1. UMDF 概述

1.1 UMDF 架构简介

用户模式驱动程序框架（UMDF，User-Mode Driver Framework）是 Windows 驱动程序框架（WDF，Windows Driver Framework）的重要组成部分，旨在让驱动程序在用户模式下运行，而非传统的内核模式。UMDF 基于组件对象模型（COM，Component Object Model）构建，为驱动程序开发者提供了一种更安全、更稳定的开发方式。

UMDF 架构由以下几个关键组件构成：

• 驱动主机进程（WudfHost.exe）：承载 UMDF 驱动程序的用户态进程，每个驱动实例运行在独立的 WudfHost 进程中。
• 反射器（Reflector）：位于内核态的驱动程序（WudfRd.sys），负责将内核态 IRP 转发到用户态驱动主机进程。
• 运行时库（DLL）：提供框架对象、回调机制和 I/O 处理的核心库（Wudfx02000.dll 等）。
• UMDF 库（UMDF Library）：实现设备栈对象、队列对象、请求对象等框架抽象。

1.2 UMDF 与 KMDF 的区别

UMDF 和 KMDF（Kernel-Mode Driver Framework）同属 WDF 框架，但运行模式和适用场景存在显著差异。下表从多个维度对比两者的核心区别：

1.3 UMDF 驱动模型

UMDF 驱动模型基于 COM 接口和框架对象，采用事件驱动（Event-Driven）架构。驱动开发者通过实现框架定义的回调接口来处理 I/O 请求、设备事件和电源管理。

核心框架对象：

• IWDFDriver：驱动对象，代表整个驱动程序实例，负责创建设备对象。
• IWDFDevice：设备对象，代表一个逻辑设备，管理 I/O 队列和电源状态。
• IWDFIoQueue：I/O 队列对象，管理 IRP 的排队、分发和取消。
• IWDFIoRequest：请求对象，封装来自应用程序或内核的 I/O 操作。
• IWDFMemory：内存对象，管理 I/O 缓冲区访问。

驱动初始化流程：

1. DLLMain 加载 UMDF 运行时库。
2. 框架调用驱动入口点 DllGetClassObject 获取类工厂。
3. 类工厂创建 IDriverEntry 接口实例。
4. 框架调用 IDriverEntry::OnInitialize 初始化驱动。
5. 框架调用 IDriverEntry::OnDeviceAdd 创建设备对象和 I/O 队列。
6. 驱动注册 I/O 回调接口（如 IQueueCallbackRead、IQueueCallbackWrite）。

1.4 UMDF 驱动开发环境搭建

搭建 UMDF 开发环境需要安装 Visual Studio、Windows 驱动程序工具包（WDK，Windows Driver Kit）以及相应的 SDK。以下是详细的步骤和配置说明。

环境要求：

安装步骤：

1. 安装 Visual Studio，选择“使用 C++ 的桌面开发”工作负载。
2. 下载并安装与 Visual Studio 版本匹配的 Windows WDK。
3. 安装完成后，在 Visual Studio 中创建新项目，选择“用户模式驱动程序 (UMDF 2.0)”模板。
4. 配置项目属性：目标平台选择 x64，UMDF 版本选择 2.0 或 2.15+。
5. 编写驱动代码后，使用 Build Solution 编译生成 .dll 文件。

验证环境配置：编译一个空的 UMDF 驱动模板，确认生成以下文件：

• YourDriver.dll — 驱动二进制文件
• YourDriver.inf — 驱动安装信息文件
• YourDriver.pdb — 调试符号文件

示例 INF 文件片段（UMDF 驱动安装配置）：

[Version]
Signature="$WINDOWS NT$"
Class=Sample
ClassGuid={12345678-1234-1234-1234-123456789012}
Provider=%ManufacturerName%
DriverVer=10/01/2024,1.0.0.0

[Manufacturer]
%ManufacturerName%=Standard,NTamd64

[Standard.NTamd64]
%DeviceName%=Install_UMDF, USB\VID_1234&PID_5678

[Install_UMDF]
CopyFiles=UMDFDriverCopy

[UMDFDriverCopy]
MyDriver.dll

[Install_UMDF.Services]
AddService=WudfRd,0x000001f8, WudfRd_Service_Inst

[WudfRd_Service_Inst]
DisplayName="Windows User-Mode Driver Framework Reflector"
ServiceType=1
StartType=3
ErrorControl=1
ServiceBinary=%12%\WudfRd.sys