Руководство по проектированию архитектуры драйвера в режиме ядра

Сведения о интерфейсах программирования, которые драйвер может реализовать или вызвать, см. в Kernel-Mode справочнике по драйверу.

В этом разделе содержатся общие понятия, помогающие понять программирование в режиме ядра и описывать конкретные методы программирования ядра. Общие сведения о драйверах Windows см. в статье "Начало разработки драйверов Windows", в котором представлен обзор компонентов Windows, перечислены типы драйверов устройств, используемых в Windows, обсуждаются цели драйверов устройств Windows и рассматриваются универсальные примеры драйверов устройств, включенных в комплект.

В этом разделе содержатся концептуальные сведения, описывающие и помогающие создавать драйверы в режиме ядра.

• Обзор, содержащий следующее:

  • Обзор компонентов Windows

  • Цели разработки для драйверов Kernel-Mode

  • Каталог примеров драйверов Kernel-Mode

  • Рекомендации по разработке драйверов ядра, скомпилированные командой Microsoft Surface

• Kernel-Mode компоненты описывают основные управляющие программы режима ядра и компоненты операционной системы Windows.

  Компонент	Описание
  Менеджеры
  Диспетчер объектов Windows Kernel-Mode	Управляет объектами: файлами, устройствами, механизмами синхронизации, разделами реестра и т. д.
  Диспетчер памяти Windows Kernel-Mode	Управляет физической памятью для операционной системы.
  Диспетчер процессов и потоков Windows Kernel-Mode	Управляет выполнением всех потоков в процессе.
  Диспетчер ввода-вывода windows Kernel-Mode	Управляет взаимодействием между приложениями и интерфейсами, предоставляемыми драйверами устройств.
  Windows Kernel-Mode Plug and Play Manager	Подсистема диспетчера ввода-вывода диспетчера подключаемых устройств (PnP) позволяет компьютеру распознавать, когда устройство добавляется в систему.
  Windows Kernel-Mode Power Manager	Управляет упорядоченным изменением состояния питания для всех устройств, поддерживающих изменения состояния питания.
  Диспетчер конфигураций Windows Kernel-Mode	Управляет реестром, например мониторинг изменений в реестре или регистрация обратных вызовов для определенных данных реестра.
  Диспетчер транзакций ядра Windows Kernel-Mode	Реализует обработку транзакций в режиме ядра.
  Охранный эталонный монитор Windows Kernel-Mode	Предоставляет подпрограммы для драйвера для работы с управлением доступом.
  Библиотеки
  Библиотека ядра Windows Kernel-Mode	Реализует основные функции, от которых зависит все остальное в операционной системе. Ядро Microsoft Windows предоставляет базовые низкоуровневые операции, такие как планирование потоков и обработка аппаратных прерываний.
  Библиотека поддержки руководителей Windows Kernel-Mode	Относится к компонентам режима ядра, предоставляющим различные службы драйверам устройств, включая управление объектами, управление памятью, управление процессами и потоками, управление входными и выходными данными и управление конфигурацией.
  Библиотека Windows Kernel-Mode Run-Time	Набор общих служебных функций, необходимых различным компонентам режима ядра.
  Библиотека безопасных строк Windows Kernel-Mode	Безопасная строковая библиотека для обеспечения большей безопасности в разработке в режиме ядра.
  Библиотека DMA для Windows Kernel-Mode	Библиотека прямого доступа к памяти (DMA) для разработчиков драйверов устройств.
  Библиотека HAL для Windows Kernel-Mode	Аппаратный уровень абстракции (HAL) для разработки драйверов в режиме ядра.
  Библиотека CLFS для Windows Kernel-Mode	Система ведения журнала транзакций — общая файловая система журналов (CLFS).
  Библиотека Windows WMI Kernel-Mode	Общий механизм управления компонентами, называемый инструментарием управления Windows (WMI).

• Написание драйверов WDM и введение в WDM предоставляют сведения, необходимые для записи драйверов с помощью модели драйверов Windows (WDM).

• Объекты устройств и другие статьи в объектах устройств и стеках устройств описывают, как операционная система представляет устройства объектами устройства.

• Управление памятью для драйверов Windows показывает, как драйверы режима ядра выделяют память для таких целей, как хранение внутренних данных, буферизация данных во время операций ввода-вывода и совместное использование памяти с другими компонентами режима ядра и пользовательского режима.

• Безопасность От контроля доступа и привилегий устройства к языку определения дескриптора безопасности (SDDL) для объектов устройств убедитесь, что драйверы максимально безопасны.

• Обработка irPs описывает, как драйверы в режиме ядра обрабатывают пакеты запросов ввода-вывода (IRPs).

• DMA Прямой доступ к памяти (DMA) является критически важным аспектом разработки драйверов, а статьи в этом узле охватывают DMA от A до Z.

• Объекты контроллера представляют физический контроллер устройства с подключенными устройствами.

• Обработчики прерываний (ISR) обрабатывают прерывания для драйверов физических устройств, которые получают прерывания.

• Message-Signaled прерывания вызываются путем записи значения в конкретный адрес памяти.

• Отложенные вызовы процедур (объекты DPC) могут быть помещены в очередь от ISR и выполняются позже и на более низком IRQL, чем в ISR.

• Plug and Play (PnP) фокусируется на системной поддержке программного обеспечения для PnP и о том, как драйверы используют эти поддержку для реализации PnP.

• Управление питанием описывает архитектуру, которая обеспечивает комплексный подход к управлению питанием системы и устройств.

• Инструментарий управления Windows (WMI) — это расширения для драйвера режима ядра, что позволяет драйверу стать поставщиком WMI. Поставщик WMI делает данные измерения и инструментирования доступными для потребителей WMI, таких как приложения в пользовательском режиме.

• Методы программирования драйверов Для драйверов программирования в режиме ядра Windows требуются методы, которые иногда значительно отличаются от программирования в пользовательском режиме.