windows内核驱动内存管理之Lookaside使用

Windows内存管理中使用了类似于容器的东西，叫做Lookaside对象，每次程序员申请内存都会从Lookaside里面申请，只有不足的时候，Lookaside才会向内存又一次申请内存空间，这样减少了频繁申请内存而导致的内存碎片。

当Lookaside对象内部有大量没有使用的内存时候，它会自动让windows回收一部分内存，总之，Lookaside很智能。

一般Lookaside用于以下情况：

（1）程序员每次申请固定的内存大小

（2）申请和回收内存的次数较多，很频繁

开发环境：

VS2012+WDK7.1

初始化Lookaside对象：

分页：

VOID ExInitializePagedLookasideList(
  _Out_    PPAGED_LOOKASIDE_LIST Lookaside,
  _In_opt_ PALLOCATE_FUNCTION    Allocate,
  _In_opt_ PFREE_FUNCTION        Free,
  _In_     ULONG                 Flags,
  _In_     SIZE_T                Size,
  _In_     ULONG                 Tag,
  _In_     USHORT                Depth
);

非分页：

VOID ExInitializeNPagedLookasideList(
  _Out_    PPAGED_LOOKASIDE_LIST Lookaside,
  _In_opt_ PALLOCATE_FUNCTION    Allocate,
  _In_opt_ PFREE_FUNCTION        Free,
  _In_     ULONG                 Flags,
  _In_     SIZE_T                Size,
  _In_     ULONG                 Tag,
  _In_     USHORT                Depth
);

回收内存

VOID ExFreeToPagedLookasideList(
  _Inout_ PPAGED_LOOKASIDE_LIST Lookaside,
  _In_    PVOID                 Entry
);

全套测试代码：

/************************************************************************
* 文件名称:main.cpp
* 作    者:Geons
* 完成日期:2016年3月27日11:03:20
*************************************************************************/

#include "driver.h"

typedef struct _MYDATASTRUCT
{
	CHAR buffer[64];

}MYDATASTRUCT, *PMYDATASTRUCT;

#pragma INITCODE
VOID LookasideTest()
{
	// 初始化
	PAGED_LOOKASIDE_LIST pageList;
	ExInitializePagedLookasideList(&pageList, NULL, NULL, 0, sizeof(MYDATASTRUCT), '1234', 0);

	#define ARRAY_NUMBER 50

	PMYDATASTRUCT MyObjectArray[ARRAY_NUMBER];

	// 模拟频繁申请内存
	for(int i = 0; i< ARRAY_NUMBER; i++)
	{
		MyObjectArray[i] = (PMYDATASTRUCT)ExAllocateFromPagedLookasideList(&pageList);
		KdPrint(("正在申请第%d个内存\n", i+1));
	}

	// 模拟频繁回收内存
	for(int i = 0; i<ARRAY_NUMBER;i++)
	{
		ExFreeToPagedLookasideList(&pageList, MyObjectArray[i]);

		MyObjectArray[i] = NULL;

		KdPrint(("正在回收第%d个空间\n", i+1));

	}

	// 删除LokkList
	ExDeletePagedLookasideList(&pageList);

}

/************************************************************************
* 函数名称:DriverEntry
* 功能描述:初始化驱动程序，定位和申请硬件资源，创建内核对象
* 参数列表:
      pDriverObject:从I/O管理器中传进来的驱动对象
      pRegistryPath:驱动程序在注册表的中的路径
* 返回 值:返回初始化驱动状态
*************************************************************************/
#pragma INITCODE
extern "C" NTSTATUS DriverEntry (
			IN PDRIVER_OBJECT pDriverObject,
			IN PUNICODE_STRING pRegistryPath	)
{
	NTSTATUS status;
	KdPrint(("Enter DriverEntry\n"));

	//注册其他驱动调用函数入口
	pDriverObject->DriverUnload = HelloDDKUnload;
	pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = HelloDDKDispatchRoutine;
	pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = HelloDDKDispatchRoutine;
	pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE] = HelloDDKDispatchRoutine;
	pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_READ] = HelloDDKDispatchRoutine;

	//创建驱动设备对象
	status = CreateDevice(pDriverObject);

	 LookasideTest();

	KdPrint(("DriverEntry end\n"));
	return status;
}

/************************************************************************
* 函数名称:CreateDevice
* 功能描述:初始化设备对象
* 参数列表:
      pDriverObject:从I/O管理器中传进来的驱动对象
* 返回 值:返回初始化状态
*************************************************************************/
#pragma INITCODE
NTSTATUS CreateDevice (
		IN PDRIVER_OBJECT	pDriverObject)
{
	NTSTATUS status;
	PDEVICE_OBJECT pDevObj;
	PDEVICE_EXTENSION pDevExt;

	//创建设备名称
	UNICODE_STRING devName;
	RtlInitUnicodeString(&devName,L"\\Device\\MyDDKDevice");

	//创建设备
	status = IoCreateDevice( pDriverObject,
						sizeof(DEVICE_EXTENSION),
						&(UNICODE_STRING)devName,
						FILE_DEVICE_UNKNOWN,
						0, TRUE,
						&pDevObj );
	if (!NT_SUCCESS(status))
		return status;

	pDevObj->Flags |= DO_BUFFERED_IO;
	pDevExt = (PDEVICE_EXTENSION)pDevObj->DeviceExtension;
	pDevExt->pDevice = pDevObj;
	pDevExt->ustrDeviceName = devName;
	//创建符号链接
	UNICODE_STRING symLinkName;
	RtlInitUnicodeString(&symLinkName,L"\\??\\HelloDDK");
	pDevExt->ustrSymLinkName = symLinkName;
	status = IoCreateSymbolicLink( &symLinkName,&devName );
	if (!NT_SUCCESS(status))
	{
		IoDeleteDevice( pDevObj );
		return status;
	}
	return STATUS_SUCCESS;
}

/************************************************************************
* 函数名称:HelloDDKUnload
* 功能描述:负责驱动程序的卸载操作
* 参数列表:
      pDriverObject:驱动对象
* 返回 值:返回状态
*************************************************************************/
#pragma PAGEDCODE
VOID HelloDDKUnload (IN PDRIVER_OBJECT pDriverObject)
{
	PDEVICE_OBJECT	pNextObj;
	KdPrint(("Enter DriverUnload\n"));
	pNextObj = pDriverObject->DeviceObject;
	while (pNextObj != NULL)
	{
		PDEVICE_EXTENSION pDevExt = (PDEVICE_EXTENSION)
			pNextObj->DeviceExtension;

		//删除符号链接
		UNICODE_STRING pLinkName = pDevExt->ustrSymLinkName;
		IoDeleteSymbolicLink(&pLinkName);
		pNextObj = pNextObj->NextDevice;
		IoDeleteDevice( pDevExt->pDevice );
	}
}

/************************************************************************
* 函数名称:HelloDDKDispatchRoutine
* 功能描述:对读IRP进行处理
* 参数列表:
      pDevObj:功能设备对象
      pIrp:从IO请求包
* 返回 值:返回状态
*************************************************************************/
#pragma PAGEDCODE
NTSTATUS HelloDDKDispatchRoutine(IN PDEVICE_OBJECT pDevObj,
								 IN PIRP pIrp)
{
	KdPrint(("Enter HelloDDKDispatchRoutine\n"));
	NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
	// 完成IRP
	pIrp->IoStatus.Status = status;
	pIrp->IoStatus.Information = 0;	// bytes xfered
	IoCompleteRequest( pIrp, IO_NO_INCREMENT );
	KdPrint(("Leave HelloDDKDispatchRoutine\n"));
	return status;
}

/************************************************************************
* 文件名称:driver.h
* 作    者:Geons
* 完成日期:2016年3月26日17:44:19
*************************************************************************/
#pragma once

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
#include <NTDDK.h>
#ifdef __cplusplus
}
#endif 

#define PAGEDCODE code_seg("PAGE")
#define LOCKEDCODE code_seg()
#define INITCODE code_seg("INIT")

#define PAGEDDATA data_seg("PAGE")
#define LOCKEDDATA data_seg()
#define INITDATA data_seg("INIT")

#define arraysize(p) (sizeof(p)/sizeof((p)[0]))

typedef struct _DEVICE_EXTENSION {
	PDEVICE_OBJECT pDevice;
	UNICODE_STRING ustrDeviceName;	//设备名称
	UNICODE_STRING ustrSymLinkName;	//符号链接名
} DEVICE_EXTENSION, *PDEVICE_EXTENSION;

// 函数声明

NTSTATUS CreateDevice (IN PDRIVER_OBJECT pDriverObject);
VOID HelloDDKUnload (IN PDRIVER_OBJECT pDriverObject);
NTSTATUS HelloDDKDispatchRoutine(IN PDEVICE_OBJECT pDevObj,
								 IN PIRP pIrp);
VOID LookasideTest();

注意：

在用VS进行编译生成SYS时候，注意修改属性中的“链接器”->“常规”->“附加依赖项”，只需要填写“ntoskrnl.lib;wdm.lib;”，不能写多余的，否则驱动无法加载到系统中，会生成额外的不支持的DLL。

如果出现缓冲区异常，修改属性中的C/C++->代码生成->安全检查->否（/GS）

如果使用X86build是不会出现这个报错问题的