Windows内核驱动同步机制：锁、死锁与同步

"Locks, Deadlocks and Synchronization - Windows Hardware and Driver Central (2006) 讨论了在Windows操作系统中内核模式驱动程序如何利用同步机制保护共享内存位置，帮助驱动开发者理解何时需要同步、操作系统提供了哪些同步机制以及如何使用这些机制。本文档建立在与之配套的‘Scheduling, Thread Context, and IRQL’白皮书的基础上，读者应预先熟悉该白皮书中的信息。" 本文主要分为以下几个部分： 1. **引言**：简要介绍文档的目的，即指导驱动开发者正确使用同步机制，避免在内核模式驱动程序中出现的问题。 2. **选择同步机制**：讨论如何根据具体需求选择合适的同步工具。这涉及到对各种机制的理解和比较，以确保在多线程环境下正确控制资源访问。 3. **互斥操作（Interlocked Operations）**：这是一种原子操作，用于在不使用锁的情况下更新内存，防止数据竞争。包括InterlockedIncrement、InterlockedDecrement等函数，它们确保在多线程环境下对变量的增加或减少操作是安全的。 4. **Mutexes（互斥体）**：互斥体是一种同步对象，只允许一个线程拥有并执行特定的代码段，其他试图获取的线程将被阻塞，直到拥有者释放。 5. **共享/独占锁（Shared/Exclusive Locks）**：这种锁允许不同级别的访问权限，例如读写锁，允许多个线程同时读取，但只允许一个线程写入。 6. **计数信号量（Counted Semaphores）**：用于控制同时访问特定资源的线程数量，可以设置最大值。 7. **Windows同步机制**：涵盖操作系统提供的各种同步工具，如事件对象、信号量、临界区等，以及它们的应用场景。 8. **InterlockedXxx Routines**：一系列内联函数，提供原子操作，适用于简单的同步需求，如递增、递减、交换等。 9. **自旋锁（SpinLocks）**： - **普通自旋锁（Ordinary SpinLocks）**：当持有锁的线程很快就会释放锁时，自旋锁是一个高效的选择。等待的线程会持续检查锁是否可用，直到获得锁为止。 - **队列自旋锁（Queued SpinLocks）**：与普通自旋锁相比，增加了调度功能，等待的线程会被放入一个队列，当锁释放时，由系统调度获取。 - **中断自旋锁（Interrupt SpinLocks）**：适用于需要在中断服务例程中使用的自旋锁，保证中断处理过程的安全。 10. **ExInterlockedXxx Routines**：与InterlockedXxx Routines类似，但适用于更高的中断级别，保证在系统中断环境中也能进行原子操作。 11. **快速互斥体（Fast Mutexes）**：类似于互斥体，但提供了更快的性能，尤其适用于内核模式下的线程同步。 12. **内核调度对象（Kernel Dispatcher Objects）**：包括事件、信号量、互斥体、队列自旋锁等，是Windows内核用于线程同步的基本构建块。 通过深入理解这些概念和技术，驱动开发者能够有效地防止死锁和其他并发问题，确保内核模式驱动程序的稳定性和可靠性。