摘 要： 介绍虚拟设备驱动程序开发的基本知识以及VxDs与WIN32应用程序通讯的几种常用方法，并给出了用VtoolsD开发VxDs的具体实例。

    关键词： 虚拟设备 虚拟设备驱动程序（VxDs）DDK VTOOLSD   

    Windows自面世以来，即以其强大而友好的图形界面占据了操作系统（尤其是微机操作系统）的霸主地位。但是由于Windows采取的保护措施屏蔽了系统的底层操作，对用户而言，已不能象在DOS下一样直接操纵使用系统的硬件资源如内存、I/O端口、中断及DMA等。这在很大程度上保证了操作系统的安全稳定性能，但却给广大硬件及底层软件开发人员带来了困难。当需要直接操纵控制具体的硬件设备时，往往需要编写设备驱动程序。

    １ VMM、VNMs和VxD

    Win95操作系统支持多线程、多任务应用，正是依靠虚拟机管理器VMM(Virtual Machine Manager)和虚拟设备驱动程序VxDs(Virtual Device Drivers)一起来实现设备虚拟化，从而使多个应用能够同时执行。设备的虚拟化是建立在虚拟机假想的基础上的，假想认为每一个VM都可以对所有的硬件设备（如内存、I/O端口、中断等）进行独占的控制，就如DOS下的应用程序一样。VxDs即为实现此假想而产生。

    Windows中有两种虚拟机VMs：DOS VM和System VM。每运行一个DOS程序将产生一个DOS VM，即不同的DOS程序运行在各自的DOS VM中，而所有的Windows应用程序（包括WIN16和WIN32应用）都运行于系统虚拟机中。每个VM有自己的地址空间、I/O端口、中断向量表，VM为应用提供内存保护、虚拟内存和权限检查等，只是在WIN16中应用程序运行在同一地址空间中，而每个WIN312应用程序都拥有自己的地址空间。所有的VM都接受VMM的统一调度管理，虽然VMM本身不是一VM，但却充当着激活VMs和VxDs的主要管理员（例如，VMM要处理在运行VMs时的抢占时间片工作）。VMM是操作系统的核心，VMM提供单线程、抢先多任务处理。它是一个32位保护模式操作系统，它的主要任务是产生、运行、控制和终止虚拟机VMs，它让多个VMs共享CPU的时间以使多应用能同时运行，其实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，可以将它看作是运行在系统特权级上的特殊的DLL，VxDs可直接操纵系统的硬件资源，甚至可以虚拟根本不存在的硬件，Windows利用虚拟设备来管理软件及硬件设备以确保应用程序不互相干扰。大多数虚拟设备用来管理硬件设备，有些虚拟设备也提供软件服务，而不对应于具体的硬件设备。如1999年初猖狂蔓延的CIH病毒，之所以能破坏硬件资源（通过攻击主板的Flash Memory，达到破坏硬件的目的），正是因为它利用了VxD技术，运行在系统Ring 0级。

    在Win3.X中VxDs是静态装载的，也就是说，当Windows启动时要装载所有要用的VxDs，它们将在Windows执行生命期间一直处于活动状态，Win9X(以及Windows for workgroups 3.11)在支持静态VxDs的同时允许动态装载卸下VxDs。当一应用程序用CloseHandle()函数存取一VxD时，系统会跟踪每个VxD打开了多少句柄。当应用程序终止时，它要调用函数CloseHandle()释放这个VxD所打开的句柄。当应用程序终止时，它要调用函数CloseHandle()释放这个VxD的句柄，这样即在需要时加载相应的VxD、用完后卸下，提高了系统资源的利用率。当然在进程消亡时，与其相联的句柄会被自动释放。

    VxD处理硬件设备时一个经常用到的硬件资源就是硬件中断，VxD处理硬件中断时，虚拟设备很少直接截取中断，而是依赖虚拟可编程中断控制器（VPICD），VPICD实现了物理可编程中断控制器（PPIC）的虚拟化，VPICD发送硬件中断信号给其他虚拟设备，并向虚拟设备提供请求中断、模仿硬件中断等服务。

    ２ VxD设计开发

    2.1 开发工具

    开发VxD需要专门的开发工具，目前应用广泛的工具主要有两大类，一类是Microsoft提供的对应于不同版本的Windows的DDK(Device Driver Kit)，其中包含了开发VxD所需的各种类库及汇编工具等。由于用DDK开发VxD大多使用汇编语言，所以开发起来相对比较困难。另一类是Vireo Software提供的Vtoolsd，VtoolsD开发包提供了对VxD编程的全线C++类库支持，利用VtoolsD中的Quick VxD工具可以快速生成VxD的代码框架，开发者可以在此基础上根据各自的需要添加自己的代码，使用VtoolsD可以不需要DDK。比较而言，使用VtoolsD要比使用DDK简单、快捷。另外，由于VxD运行在Ring()级，开发VxD