_TYPE MediaType; // 介质类型
DWORD TracksPerCylinder; // 每柱面的磁道数
DWORD SectorsPerTrack; // 每磁道的扇区数
DWORD BytesPerSector; // 每扇区的字节数
DWORD NumberMediaSides; // 介质面数
DWORD MediaCharacteristics; // 介质特性
} RemovableDiskInfo; // “可移动盘”信息
struct {
STORAGE_MEDIA_TYPE MediaType; // 介质类型
DWORD MediaCharacteristics; // 介质特性
DWORD CurrentBlockSize; // 块的大小
} TapeInfo; // 磁带信息
} DeviceSpecific;
} DEVICE_MEDIA_INFO;

其中CD-ROM属于“可移动盘”的范围。请注意，GET_MEDIA_TYPES结构本身只定义了一条DEVICE_MEDIA_INFO，额外的DEVICE_MEDIA_INFO需要紧接此结构的另外的空间。

Q 调用方法我了解了，请用VC举个例子来实现我所期待已久的功能吧？

A 好，现在就演示一下如何取软盘/硬盘/光盘的参数。测试时，记得要有软盘/光盘插在驱动器里喔！
首先，用MFC AppWizard生成一个单文档的应用程序，取名为DiskGeometry，让它的View基于CEditView。
然后，添加以下的.h和.cpp文件。

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// GetDiskGeometry.h
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

#if !defined(GET_DISK_GEOMETRY_H__)
#define GET_DISK_GEOMETRY_H__

#if _MSC_VER > 1000
#pragma once
#endif // _MSC_VER > 1000

#include <winioctl.h>

BOOL GetDriveGeometry(const char* filename, DISK_GEOMETRY *pdg);

#endif // !defined(GET_DISK_GEOMETRY_H__)

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// GetDiskGeometry.cpp
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

#include "stdafx.h"
#include "GetDiskGeometry.h"

// IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX可能返回不止一条DEVICE_MEDIA_INFO，故定义足够的空间
#define MEDIA_INFO_SIZE sizeof(GET_MEDIA_TYPES)+15*sizeof(DEVICE_MEDIA_INFO)

// filename -- 用于设备的文件名
// pdg -- 参数缓冲区指针
BOOL GetDriveGeometry(const char* filename, DISK_GEOMETRY *pdg)
{
HANDLE hDevice; // 设备句柄
BOOL bResult; // DeviceIoControl的返回结果
GET_MEDIA_TYPES *pmt; // 内部用的输出缓冲区
DWORD dwOutBytes; // 输出数据长度

// 打开设备
hDevice = ::CreateFile(filename, // 文件名
GENERIC_READ, // 软驱需要读盘
FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, // 共享方式
NULL, // 默认的安全描述符
OPEN_EXISTING, // 创建方式
0, // 不需设置文件属性
NULL); // 不需参照模板文件

if(hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
// 设备无法打开...
return FALSE;
}

// 用IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY取磁盘参数
bResult = ::DeviceIoControl(hDevice, // 设备句柄
IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY, // 取磁盘参数
NULL, 0, // 不需要输入数据
pdg, sizeof(DISK_GEOMETRY), // 输出数据缓冲区
&dwOutBytes, // 输出数据长度
(LPOVERLAPPED)NULL); // 用同步I/O

// 如果失败，再用IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX取介质类型参数
if(!bResult)
{
pmt = (GET_MEDIA_TYPES *)new BYTE[MEDIA_INFO_SIZE];

bResult = ::DeviceIoControl(hDevice, // 设备句柄
IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX, // 取介质类型参数
NULL, 0, // 不需要输入数据
pmt, MEDIA_INFO_SIZE, // 输出数据缓冲区
&dwOutBytes, // 输出数据长度
(LPOVERLAPPED)NULL); // 用同步I/O

if(bResult)
{
// 注意到结构DEVICE_MEDIA_INFO是在结构DISK_GEOMETRY的基础上扩充的
// 为简化程序，用memcpy代替如下多条赋值语句：
// pdg->MediaType = (MEDIA_TYPE)pmt->MediaInfo[0].DeviceSpecific.DiskInfo.MediaType;
// pdg->Cylinders = pmt->MediaInfo[0].DeviceSpecific.DiskInfo.Cylinders;
// pdg->TracksPerCylinder = pmt->MediaInfo[0].DeviceSpecific.DiskInfo.TracksPerCylinder;
// ... ...
::memcpy(pdg, pmt->MediaInfo, sizeof(DISK_GEOMETRY));
}

delete pmt;
}

// 关闭设备句柄
::CloseHandle(hDevice);

return (bResult);
}

然后，在Toolbar的IDR_MAINFRAME上添加一个按钮，ID为ID_GET_DISK_GEOMETRY。打开ClassWizard，在DiskGeometryView中

添加ID_GET_DISK_GEOMETRY的映射函数OnGetDiskGeometry。打开DiskGeometryView.cpp，包含头文件GetDiskGeometry.h。

在OnGetDiskGeometry中，添加以下代码

const char *szDevName[]=
{
"////.//A:",
"////.//B:",
"////.//PhysicalDrive0",
"////.//PhysicalDrive1",
"////.//PhysicalDrive2",
"////.//PhysicalDrive3",
"////.//Cdrom0",
"////.//Cdrom1",
};
DISK_GEOMETRY dg;
ULONGLONG DiskSize;
BOOL bResult;
CString strMsg;
CString strTmp;

for(int i=0; i<sizeof(szDevName)/sizeof(char*); i++)
{
bResult = GetDriveGeometry(szDevName[i], &dg);

strTmp.Format("/r/n%s result = %s/r/n", szDevName[i], bResult ? "success" : "failure");
strMsg+=strTmp;

if(!bResult) continue;

strTmp.Format(" Media Type = %d/r/n", dg.MediaType);
strMsg+=strTmp;

strTmp.Format(" Cylinders = %I64d/r/n", dg.Cylinders);
strMsg+=strTmp;

strTmp.Format(" Tracks per cylinder = %ld/r/n", (ULONG) dg.TracksPerCylinder);
strMsg+=strTmp;

strTmp.Format(" Sectors per track = %ld/r/n", (ULONG) dg.SectorsPerTrack);
strMsg+=strTmp;

strTmp.Format(" Bytes per sector = %ld/r/n", (ULONG) dg.BytesPerSector);
strMsg+=strTmp;

DiskSize = dg.Cylinders.QuadPart * (ULONG)dg.TracksPerCylinder *
(ULONG)dg.SectorsPerTrack * (ULONG)dg.BytesPerSector;
strTmp.Format(" Disk size = %I64d (Bytes) = %I64d (Mb)/r/n", DiskSize, DiskSize / (1024 *1024));
strMsg+=strTmp;
}

CEdit& Edit = GetEditCtrl();

Edit.SetWindowText(strMsg);

最后，最后干什么呢？编译，运行......

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