为macOS开发用户空间只读磁盘驱动程序

Question

我有一种特殊的磁盘映像格式（已压缩，并带有诸如坏块之类的其他信息，并希望在macOS中将其用作块设备（例如，在/dev/rdisk下）。

我正在寻找有关如何编写只读块级用户空间驱动程序的指针。

我相信我需要使用IOKit进行此操作，但是该文档在该领域相当稀疏，据我所知，没有提供任何示例代码。

我看过阿米特·辛格（Amit Singh）的Mac OS Internals，但这仅涉及对通过添加的驱动程序路由的现有块进行文件处理。但是我需要从一个单独的文件中读取数据，即，我需要使用文件系统，并且如果可能的话，我也想在用户空间应用程序中执行此操作，因为制作kext既难以调试，现在也已被弃用。

理想情况下，这应该适用于当前的macOS版本，包括10.15，但我也对仅适用于从10.6开始的旧macOS版本适用的解决方案感到满意。

也许我在这里仍然误解了一些事情。我的印象是，甚至可以在10.15之前编写用户空间IOKit驱动程序。但是也许块存储设备无法做到这一点？任何澄清都将受到欢迎。我感到很失落。

Answer 1

也许我在这里仍然误解了一些事情。我的印象是，甚至可以在10.15之前编写用户空间IOKit驱动程序。

这是一个正确的语句，但这并不意味着即使在10.15中也可以在用户空间中编写所有类型的驱动程序。混淆可能源于以下事实：“ IOKit”用于在不同的上下文中表示微妙的不同事物：

• 从根本上讲，它是基于OOP的驱动程序堆栈技术，它内置于用C ++编写的XNU内核（macOS，iOS等）中。它的核心数据结构是I / O Kit注册表，它是对象的有向图，这些对象代表设备，设备（子）功能，虚拟设备，服务，驱动程序，用户空间客户端连接等。（大多数属性具有它，但是从技术上讲，节点可以有多个“父”节点，有些实际上是在您的典型Mac系统上做到的）
• IOKit用户空间库。 （也称为IOKit.framework亦称为IOKitLib +各种IOCFPlugins），它们向用户空间程序提供内核的I / O注册表的view，并允许它们与IOKit对象执行某些交互。这基本上限于：
  • 根据匹配规则遍历注册表图和匹配服务。二者都将句柄返回到用户空间程序的特定I / O注册表项。
  • 获取I / O注册表项的属性，如果对象明确支持它，则设置（某些）属性。
  • 创建用户客户端连接。这是从常规用户空间create在I / O注册表中的条目的唯一方法，并且它们始终是IOUserClient子类，并且仅在父对象明确允许的情况下才可以。
• IODrive视图可用于基于DriverKit的系统扩展过程（10.15中的新增功能，该视图允许实例化完全由用户空间支持的注册表项对象，以子类化（绑定）选择的超类类型。

要回答您的具体情况的问题：

• 要为块存储设备实现将在系统中以其他任何形式出现的驱动程序，您需要子类IOStorage或其子类之一（通常为IOBlockStorageDevice）。
• IOKit.framework允许您创建用户空间驱动程序，该用户空间驱动程序将由该用户空间进程或其他用户空间进程only
使用。 因此，无法使用它来创建将被内核某些部分使用的驱动程序。例如，不可能创建将由内核的VFS系统使用的块设备驱动程序。
• DriverKit当前（自macOS 10.15.4 SDK起）不允许任何存储堆栈类的由dext支持的子类。因此，dext无法解决问题。
• 据我所知，做您想做的事情的唯一方法是有一个两部分的驱动程序：一个实现IOBlockStorageDevice子类的kext，以及一个为用户提供服务的服务。客户端接口，用于连接某些用户空间进程以创建块设备的实例，该接口将处理对该设备的I / O请求。这是类似于FUSE机制的一种，该机制在VFS层而不是块层起作用。这正是macOS的内置磁盘映像安装系统的工作方式。不幸的是，它的kext或用户空间部分都不是开源的，文档化的或公共的API。因此，除非您对它进行反向工程并找到不满足Apple代码签名要求的边界
，否则基本上必须重新实现它。

我目前尚不知道现有的开源系统可以做到这一点，但是我看上去并不难。

请注意，如果它代表的块设备托管了您要挂载的文件系统，并且该文件系统的FUSE实现存在，那么您也可以使用FUSE打开磁盘映像。