Windows内核模式驱动程序的调度、线程上下文与同步

"Scheduling, Thread Context and Synchronization - Windows Hardware and Driver Central (2004)" 本文档详细阐述了线程调度、线程上下文以及处理器的中断请求级别（IRQL）如何影响微软Windows操作系统家族中的内核模式驱动程序的运行。它的目的是让驱动开发者更深入地理解其代码运行的环境。另外，还有一篇配套文档“Locks, Deadlocks, and Synchronization”，可在http://www.microsoft.com/whdc/hwdev/driver/LOCKS.mspx找到，该文档在这些基础概念之上探讨了驱动程序中的同步问题。 **主要内容** 1. **线程调度（Thread Scheduling）** 线程调度是操作系统的核心功能之一，它决定了哪个线程应该在何时获得CPU的执行权。在Windows中，内核模式驱动程序的线程也需要遵循调度规则。调度策略会影响驱动程序的响应时间和整体系统性能。了解这些策略有助于编写出高效且响应迅速的驱动程序。 2. **线程上下文（Thread Context）和驱动程序例程（Driver Routines）** 线程上下文包含了线程运行时的状态信息，如寄存器值、内存映射等。当一个线程被调度运行时，处理器会切换到该线程的上下文。对于驱动程序来说，理解线程上下文的切换过程至关重要，因为这直接影响到驱动程序如何正确处理中断和其他系统事件。 3. **驱动程序线程（Driver Threads）** 驱动程序可以创建自己的线程来执行特定任务，如长时间运行的操作或后台服务。这些线程与用户界面线程分开，可以独立于用户的交互进行工作，避免阻塞用户界面。 4. **中断请求级别（Interrupt Request Levels, IRQLs）** IRQL是衡量处理器当前处理中断能力的级别。不同的IRQL对应不同的中断处理状态，驱动程序必须在适当的IRQL下运行，以确保系统的稳定性和正确性。 - **IRQL PASSIVE_LEVEL**：这是最低的IRQL，通常在执行用户模式代码或非中断处理的内核模式代码时使用。 - **IRQL PASSIVE_LEVEL 在临界区**：在临界区中，即使在PASSIVE_LEVEL，也不能发生抢占，以防止数据竞争。 - **IRQL APC_LEVEL**：用于异步过程调用（APC）的处理。 - **IRQL DISPATCH_LEVEL**：这是处理硬件中断的常见IRQL。 - **IRQL DIRQL**：直接中断请求级别，用于处理硬件中断的最底层。 - **IRQL HIGH_LEVEL**：在某些特定的硬件平台上，可能存在更高的IRQL。 5. **在IRQL DISPATCH_LEVEL或更高级别运行的指导原则** 在较高的IRQL下运行代码有严格的限制，因为这可能导致无法执行某些操作，如分配内存或调用可被抢占的函数。驱动开发者需要谨慎处理这些情况，以避免死锁和系统不稳定。 6. **改变驱动程序代码运行的IRQL** 驱动程序可以使用特定的API来提高或降低IRQL，但必须遵循“上升后下降”的原则，并且在适当的时候恢复到原来的IRQL，以保持系统的同步。 7. **标准驱动程序例程，IRQL和线程上下文** 不同的驱动程序例程（如IRP处理函数）在执行时可能处于不同的IRQL和线程上下文中。理解这些差异是编写安全驱动程序的关键。 本文档提供了关于Windows内核模式驱动开发的重要信息，涵盖了从基本的线程调度到复杂的中断处理和同步策略。对于任何希望深入理解驱动程序开发的人来说，这些都是不可或缺的知识点。