转载) VPB的来龙去脉（2）
为了保护对所有VPB成员的访问，I/O Manager用到了一个全局的spinlock：
0: kd> x nt!IopVpbSpinLock
fffff800`01af7640 nt!IopVpbSpinLock = <no type information>
这个全局spinlock并不能为系统驱动所直接引用（没有export出来），所以I/O Manager提供了两个支持函数（主要是为文件系统驱动所用）:
VOID
IoAcquireVpbSpinLock(
OUT PKIRQL Irql
);
VOID
IoReleaseVpbSpinLock(
IN KIRQL Irql
);
所有对VPB成员的访问及修改都要在获取VPB锁的情况下进行，无论是I/O Manager还是文件系统驱动都要遵守。
但由于VPB spinlock是个全局锁，一旦被获取，后续所有的打开或创建文件操作（包括在其它文件系统卷上的）都将被阻止，所以持有此锁的时间不宜过长，必须尽可能快地释放。
关于IoAcquireVpbSpinLock()及IoReleaseVpbSpinLock()的内部实现，从XP以后在64位的系统上，I/O Manager用得是Queued SpinLock机制，有兴趣地话不妨自己动手去探索一下究竟。
VPB的引用及多头管理(Distributed Management):
VPB是靠ReferenceCount来管理其生存周期的，任何对设备卷的访问都会产生对此VPB的计数引用。
最主要的引用操作都在Naming Parsing阶段，即IopParseDevice()函数中。IopParseDevice()函数是I/O Manager向对象管理器（Object Manager）注册的“Device”一类对象的名称解析回调函数（Parse Procedure），这部分会在以后介绍“Name Parsing”时再做详述，在此先行略过。
IopParseDevice()在解析到卷设备的DeviceObject以后，会调用IopCheckVpbMounted()来检查此卷设备是不是已挂载文件系统。IopCheckVpbMounted()会做以下的事情：
- 如果此卷还没有挂载文件系统，则调用IopMountVolume()轮询所有已注册的此类设备的文件系统驱动，尝试去挂载。一旦挂载成功，IopMountVolume()则会调用IopMountInitializeVpb()来设置Vpb内容，并标记VPB_MOUNTED标志。但是VPB_MOUNTED标志的清除却是由文件系统驱动在Dismount时做的，这也是一个典型的多头管理的例证。
- 对已经挂载的卷设备，则直接增加VPB的引用计数并返回Vpb。
此时，如果返回的Vpb存在，则已经被引用过（ReferenceCount加1）。然后IopParseDevice()会创建FileObject对象，构造IRP_MJ_CREATE请求（文件打开或创建），分发给文件系统驱动。文件系统驱动会解析存储设备上目录及文件信息以定位此文件。
如果文件没有找到或创建失败，IopParseDevice()则要调用IopDereferenceVpbAndFree()以减小引用计数。对于一个则创建的"Clean”状态的Vpb，即便是它的ReferenceCount已归零，此Vpb并不会被IopDereferenceVpbAndFree()释放掉。原因是IopDereferenceVpbAndFree()只会释放非"Clean”状态（即Vcb->RealDevice->Vpb != Vpb）并且ReferenceCount为0的Vpb。正常情况下，从未被挂载过的卷设备的Vpb总是"Clean”的。（如果真得被释放掉，会有什么样的麻烦？）
一旦文件被成功打开或新创建，文件系统驱动会设置FileObject->Vpb项。注意，此操作是由文件系统驱动来做的，而不是I/O Manager，这又是另外一个多头管理的例证。当此文件被关闭时，它的文件对象/FileObject对Vpb的引用就会被清除（ReferenceCount减1）。关闭文件时，Object Manager会调用I/O Manager向其注册的"File” 对象的删除回调函数（Delete Procedure）IopDeleteFile()，然后IopDeleteFile()函数会减小Vpb的引用计数，并向文件系统驱动分发IRP_MJ_CLOSE请求以通知此FileObject的关闭操作。
VPB的释放:
正常情况下，VPB会随着DeviceObject的删除而被释放，具体操作在IopDeleteDevice()中执行。IopDeleteDevice()是I/O Manager所定义的"Device” 对象的删除回调函数（Delete Procedure），在设备移除时Object Manager会调用此函数来释放DeviceObject。
当然除正常情况下的寿终正寝外，总会有非正常死亡的情况存在。只是不同的文件系统驱动对VPB的处理不尽相同，如NTFS不支持Re-mount，可FastFat和CDFS却支持。在这里只以FastFat为例来展开介绍，毕竟WDK中有完整的FastFat的源码，研究起来也容易。
先介绍一下SwapVpb，它是FastFat VCB的一个成员：
0: kd> dt fastfat!_VCB
+0×000 VolumeFileHeader : _FSRTL_ADVANCED_FCB_HEADER
+0×058 VcbLinks : _LIST_ENTRY
+0×068 TargetDeviceObject : Ptr64 _DEVICE_OBJECT
+0×070 Vpb : Ptr64 _VPB
+0×078 VcbState : Uint4B
+0x07c VcbCondition : _VCB_CONDITION
……
+0×408 ChangeCount : Uint4B
+0×410 SwapVpb : Ptr64 _VPB
……
+0×478 CloseContextCount : Uint4B
SwapVpb是在初始化Vcb时就创建一个备用的Vpb。之所以先准备好这个备用Vpb，是因为在真正需要新的Vpb记录时，有可能无法再从系统内存池中分配任何内存块，可以避免走到进退维谷的地步。
此过程会涉及Mount及Dismount操作，在后续的文章中我会对这两个过程加以详述，鉴于二者对理解VPB的释放过程并无太大妨碍，本文中将不作介绍。
非正常死亡的情况大体上分为两种：
Case 1: Force-dismount
Force-dismount一般发生于两种情形之下：
a) 用户执行FSCTL_DISMOUNT_VOLUME操作，即便FSCTL_LOCK_VOLUME操作失败
b) 用户强行将可插拔设备拔出（对于Changable/Removable Media设备，如CDROM/Floppy，将CD盘片及软盘退出并不属于此类）
这两种情形下，FastFat会调用FatCheckForDismount()并以Force=TRUE的方式强制解除卷设备对象Vpb->RealDevice和文件系统逻辑卷设备Vpb->DeviceObject之间的关联，具体操作可以参阅FatSwapVpb()代码。大体流程如下：
/* Initialize Vcb->SwapVpb to a “Clean” state */
Vcb->SwapVpb->Type = IO_TYPE_VPB;
Vcb->SwapVpb->Size = sizeof( VPB );
Vcb->SwapVpb->RealDevice = OldVpb->RealDevice;
Vcb->SwapVpb->RealDevice->Vpb = Vcb->SwapVpb;
Vcb->SwapVpb->Flags = FlagOn( OldVpb->Flags, VPB_REMOVE_PENDING );
Vcb->SwapVpb = NULL;
……
/* Update Vcb’s state to VcbBad */
FatSetVcbCondition( Vcb, VcbBad);
/* Let FastFat release Vcb->Vpb when destroying Vcb */
SetFlag( Vcb->VcbState, VCB_STATE_FLAG_VPB_MUST_BE_FREED );
代码第一部分将Vcb->SwapVbp初始化成”Clean”状态，然后替换掉原来的Vpb，替换后RealDevice->Vbp指向了Vcb->SwapVpb，即RealDevice所表示的卷设备对象不再被任何文件系统所接管。但实际上，仍然会有文件正在被系统或应用程序打开，它们的FileObject->Vpb仍然指向老的Vpb，但所有的I/O操作将被文件系统拒绝，只有文件关闭请求仍会被处理，直到最好一个文件被关闭，FastFat的逻辑卷设备及Vcb才会被删除。
你可能会考虑到，在最后一个文件的FileObject被删除时，IopDeleteFile()会调用函数IoDereferenceVpbAndFree()减小Vpb的引用计数，此时的Vpb还是老的Vpb，那么老的Vpb会不会被释放呢？
答案是不会，因为老Vpb的ReferenceCount还没有归零，原因就在于文件系统并没有清除在卷挂载时由IopMountInitializeVpb()所增加的引用计数。FastFat的做法是在Vcb设置标志位：VCB_STATE_FLAG_VPB_MUST_BE_FREED，也就是说将此Vpb看作是Vcb的私有资源了。在Vcb被删除时，FatDeleteVcb()如果检测到此标志位将一并释放Vcb->Vpb。至于为什么要这么做，还有待进一步的研究。但是，如果将Vpb的释放交与I/O Manager（即IopDereferenceVpbAndFree()）应该也是可行的。
下面来做个实验：
第一步：将插着FAT32格式SD卡的USB读卡器插入电脑，Windows会自动挂载并分配盘符，此时我们来观察一下其Vcb及Vpb的内容：
1: kd> ?? fastfat!FatData
struct _FAT_DATA
+0×000 NodeTypeCode : 0×500
+0×002 NodeByteSize : 304
+0×008 LazyWriteThread : 0xfffffa80`037151a0
+0×010 VcbQueue : _LIST_ENTRY [ 0xfffffa80`0384fa18 - 0xfffffa80`0384fa18 ]
……
1: kd> !list "-t nt!_LIST_ENTRY.Flink -e -x \"dd @$extret l4; dt fastfat!_VCB @$extret-0×58\" 0xfffffa80`0384fa18"
dd @$extret l4; dt fastfat!_VCB @$extret-0×58
fffffa80`0384fa18 070e34d0 fffff880 070e34d0 fffff880
+0×000 VolumeFileHeader : _FSRTL_ADVANCED_FCB_HEADER
+0×058 VcbLinks : _LIST_ENTRY [ 0xfffff880`070e34d0 - 0xfffff880`070e34d0 ]
+0×068 TargetDeviceObject : 0xfffffa80`053c7040 _DEVICE_OBJECT
+0×070 Vpb : 0xfffffa80`05b54a00 _VPB
+0×078 VcbState : 0×101002
+0x07c VcbCondition : 1 ( VcbGood )
……
+0×410 SwapVpb : 0xfffffa80`056f19e0 _VPB
+0×418 AsyncCloseList : _LIST_ENTRY [ 0xfffffa80`0384fdd8 - 0xfffffa80`0384fdd8 ]
+0×428 DelayedCloseList : _LIST_ENTRY [ 0xfffff8a0`170d3880 - 0xfffff8a0`170d3880 ]
+0×438 AdvancedFcbHeaderMutex : _FAST_MUTEX
+0×470 CloseContext : 0xfffff8a0`0af0eef0 CLOSE_CONTEXT
+0×478 CloseContextCount : 2
1: kd> dt _VPB 0xfffffa80`05b54a00
nt!_VPB
+0×000 Type : 10
+0×002 Size : 96
+0×004 Flags : 1
+0×006 VolumeLabelLength : 0×10
+0×008 DeviceObject : 0xfffffa80`0384f820 _DEVICE_OBJECT
+0×010 RealDevice : 0xfffffa80`05bab060 _DEVICE_OBJECT
+0×018 SerialNumber : 0x51e712c6
+0x01c ReferenceCount : 9
+0×020 VolumeLabel : [32] "CANON_DC"
1: kd> dt _VPB 0xfffffa80`056f19e0
nt!_VPB
+0×000 Type : 0
+0×002 Size : 0
+0×004 Flags : 0
+0×006 VolumeLabelLength : 0
+0×008 DeviceObject : (null)
+0×010 RealDevice : (null)
+0×018 SerialNumber : 0
+0x01c ReferenceCount : 0
+0×020 VolumeLabel : [32] ""
1: kd> !devobj 0xfffffa80`05bab060
Device object (fffffa8005bab060) is for:
HarddiskVolume18 \Driver\volmgr DriverObject fffffa8004086e70
Current Irp 00000000 RefCount 9 Type 00000007 Flags 00003050
Vpb fffffa8005b54a00 Dacl fffff9a1171d06c0 DevExt fffffa8005bab1b0 DevObjExt fffffa8005bab318 Dope fffffa8004fa7fa0 DevNode fffffa80055d9d90
ExtensionFlags (0000000000)
AttachedDevice (Upper) fffffa8005b4a040 \Driver\fvevol
Device queue is not busy.
1: kd> dt _DEVICE_OBJECT 0xfffffa80`05bab060
nt!_DEVICE_OBJECT
+0×000 Type : 3
+0×002 Size : 0x2b8
+0×004 ReferenceCount : 9
+0×008 DriverObject : 0xfffffa80`04086e70 _DRIVER_OBJECT
+0×010 NextDevice : 0xfffffa80`045ed440 _DEVICE_OBJECT
+0×018 AttachedDevice : 0xfffffa80`05b4a040 _DEVICE_OBJECT
+0×020 CurrentIrp : (null)
+0×028 Timer : (null)
+0×030 Flags : 0×3050
+0×034 Characteristics : 1
+0×038 Vpb : 0xfffffa80`05b54a00 _VPB
+0×040 DeviceExtension : 0xfffffa80`05bab1b0
+0×048 DeviceType : 7
+0x04c StackSize : 9 ”
+0×050 Queue : <unnamed-tag>
+0×098 AlignmentRequirement : 0
+0x0a0 DeviceQueue : _KDEVICE_QUEUE
+0x0c8 Dpc : _KDPC
+0×108 ActiveThreadCount : 0
+0×110 SecurityDescriptor : 0xfffff8a0`170b0620
+0×118 DeviceLock : _KEVENT
+0×130 SectorSize : 0×200
+0×132 Spare1 : 1
+0×138 DeviceObjectExtension : 0xfffffa80`05bab318 _DEVOBJ_EXTENSION
+0×140 Reserved : (null)
可以看出Vcb（0xfffffa80`0384f9c0）的SwapVpb（0xfffffa80`056f19e）为空。其Vpb（0xfffffa80`05b54a00）与Vpb->RealDevice（0xfffffa80`05bab060）所指是一致的。
第二步：将USB读卡器拔出，然后再观察一下Vcb及Vpb的状态：
先看来看Vcb的内容：
0: kd> !list "-t nt!_LIST_ENTRY.Flink -e -x \"dd @$extret l4; dt fastfat!_VCB @$extret-0×58\" 0xfffffa80`0384fa18"
dd @$extret l4; dt fastfat!_VCB @$extret-0×58
fffffa80`0384fa18 070e34d0 fffff880 070e34d0 fffff880
+0×000 VolumeFileHeader : _FSRTL_ADVANCED_FCB_HEADER
+0×058 VcbLinks : _LIST_ENTRY [ 0xfffff880`070e34d0 - 0xfffff880`070e34d0 ]
+0×068 TargetDeviceObject : 0xfffffa80`053c7040 _DEVICE_OBJECT
+0×070 Vpb : 0xfffffa80`05b54a00 _VPB
+0×078 VcbState : 0×141102
+0x07c VcbCondition : 3 ( VcbBad )
……
+0×410 SwapVpb : (null)
……
可以看出，此时SwapVcb项已为空值，Vcb的状态已从VcbGood变成为了VcbBad，并且Vcb->VcbState已被设置上标志位VCB_STATE_FLAG_VPB_MUST_BE_FREED (0×00040000)。
接着再来看Vpb（0xfffffa80`05b54a00）的内容：
0: kd> dt _VPB 0xfffffa80`05b54a00
nt!_VPB
+0×000 Type : 10
+0×002 Size : 96
+0×004 Flags : 9
+0×006 VolumeLabelLength : 0×10
+0×008 DeviceObject : 0xfffffa80`0384f820 _DEVICE_OBJECT
+0×010 RealDevice : 0xfffffa80`05bab060 _DEVICE_OBJECT
+0×018 SerialNumber : 0x51e712c6
+0x01c ReferenceCount : 6
+0×020 VolumeLabel : [32] "CANON_DC"
Vpb->RealDevice指向0xfffffa80`05bab060，并没有变化。下面再来看RealDevice（0xfffffa80`05bab060）的内容：
0: kd> !devobj 0xfffffa80`05bab060
Device object (fffffa8005bab060) is for:
HarddiskVolume18 \Driver\volmgr DriverObject fffffa8004086e70
Current Irp 00000000 RefCount 6 Type 00000007 Flags 00003050
Vpb fffffa80056f19e0 Dacl fffff9a1171d06c0 DevExt fffffa8005bab1b0 DevObjExt fffffa8005bab318 Dope fffffa8004fa7fa0 DevNode fffffa80055d9d90
ExtensionFlags (0×00000004) DOE_REMOVE_PENDING
AttachedDevice (Upper) fffffa8005b4a040 \Driver\fvevol
Device queue is not busy.
0: kd> dt _DEVICE_OBJECT 0xfffffa80`05bab060
nt!_DEVICE_OBJECT
+0×000 Type : 3
+0×002 Size : 0x2b8
+0×004 ReferenceCount : 6
+0×008 DriverObject : 0xfffffa80`04086e70 _DRIVER_OBJECT
+0×010 NextDevice : 0xfffffa80`045ed440 _DEVICE_OBJECT
+0×018 AttachedDevice : 0xfffffa80`05b4a040 _DEVICE_OBJECT
+0×020 CurrentIrp : (null)
+0×028 Timer : (null)
+0×030 Flags : 0×3050
+0×034 Characteristics : 1
+0×038 Vpb : 0xfffffa80`056f19e0 _VPB
+0×040 DeviceExtension : 0xfffffa80`05bab1b0
+0×048 DeviceType : 7
+0x04c StackSize : 9 ”
+0×050 Queue : <unnamed-tag>
+0×098 AlignmentRequirement : 0
+0x0a0 DeviceQueue : _KDEVICE_QUEUE
+0x0c8 Dpc : _KDPC
+0×108 ActiveThreadCount : 0
+0×110 SecurityDescriptor : 0xfffff8a0`170b0620
+0×118 DeviceLock : _KEVENT
+0×130 SectorSize : 0×200
+0×132 Spare1 : 1
+0×138 DeviceObjectExtension : 0xfffffa80`05bab318 _DEVOBJ_EXTENSION
+0×140 Reserved : (null)
RealDevice（0xfffffa80`05bab060）的Vpb指向不再是0xfffffa80`05b54a00，而是0xfffffa80`056f19e0，0xfffffa80`056f19e0正是之前的Vcb->SwapVpb。下面现再显示一下Vpb（0xfffffa80`056f19e0）的内容，应该为”Clean”状态：
0: kd> dt _VPB 0xfffffa80`056f19e0
nt!_VPB
+0×000 Type : 10
+0×002 Size : 96
+0×004 Flags : 8
+0×006 VolumeLabelLength : 0
+0×008 DeviceObject : (null)
+0×010 RealDevice : 0xfffffa80`05bab060 _DEVICE_OBJECT
+0×018 SerialNumber : 0
+0x01c ReferenceCount : 0
+0×020 VolumeLabel : [32] ""
Vpb->ReferenceCount为0，Vpb->Flags的值为0×08，即VPB_REMOVE_PENDING标志。此标志由Pnp Manager设置，表示此设备已从系统中移除。
Case 2: Remount
Remount的前提是，用户已经将曾挂载好的Removable Media如光盘片、软盘或SD卡拔出了，并且文件系统经过了校验/Verify操作后已将此卷设定成VcbNotMounted状态。
当用户再次插入此Removable Media时，I/O Manager（IopCheckVpbMounted / IopMountVolume）会调用FatMountVolume()去尝试挂载此卷。FatMountVolume()会创建新的逻辑卷设备对象及Vcb结构，然后再于Vcb队列中（FatData.VcbQueue）中查找有无指向同一个设备同一个媒质的逻辑卷设备对象，如果Vcb队列中已存在，则进行Remount。Remount的实质就是重新启用先前生成的逻辑卷设备对象，并将当前新创建的逻辑卷设备删除。
这里只有一点值得强调：
IopMountVolume()通过Irp传递过来的Vpb （iosb->Parameters.MountVolume.Vpb）将会随着新创建的逻辑卷设备对象的删除而被释放掉，先前的挂载时的老Vpb将会重新启用。FastFat会更新老的Vpb至iosb->Parameters.MountVolume.Vpb，因为文件系统上层有可能有过滤/Filter驱动程序访问此iosb->Parameters.MountVolume.Vpb项，如果不更新就会导致内存访问错误发生。
VPB的问题综述：
VPB是缺乏对象化的一个结构体，结构虽不复杂，但其操作却相当琐碎且分散于I/O Manager及文件系统驱动的方方面面，与卷的Mount和Dismount过程息息相关。读者不妨考虑一个问题，能不能将VPB的操作都限制于I/O Manager之中，并做到对文件系统驱动完全透明吗？
浙公网安备 33010602011771号