驱动开发（9）处理缓冲I/O设备的读写请求

最新推荐文章于 2025-06-11 01:01:27 发布

zuishikonghuan

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分类专栏：驱动开发文章标签： Windows驱动开发驱动开发

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在上面的几篇博文中，介绍了 IRP 与派遣函数，通过例子“磁盘设备的绝对读写”演示了在应用程序中向一个设备发出I/O请求，并实现了驱动程序中处理一个I/O请求——由 DeviceIoControl 这个 Win32API 经过一系列调用，在内核中生成的 IRP_MJ_DEVICE_CONTROL 这个IRP。

首先我们需要来看看什么叫“缓冲I/O设备”

还记得我们在之前的“NT驱动的基本结构”一篇博文中，我们调用内核函数创建设备后，对 DEVICE_OBJECT 进行了一些操作，比如：取得设备扩展地址，不知道大家注意到这行代码了没有：

pDevObj->Flags |= DO_BUFFERED_IO;

我们修改了 DEVICE_OBJECT 结构中的 Flags 成员，使用按位或的方式增加了一个 DO_BUFFERED_IO 标志，将设备修改成了缓冲I/O设备。

提示：其实缓冲I/O设备设个名词不一定准确，或许叫“使用缓冲I/O工作的设备”更好一点。

让我们先来看看什么是”缓冲I/O设备”，并以此为线索了解一些原理。

当我们调用 ReadFile(Ex) 和 WriteFile(Ex) 读写文件，管道或者设备时，我们需要提供一个缓冲区的指针，如果是同步读（注意是同步），那么 ReadFile 返回后，我们要读的数据就在缓冲区里了，如果是同步写（同样，注意是同步），则 WriteFile 结束后，我们要写的数据就写完了，当然都是没有出错的情况下。

这一切看起来似乎并没有什么特殊的，我们早已经对这两个函数熟悉到不能再熟悉，但是你有没有发现有些不对劲，但是又不知道在哪里呢？

我们来回忆一下API调用过程，我们调用的 ReadFile 和 WriteFile ，是 Win32 子系统提供的编程接口，也就是 Win32API ，Win32API 会对实参进一步包装，可能调用其他子系统API，但最终都会调用从 ntdll 导出的 NT Native API ，nativeAPI 调用 KiFastSystemCall ，随后进入内核，进入内核在老硬件平台和老版本 winNT 上是通过软中断 int 2e，现在一般是有专门的指令，为了减少从 R3 切换到 R0 带来的性能损失，进入内核后，调用内核模式下的函数，比如 ZwReadFile ，这个函数会查 SSDT，找到 NtReadFile 并调用之，之后，会调用内核中 I/O管理器的接口，I/O管理器构造生成 IRP ，并发送到相应设备所在驱动程序的派遣函数中。

你可能会奇怪，对啊，没有什么啊，我们不就是要写派遣函数从而处理这些IRP么？那么问题来了，Windows 是一个多任务抢占式调度的操作系统（上世纪的 Windows1.0 等不是抢占式的，是多任务协作式调度的），虽然在某一个具体的时刻，一个 CPU（或一个 CPU 核心）不可能是多任务的，但从宏观上说，操作系统中有大量的线程是并发执行的！于是，“进程上下文”和“线程上下文”在频繁地被切换，上下文中记录了 CPU 的执行现场，寄存器，堆栈地址等，用于上下文切换后恢复现场使得程序得以继续执行，进程上下文的切换就意味着用户模式虚拟内存（线性地址空间）的切换，博主现在发现，在驱动开发（1）基础知识一篇博文中对虚拟内存一笔带过真是个错误，所以在这里简单说一下：

虚拟内存也叫线性地址空间，在 Intel 80x86 架构的 CPU 上工作的 32bit Windows 操作系统，虚拟内存的大小恒为4GB，虚拟内存是Windows操作系统的最基本机制之一，原理是将线性地址映射到物理内存，他不能被关闭，也不能修改大小，如果你问为什么是4GB，原因很简单，32位的指针的寻址能力只有32位，因此指针最多表示4GB的地址空间。虚拟内存一般是低2GB是用户模式下的，而高2GB由内核使用，虚拟内存分为非页内存和分页内存，非页内存不能交换到磁盘上，而分页内存可以暂时转储到磁盘上，一旦一个虚拟内存页面被转储到文件，那么此页面就被打上一个“脏的”标志，一旦程序访问这样的内存页面，就会触发一个“缺页中断”，从而引发异常处理程序，异常处理程序会将页面从磁盘移到物理内存中，并映射到程序试图访问的虚拟内存地址上。虚拟内存解决了这么几个问题：1。使不同进程的内存空间是私有的，为多任务提供了基础；2。内存页面可以设置访问规则，比如不可执行标记，就是传说中的 DEP ，为了防止hacker通过溢出攻击入侵，但是早已被破解，原理是溢出调用 VirtualProtect 修改