macOS IOKit

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基本信息

I/O Kit是XNU内核中的一个开源、面向对象的设备驱动程序框架，处理动态加载的设备驱动程序。它允许将模块化代码动态添加到内核中，支持各种硬件。

IOKit驱动程序基本上会从内核中导出函数。这些函数参数的类型是预定义的并且经过验证。此外，类似于XPC，IOKit只是另一个位于Mach消息之上的层。

IOKit XNU内核代码由苹果在https://github.com/apple-oss-distributions/xnu/tree/main/iokit中开源。此外，用户空间的IOKit组件也是开源的https://github.com/opensource-apple/IOKitUser。

然而，没有IOKit驱动程序是开源的。无论如何，偶尔会发布带有符号的驱动程序版本，这样更容易调试。查看如何从固件中获取驱动程序扩展。

它是用**C++**编写的。您可以使用以下命令获取解码后的C++符号：

# Get demangled symbols
nm -C com.apple.driver.AppleJPEGDriver

# Demangled symbols from stdin
c++filt
__ZN16IOUserClient202222dispatchExternalMethodEjP31IOExternalMethodArgumentsOpaquePK28IOExternalMethodDispatch2022mP8OSObjectPv
IOUserClient2022::dispatchExternalMethod(unsigned int, IOExternalMethodArgumentsOpaque*, IOExternalMethodDispatch2022 const*, unsigned long, OSObject*, void*)

IOKit 暴露的函数 在客户端尝试调用函数时可以执行额外的安全检查，但请注意应用程序通常受到沙箱的限制，只能与IOKit函数进行交互。

驱动程序

在 macOS 中，它们位于：

  • /System/Library/Extensions

  • 内置于 OS X 操作系统中的 KEXT 文件。

  • /Library/Extensions

  • 第三方软件安装的 KEXT 文件

在 iOS 中，它们位于：

  • /System/Library/Extensions

#Use kextstat to print the loaded drivers
kextstat
Executing: /usr/bin/kmutil showloaded
No variant specified, falling back to release
Index Refs Address            Size       Wired      Name (Version) UUID <Linked Against>
1  142 0                  0          0          com.apple.kpi.bsd (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
2   11 0                  0          0          com.apple.kpi.dsep (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
3  170 0                  0          0          com.apple.kpi.iokit (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
4    0 0                  0          0          com.apple.kpi.kasan (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
5  175 0                  0          0          com.apple.kpi.libkern (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
6  154 0                  0          0          com.apple.kpi.mach (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
7   88 0                  0          0          com.apple.kpi.private (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
8  106 0                  0          0          com.apple.kpi.unsupported (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
9    2 0xffffff8003317000 0xe000     0xe000     com.apple.kec.Libm (1) 6C1342CC-1D74-3D0F-BC43-97D5AD38200A <5>
10   12 0xffffff8003544000 0x92000    0x92000    com.apple.kec.corecrypto (11.1) F5F1255F-6552-3CF4-A9DB-D60EFDEB4A9A <8 7 6 5 3 1>

直到数字9，列出的驱动程序在地址0处加载。这意味着这些不是真正的驱动程序，而是内核的一部分，无法卸载。

要查找特定扩展，您可以使用：

kextfind -bundle-id com.apple.iokit.IOReportFamily #Search by full bundle-id
kextfind -bundle-id -substring IOR #Search by substring in bundle-id

加载和卸载内核扩展的操作如下：

kextload com.apple.iokit.IOReportFamily
kextunload com.apple.iokit.IOReportFamily

IORegistry

IORegistry 是 macOS 和 iOS 中 IOKit 框架的关键部分，用作表示系统硬件配置和状态的数据库。它是一个分层对象集合，代表系统上加载的所有硬件和驱动程序，以及它们之间的关系。

您可以使用命令行工具 ioreg 获取 IORegistry，以便从控制台检查它（对 iOS 特别有用）。

ioreg -l #List all
ioreg -w 0 #Not cut lines
ioreg -p <plane> #Check other plane

您可以从Xcode附加工具下载**IORegistryExplorer，并通过图形界面检查macOS IORegistry**。

在IORegistryExplorer中，“平面”用于组织和显示IORegistry中不同对象之间的关系。每个平面代表一种特定类型的关系或系统硬件和驱动程序配置的特定视图。以下是您可能在IORegistryExplorer中遇到的一些常见平面：

  1. IOService平面：这是最常见的平面，显示代表驱动程序和nub（驱动程序之间的通信通道）的服务对象。它显示这些对象之间的提供者-客户端关系。

  2. IODeviceTree平面：此平面表示设备之间的物理连接，因为它们连接到系统。通常用于可视化通过总线（如USB或PCI）连接的设备的层次结构。

  3. IOPower平面：按照电源管理显示对象及其关系。它可以显示哪些对象影响其他对象的电源状态，有助于调试与电源相关的问题。

  4. IOUSB平面：专门关注USB设备及其关系，显示USB集线器和连接设备的层次结构。

  5. IOAudio平面：此平面用于表示系统中音频设备及其关系。

  6. ...

驱动程序通信代码示例

以下代码连接到IOKit服务"YourServiceNameHere"，并调用选择器0内的函数。为此：

  • 首先调用**IOServiceMatching和IOServiceGetMatchingServices**以获取服务。

  • 然后通过调用**IOServiceOpen**建立连接。

  • 最后使用**IOConnectCallScalarMethod**调用一个函数，指示选择器0（选择器是您要调用的函数分配的编号）。

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <IOKit/IOKitLib.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// Get a reference to the service using its name
CFMutableDictionaryRef matchingDict = IOServiceMatching("YourServiceNameHere");
if (matchingDict == NULL) {
NSLog(@"Failed to create matching dictionary");
return -1;
}

// Obtain an iterator over all matching services
io_iterator_t iter;
kern_return_t kr = IOServiceGetMatchingServices(kIOMasterPortDefault, matchingDict, &iter);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
NSLog(@"Failed to get matching services");
return -1;
}

// Get a reference to the first service (assuming it exists)
io_service_t service = IOIteratorNext(iter);
if (!service) {
NSLog(@"No matching service found");
IOObjectRelease(iter);
return -1;
}

// Open a connection to the service
io_connect_t connect;
kr = IOServiceOpen(service, mach_task_self(), 0, &connect);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
NSLog(@"Failed to open service");
IOObjectRelease(service);
IOObjectRelease(iter);
return -1;
}

// Call a method on the service
// Assume the method has a selector of 0, and takes no arguments
kr = IOConnectCallScalarMethod(connect, 0, NULL, 0, NULL, NULL);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
NSLog(@"Failed to call method");
}

// Cleanup
IOServiceClose(connect);
IOObjectRelease(service);
IOObjectRelease(iter);
}
return 0;
}

有其他函数可用于调用IOKit函数，除了**IOConnectCallScalarMethod，还有IOConnectCallMethod，IOConnectCallStructMethod**...

反向驱动程序入口点

例如，您可以从固件映像（ipsw）中获取这些内容。然后，将其加载到您喜欢的反编译器中。

您可以开始反编译**externalMethod**函数，因为这是将接收调用并调用正确函数的驱动程序函数：

那个可怕的调用解析意味着：

IOUserClient2022::dispatchExternalMethod(unsigned int, IOExternalMethodArgumentsOpaque*, IOExternalMethodDispatch2022 const*, unsigned long, OSObject*, void*)

请注意，在上一个定义中缺少了 self 参数，正确的定义应该是：

IOUserClient2022::dispatchExternalMethod(self, unsigned int, IOExternalMethodArgumentsOpaque*, IOExternalMethodDispatch2022 const*, unsigned long, OSObject*, void*)

实际上，您可以在https://github.com/apple-oss-distributions/xnu/blob/1031c584a5e37aff177559b9f69dbd3c8c3fd30a/iokit/Kernel/IOUserClient.cpp#L6388找到真正的定义：

IOUserClient2022::dispatchExternalMethod(uint32_t selector, IOExternalMethodArgumentsOpaque *arguments,
const IOExternalMethodDispatch2022 dispatchArray[], size_t dispatchArrayCount,
OSObject * target, void * reference)

使用这些信息，您可以重写Ctrl+Right -> Edit function signature并设置已知类型：

新的反编译代码如下所示：

下一步，我们需要定义**IOExternalMethodDispatch2022**结构。它在https://github.com/apple-oss-distributions/xnu/blob/1031c584a5e37aff177559b9f69dbd3c8c3fd30a/iokit/IOKit/IOUserClient.h#L168-L176中是开源的，您可以定义它：

现在，根据(IOExternalMethodDispatch2022 *)&sIOExternalMethodArray，您可以看到大量数据：

将数据类型更改为**IOExternalMethodDispatch2022:**

更改后：

现在我们知道其中有一个包含7个元素的数组（检查最终的反编译代码），单击以创建一个包含7个元素的数组：

创建数组后，您可以查看所有导出的函数：

如果您记得，要从用户空间调用一个导出的函数，我们不需要调用函数的名称，而是需要调用选择器编号。在这里，您可以看到选择器0是函数**initializeDecoder，选择器1是startDecoder，选择器2是initializeEncoder**...

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