14、Windows驱动开发技术详解笔记(10) 基本概念

一、基本框架

二、基本概念

1、操作系统的主要任务是调度线程，还有一些必要的工作，如:内存管理，进程管理，安全管理和I/O管理，这些部分叫做执行部件。

2、Ring是CPU的概念，而用户/内核模式是操作系统的概念。编写驱动主要为了操作硬件，如访问物理内存，设备端口等。驱动程序相当于内核的补丁，不同硬件设备会有不同的补丁。Windwos中，用户态与内核态切换通过软中断来进行。

3、操作系统分层

Windows可运行在单CPU上和对称多CPU上。“对称多CPU”指每个CPU平分负载；"主从多CPU"指主CPU负责调度从CPU。

Windows的设计思路是将内枋尽量可能小，采用“客户端-服务器”结构，操作系统各个组件或者模块是通过消息进行通信的。

图 windows构架图P38

子系统如Win 32,OS/2等。

在内核模式下，执行体组件提供了大量的内核函数供驱动程序调用。内核主要负责进程、线程的调度。驱动程序通过硬件抽象层与硬件进行操作。

4、WIN32子系统

这个子系统提供的应用程序接口有以下几个方面:

·图形用户接口:　提供给用户可视的窗口，对话框，控件，字体等接口。

·控制台I/O:　包括键盘，鼠标，显示器，以及其它子系统。

·执行WIN32应用程序接口:　提供应用程序或者其它子系统与执行部件的接口。

因为WIN32子系统在操作系统中的特殊地位和它所提供的高性能，所以它的实现方式与其它的子系统完全不同。它被分成了好几个部分，其中一些工作在用户模式，一些工作在内核模式。通常，WIN32应用程序接口被分成3部分:

USER函数: 管理窗口，菜单，控件，对话框等。

GUI函数: 在物理设备(如:显示器，打印机)上绘图。

KENEL函数:管理非GUI资源，例如:　进程，线程，文件，同步服务，KENEL函数接近于执行部件的服务。

WIN NT4.0以后，USER函数和GUI函数被移到内核模式，因此，用户模式的请求用系统服务接口直接送到内核模式。USER函数和GUI函数被安置在 WIN32K.SYS中，相反的，KENEL函数依赖于一个标准的服务程序CSRSS.exe去反应用户程序请求。

图 Win32子系统在内核中的实现实现 P40

5、Native API 是在Ntdll.dll中实现的。

软中断将Native API中的参数和系统服务号的参数一同传进内核模式，不同Native API对应不同的系统服务号。在系统服务组件中，有一个系统服务描述表，根据这个系统服务号为索引，从表中查找出对应系统服务函数的函数地址。

进程管理器负责创建和终止进程，线程的调度是由内核完成的。

I/O管理器起到用户模式代码和内核模式代码间接口。

6、内核为执行组件提供最基本的支持，它负责提供进程和线程的调度，通过自旋锁(spin lock)，提供对多CPU同步支持，提供中断处理等。内核在调度线程时不能被其它线程打断，即不允许线程切换，但是内核可以被更高的中断请求级别（IRQL）打断。

在驱动程序中，尽量避免针对平台的汇编指令，而应用与平台无关的HAL函数或宏。

7、单一内核：主要核心组件全部在内核实现。微内核：主要组件运行在独立的进程中，它们有自己私有的地址空间，在这之上是内核提供的一组服务原语。

8、Windows常用设备：文件，目录，逻辑磁盘，物理磁盘，串口设备，并口设备。

图 应用程序到驱动程序 P47