Драйверы устройств

Драйверы устройств подробно описываются в главе 9, а здесь мы даем крат­кий обзор их типов и поясняем, как перечислить установленные драйверы, загруженные в системе.

Драйверы устройств являются загружаемыми модулями режима ядра (как правило, это файлы с расширением .sys); они образуют интерфейс между диспетчером ввода-вывода и соответствующим оборудованием. Эти драйве­ры выполняются в режиме ядра в одном из трех контекстов:

Ш в контексте пользовательского потока, инициировавшего функцию вво­да-вывода;

Ш в контексте системного потока режима ядра;

Ш как результат прерывания (а значит, не в контексте какого-либо процес­са или потока, который был текущим на момент прерывания). Как было сказано в предыдущем разделе, в Windows драйверы устройств не управляют оборудованием напрямую — вместо этого они вызывают функ­ции HAL. Драйверы, как правило, пишутся на С (иногда на С++), поэтому при правильном использовании процедур HAL они являются переносимыми между поддерживаемыми Windows архитектурами на уровне исходного кода, а на уровне двоичных файлов — внутри семейства с одинаковой архи­тектурой. Существует несколько типов драйверов устройств.

Ш Драйверы аппаратных устройств, которые управляют (через HAL) обо­рудованием, записывают на них выводимые данные и получают вводимые данные от физического устройства или из сети. Есть множество типов таких драйверов — драйверы шин, интерфейсов, устройств массовой па­мяти и т. д.

Ш Драйверы файловой системы — это драйверы Windows, принимающие запросы на файловый ввод-вывод и транслирующие их в запросы ввода-вывода для конкретного устройства.

Ш Драйверы фильтра файловой системы, которые обеспечивают зеркали-рование и шифрование дисков, перехват ввода-вывода и некоторую до­полнительную обработку информации перед передачей ее на следующий уровень.

И Сетевые редиректоры и серверы, являющиеся драйверами файловых си­стем, которые передают запросы файловой системы на ввод-вывод дру­гим компьютерам в сети и принимают от них аналогичные запросы.

Ш Драйверы протоколов, реализующие сетевые протоколы вроде TCP/IP, NetBEUI и IPX/SPX.

Ш Драйверы потоковых фильтров ядра, действующие по цепочке для об­работки потоковых данных, например при записи и воспроизведении аудио- и видеоинформации.

Поскольку установка драйвера устройства — единственный способ добав­ления в систему стороннего кода режима ядра, некоторые программисты пишут драйверы просто для того, чтобы получить доступ к внутренним функ­циям или структурам данных операционной системы, недоступным из поль­зовательского режима (но документированным и поддерживаемым в DDK). Например, многие утилиты с wwwsysinternals.com представляют собой ком­бинацию GUI-приложений Windows с драйверами устройств, используемы­ми для сбора сведений о состоянии внутрисистемных структур и вызова функций, доступных только в режиме ядра.

В Windows 2000 была введена поддержка Plug and Play и энергосберегающих технологий, а также расширена модель драйверов Windows NT, называемая Windows Driver Model (WDM). Windows 2000 и более поздние версии могут работать с унаследованными драйверами Windows NT 4, но, поскольку они не поддерживают Plug and Play и энергосберегающие технологии, функци­ональность системы в этом случае будет ограничена. С точки зрения WDM, существует три типа драйверов.

Ш Драйвер шины (bus driver), обслуживающий контроллер шины, адаптер, мост или любые другие устройства, имеющие дочерние устройства. Драй­веры шин нужны для работы системы и в общем случае поставляются Microsoft. Для каждого типа шины (PCI, PCMCIA и USB) в системе имеет­ся свой драйвер. Сторонние разработчики создают драйверы для поддерж­ки новых шин вроде VMEbus, Multibus и Futurebus.

Ш Функциональный драйвер (function driver) — основной драйвер устрой­ства, предоставляющий его функциональный интерфейс. Обязателен, кроме тех случаев, когда устройство используется без драйверов (т. е. ввод-вывод осуществляется драйвером шины или драйверами фильтров шины, как в случае SCSI PassThru). Функциональный драйвер по опреде­лению обладает наиболее полной информацией о своем устройстве. Обычно только этот драйвер имеет доступ к специфическим регистрам устройства.

Ш Драйвер фильтра (filter driver), поддерживающий дополнительную функ­циональность устройства (или существующего драйвера) или изменяю­щий запросы на ввод-вывод и ответы на них от других драйверов (это часто используется для коррекции устройств, предоставляющих невер­ную информацию о своих требованиях к аппаратным ресурсам). Такие драйверы не обязательны, и их может быть несколько. Они могут рабо­тать как на более высоком уровне, чем функциональный драйвер или драйвер шины, так и на более низком. Обычно эти драйверы предостав­ляются OEM-производителями или независимыми поставщиками обору­дования (IHV).

В среде WDM один драйвер не может контролировать все аспекты уст­ройства: драйвер шины информирует диспетчер РпР об устройствах, под­ключенных к шине, в то время как функциональный драйвер управляет уст­ройством.

В большинстве случаев драйвер фильтра более низкого уровня модифи­цирует поведение устройства. Например, если устройство сообщает драйве­ру своей шины о том, что ему нужно 4 порта ввода-вывода, тогда как на са­мом деле ему требуется 16, драйвер фильтра может перехватить список ап­паратных ресурсов, направляемый драйвером шины диспетчеру РпР и ис­править число портов.

Драйвер фильтра более высокого уровня обычно придает устройству до­полнительную функциональность. Так, высокоуровневый драйвер фильтра для клавиатуры может обеспечивать дополнительную защиту.