Programación de Sistemas Controlador de Dispositivo Virtual (VxD)

Antecedentes Windows 95 es un sistema operativo multitarea que corre en el anillo cero. Todas las demás aplicaciones lo hacen en el anillo tres. GDI32, Kernel32 y USER32 son tres componentes importantes del sistema que corren en el anillo 3. El sistema operativo está bajo el control de la VMM (Virtual Machine Manager) y los VxD (Virtual Device Drivers).

Problemática Los programas DOS y de Windows son dramáticamente diferentes. DOS Windows Pueden hacer uso de instrucciones privilegiadas del CPU, del puerto de E/S directamente. Tienen acceso directo a los recursos del sistema: CPU, memoria, teclado, disco, etc. Restringidos respecto a lo que pueden hacer en el sistema. Trabajan bajo el esquema del multitareas cooperativo. i.e. deben compartir el control con otros programas por medio del uso de mensajes (GetMessage o Peek Message).

Solución Programas de DOS Programas de Windows Corren en una máquina virtual 8086. Corren en una máquina virtual llamada SVM (System Virtual Machine).

¿Qué es una VMM? Es una máquina creada por medio de software. Reacciona como una máquina real. Los programas desconocen que corren en una máquina virtual. Como una VMM responde exactamente igual como una máquina real, puede ser tratada de la misma manera. La interface entre la máquina y su software es un tipo de API (interrupciones, llamadas al BIOS, y puertos de E/S).

¿Qué es una VMM en Windows? Es un programa dedicado a coordinar y supervisar las VM’s. Es un programa de 32 bits en modo protegido. Es responsable de crear, correr y terminar la ejecución de las VM’s. Es una de las muchas VxD’s que están guardadas en el archivo VMM32.VXD en la carpeta del sistema.

Secuencia de Arranque de Windows 95 io.sys es cargado en la memoria. config.sys y autoexec.bat son procesados. win.com es llamado. win.com corre VMM32.VXD que es actualmente un archivo DOS EXE. VMM32.VXD carga la VMM en la memoria extendida haciendo uso del controlador de XMS. VMM se inicializa a si misma junto con otros controladores de dispositivos por omisión. VMM cambia la máquina al modo protegido y crea la máquina virtual del sistema. Virtual Shell Device, el cual es cargado al final, inicia Windows en la máquina virtual del sistema corriendo el archivo krnl386.exe krnl386.exe carga el resto de los archivos, culminando con el shell de Windows 95.

Consideraciones La VMM es el primer VxD cargado en la memoria. Crea la máquina virtual del sistema e inicializa otros VxD’s. También provee varios servicios a esos VxD’s. La VMM y los VxD’s trabajan en un modo latente la mayoría del tiempo. Mientras los programas de aplicación corren, los VxD’s están inactivos. Son activados cuando interrupciones u otros eventos demandan su atención.

Controlador de Dispositivo Virtual (VxD) Donde x asume el nombre del dispositivo tal como el controlador de teclado virtual, del ratón, etc. Es la clave para la virtualización satisfactoria del hardware. Representa un soporte de entrada para los programas de DOS hacia los dispositivos reales.

Controlador de Dispositivo Virtual (VxD) Es específico de Windows 9x. No pueden corren en Windows NT. Es la entidad más poderosa del sistema porque pueden hacer todo en él. Hay dos tipos de VxD bajo Windows 95: VxD Estática VxD Dinámica

Controlador de Dispositivo Virtual (VxD) Estática Dinámica Cargada durante la inicialización del sistema. Se mantiene cargada en memoria hasta que el sistema de cierra. Proviene desde Windows 3.x Sólo está disponible para Windows 9.x Puede ser cargado o descargado cuando sea necesario. Muchos de ellos controlan dispositivos Plug and Play.

Controlador de Dispositivo Virtual (VxD) Comunicación entre VxD’s Las VxD’s, incluyendo la VMM, se comunican entre sí a través de tres mecanismos: Mensajes de control API’s de servicio Callbacks

Controlador de Dispositivo Virtual (VxD) Mensajes de Control La VMM envía mensajes de control de sistema a todos los VxDs cargados en el sistema cuando ocurre algo importante. Todo VxD tiene una función que recibe y trata con mensajes de control llamada procedimiento de control de dispositivo (device control procedure)

Controlador de Dispositivo Virtual (VxD) API’s de Servicio Un VxD, usualmente exporta un conjunto de funciones públicas que pueden ser llamadas por otros VxDs. Esas funciones se llaman servicios VxD. Todo VxD que exporta servicios VxD debe tener un número de ID único. El ID es un número de 16 bits que identifica únicamente un VxD. Ejemplo: UNDEFINED_DEVICE_ID EQU 00000H VMM_DEVICE_ID          EQU 00001H DEBUG_DEVICE_ID        EQU 00002H VPICD_DEVICE_ID        EQU 00003H VDMAD_DEVICE_ID       EQU 00004H VTD_DEVICE_ID          EQU 00005H

Controlador de Dispositivo Virtual (VxD) Callbacks Son funciones que existen en las VxD para ser llamadas por otros VxDs. No son lo mismo que los servicios VxD. Las callbacks no son públicas como los servicios. Son funciones privadas de las que un VxD da sus direcciones a otros VxDs en situaciones específicas.

Hardware Virtual Virtualización del Software.- Mecanismos que permiten a los componentes en modo protegido de Windows interactuar con los componentes en modo real de MS-DOS y el BIOS. Requiere que el sistema operativo intercepte llamadas entre los modos protegido y real. Cambia el modo de operación del procesador después de ajustar adecuadamente los registros de parámetro.

Hardware Virtual VxD Aplicación en Modo Protegido Rutina de Servicio de Interrupción en Modo Real INT xx Tabla Descriptora de Interrupciones Tabla del Vector de Interrupciones Bloque de Parámetros en Memoria Extendida Bloque de Parámetros en Memoria V86 Modo Protegido Modo V86 Virtualización de Software de MS-DOS y el BIOS [Oney 96]

El API de Servicio para VxD Los VxDs se comunican con la VMM usando el API de Servicio para VxD. Esta API provee una comunicación dinámica entre los VxDs usando la int 20h y el conjunto de ordenes de servicio del VxD. Las órdenes de servicio identifican de manera única un VxD en particular y una función de servicio en el VxD.

El API de Servicio para VxD Identificador VxD Índice de servicios Lista de VxDs Tabla de Servicio para un VxD Función de Servicio Un identificador de Servicio para VxD [Oney 96]

Esqueleto de un VxD en Lenguaje Ensamblador REQUISITOS Se necesita el Kit de Desarrollo de Controladores de Dispositivos para Windows 95/98 (Windows 95/98 DDK) Windows 98 DDK contiene el MASM versión 6.11d El Windows 9x DDK contiene varios archivos tipo include esenciales no incluidos en el paquete MASM32.

Construyendo un VxD en Lenguaje Ensamblador [Oney 96] MASM 6.11 LINK MIVXD.ASM VMM.INC MIVXD.OBJ (Archivo COFF 32-bit) MIVXD.DEF MAPSYM MIVXD.VXD (Archivo Ejecutable Formato LE) Archivo de mapeo MIVXD.SYM (Archivo de Símbolos para el depurador)

Esqueleto de un VxD en Lenguaje Ensamblador .386p include vmm.inc DECLARE_VIRTUAL_DEVICE PRIMERVXD,1,0, PRIMERVXD_Control, UNDEFINED_DEVICE_ID, UNDEFINED_INIT_ORDER Begin_control_dispatch PRIMERVXD End_control_dispatch PRIMERVXD end .386p Indica al ensamblador el uso del set de instrucciones 80386. También puede ser .486p ó .586p include vmm.inc Es indispensable incluir el vmm.inc. Contiene la definición de las macros que debe tener el código fuente. DECLARE_VIRTUAL_DEVICE PRIMERVXD,1,0, PRIMERVXD_Control, UNDEFINED_DEVICE_ID, UNDEFINED_INIT_ORDER Declaración de macro de uno de los 22 miembros de la DDB (Device Descriptor Block) Estructura que contiene información vital del VxD. Begin_control_dispatch PRIMERVXD End_control_dispatch PRIMERVXD Macro que define el procedimiento de control del dispositivo que es la función que la VMM llama cuando hay mensajes de control de nuestro VxD.

Ejemplo de un VxD en Lenguaje Ensamblador l .386p include vmm.inc include shell.inc DECLARE_VIRTUAL_DEVICE MENSAJE,1,0, MENSAJE_Control, UNDEFINED_DEVICE_ID, UNDEFINED_INIT_ORDER Begin_control_dispatch MENSAJE     Control_Dispatch Create_VM, OnVMCreate     Control_Dispatch VM_Terminate2, OnVMClose End_control_dispatch MENSAJE VxD_PAGEABLE_DATA_SEG     MsgTitle db “Cuadro de dialogo de un VxD",0     VMCreated db “Una VM es creada",0     VMDestroyed db “Una VM es destruida",0 VxD_PAGEABLE_DATA_ENDS VxD_PAGEABLE_CODE_SEG BeginProc OnVMCreate     mov ecx, OFFSET32 VMCreated CommonCode:     VMMCall Get_sys_vm_handle     mov eax,MB_OK+MB_ICONEXCLAMATION     mov edi, OFFSET32 MsgTitle     xor esi,esi     xor edx,edx     VxDCall SHELL_Message     ret EndProc OnVMCreate BeginProc OnVMClose     mov ecx,OFFSET32 VMDestroyed     jmp CommonCode EndProc OnVMClose VxD_PAGEABLE_CODE_ENDS End