驅(qū)動(dòng)程序在任何操作系統(tǒng)下都和系統(tǒng)內(nèi)核有著密切的關(guān)系，尤其在WIN2000下。在進(jìn)入WIN2000驅(qū)動(dòng)程序世界之前，本章先介紹驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)原理和WIN2000構(gòu)架。
　　系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

　　WIN2000操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)歷史上最安全的操作系統(tǒng)，本節(jié)介紹WIN2000系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)者最關(guān)心和最感興趣的部分。

　　WIN2000的設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　有趣的是，原始的NT("New Technology")概念中不包含操作系統(tǒng)環(huán)境，直到1989年第一個(gè)NT操作系統(tǒng)出現(xiàn)了很長(zhǎng)時(shí)間后。但是它還保持著原始的設(shè)計(jì)目標(biāo):

　　兼容性:　盡可能的支持現(xiàn)有的軟件和硬件 。

　　穩(wěn)定性和可靠性:　操作系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)橛脩舻恼`操作而損壞，一個(gè)用戶程序應(yīng)該不會(huì)使操作系統(tǒng)崩潰。

　　可移植性:　操作系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)可在盡可能多的當(dāng)前和未來(lái)的平臺(tái)上運(yùn)行。

　　可擴(kuò)展性:　隨著時(shí)間的流逝，市場(chǎng)的改變，操作系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)可以只用添加少的代碼就可以支持新的硬件和添加新的功能。

　　性能:　 操作系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)盡可能大的發(fā)揮硬件的效能。

　　當(dāng)然，隨著時(shí)間的流逝，操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)也是改變的，剩下的部分介紹怎樣在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。

　　WIN2000的硬件特權(quán)級(jí)別

　　為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和可靠性的設(shè)計(jì)目標(biāo)，WIN2000的設(shè)計(jì)者使用用戶模式服務(wù)結(jié)構(gòu)，用戶的程序在操作系統(tǒng)的用戶模式服務(wù)程序中運(yùn)行。

　 　用戶模式中，代碼被嚴(yán)格約束在對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有損害的范圍內(nèi)。例如:　通過(guò)虛擬內(nèi)存映像，一個(gè)程序不能訪問(wèn)其它程序的內(nèi)存區(qū)(兩個(gè)程序共同定義的公用內(nèi)存區(qū)除 外)。硬件I/O指令不能被執(zhí)行。所有的CPU指令(如CPU中斷)不能被執(zhí)行(在特定的特權(quán)級(jí)下)。所有的這些被阻止的操作如果想運(yùn)行，它們必須通過(guò)陷 阱門來(lái)請(qǐng)求操作系統(tǒng)內(nèi)核。

　　操作系統(tǒng)內(nèi)核程序運(yùn)行在內(nèi)核模式下，它可以執(zhí)行所有有效的CPU指令，包括I/O操作，可訪問(wèn)任何程序的內(nèi)存區(qū)，當(dāng)然是那些沒(méi)有被翻出內(nèi)存而被存到磁盤的內(nèi)存區(qū)。

　 　所有的現(xiàn)代的處理器都可以工作在特權(quán)級(jí)別模式和非特權(quán)級(jí)別模式下，用戶模式工作在非特權(quán)級(jí)別模式下，內(nèi)核模式工作在特權(quán)級(jí)別模式下。而不同的平臺(tái)和 CPU執(zhí)行特權(quán)級(jí)別模式是不同的，為了達(dá)到可以在這兩個(gè)模式下運(yùn)行的目標(biāo)，操作系統(tǒng)抽象了這兩個(gè)模式，操作系統(tǒng)總是使用這些抽象的代碼來(lái)在這兩個(gè)操作模式 下切換。例如:　在Intel平臺(tái)上，內(nèi)核模式使用Ring 0指令系統(tǒng)，而用戶模式使用了Ring 3指令系統(tǒng)。

　　我們編寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)程序是運(yùn)行在內(nèi)核模式下，我們的不正確的代碼將危及到WIN2000操作系統(tǒng)的安全，所以，我們必須格外小心我們代碼的邊界條件，以確保它們不會(huì)損壞整個(gè)操作系統(tǒng)。

　　可移植性

　　為了達(dá)到可移植性的目標(biāo)，NT設(shè)計(jì)者選擇了軟件的分層結(jié)構(gòu)。如圖1.1所示:


圖 1.1:WIN2000系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)

　　硬件抽象層(HAL)隔開(kāi)了硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)以及驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序依賴硬件抽象層的代碼和宏去識(shí)別硬件的寄存器和總線，有時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序依賴I/O管理器去分享硬件資源，在以后的章節(jié)中將介紹利用硬件抽象層和其它的操作系統(tǒng)服務(wù)程序去開(kāi)發(fā)設(shè)備無(wú)關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序。

　　可擴(kuò)展性

　 　WIN2000的內(nèi)核也負(fù)責(zé)系統(tǒng)中所有線程的調(diào)度與分配，線程是程序中最小的可獨(dú)立運(yùn)行的部分，為保持每個(gè)線程的獨(dú)立性，每個(gè)線程的設(shè)備上下文必須被保 存下來(lái)，線程的上下文由CPU寄存器狀態(tài)(包括一個(gè)獨(dú)立的堆棧和程序計(jì)數(shù)器)，ID(線程ID，也叫線程標(biāo)識(shí)符)，特權(quán)級(jí)別代碼，線程地址和其它線程相關(guān) 信息組成。

　　調(diào)度程序決定哪一個(gè)線程何時(shí)運(yùn)行，在單處理機(jī)的環(huán)境中，一個(gè)時(shí)間只能有一個(gè)線程得到處理機(jī)的執(zhí)行。

　　在多處理機(jī)的環(huán)境中，同一時(shí)刻不同的線程可能工作在不同的處理機(jī)上，是真正的并發(fā)執(zhí)行。調(diào)度程序分配時(shí)間片給各個(gè)線程，高優(yōu)先權(quán)的線程搶先占有時(shí)間片。

　 　操作系統(tǒng)的主要任務(wù)是調(diào)度線程，還有一些必要的工作，如:　內(nèi)存管理，進(jìn)程管理，安全管理和I/O管理。這些部分叫做執(zhí)行部件，它被作為軟件模塊(除了 I/O管理器這個(gè)重要部分)，隨著時(shí)間的推移，微軟會(huì)作一些必要的增加，刪除，分離來(lái)作為改進(jìn)或折衷。WIN2000就是后來(lái)才加了活動(dòng)目錄服務(wù)。

　　保持小的，干凈的內(nèi)核，外加執(zhí)行模塊是WIN2000的原則，這個(gè)原則使WIN2000經(jīng)過(guò)近十年的修改，維護(hù)依然是一個(gè)流行的操作系統(tǒng)。

　　性能

　　分層的軟件設(shè)計(jì)表現(xiàn)出良好的性能，NT的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)當(dāng)然也注意到了:

　　到目前為止，所有的層別運(yùn)行在同一硬件模式，即內(nèi)核模式，因此，中間層的調(diào)用比處理器的調(diào)用不會(huì)多花多少時(shí)間，確實(shí)，HAL常常使用宏來(lái)完成內(nèi)嵌程序的執(zhí)行。

　　有助于集中精力去處理并發(fā)，分配盡可能多的線程給任務(wù)的不同部分，因?yàn)樗械膱?zhí)行部分都是多線程的，幫助程序盡可能少的阻塞，處理器忙等待和中斷停機(jī)時(shí)間。

　　當(dāng)用戶和系統(tǒng)線程通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)請(qǐng)求服務(wù)的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)程序代碼阻塞執(zhí)行是致命的錯(cuò)誤，如果這些請(qǐng)求不能快速處理，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備忙或者很慢，這些請(qǐng)求將排隊(duì)等候后續(xù)處理，幸運(yùn)的是，I/O管理器使這個(gè)過(guò)程變的很容易。

　　執(zhí)行部件

　　執(zhí)行部件提供WIN2000操作系統(tǒng)最基本的服務(wù)(除了線程調(diào)度)，它們的作用非常明顯，解釋如下:


圖1.2　執(zhí)行部件的組成

　　系統(tǒng)服務(wù)接口

　　它提供從用戶模式到內(nèi)核模式的入口。它允許內(nèi)核模式代碼安全的調(diào)用操作系統(tǒng)服務(wù)，依靠這個(gè)接口，從用戶模式到內(nèi)核模式可能只是簡(jiǎn)單的一個(gè)CPU指令或者是一個(gè)存儲(chǔ)于恢復(fù)上下文開(kāi)關(guān)。

　　對(duì)象管理器

　　WIN2000操作系統(tǒng)幾乎將所有的服務(wù)看成對(duì)象提供給用戶，例如:　用戶模式程序?yàn)榱耸咕€程同步而向操作系統(tǒng)請(qǐng)求互斥對(duì)象，操作系統(tǒng)提供的互斥對(duì)象是一個(gè)操作系統(tǒng)對(duì)象，用戶模式程序只能通過(guò)句柄來(lái)操作它。文件，進(jìn)程，線程，事件，內(nèi)存塊，注冊(cè)表的鑒值都是以操作系統(tǒng)對(duì)象的形式出現(xiàn)，所有的這些都是被對(duì)象管理器創(chuàng)建和銷毀。

　　配置管理器

　　配置管理器紀(jì)錄了計(jì)算器上所有硬件和軟件的安裝配置情況，這些信息被紀(jì)錄在一個(gè)叫做注冊(cè)表的數(shù)據(jù)庫(kù)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)注冊(cè)表可得到它的工作環(huán)境信息。

　　進(jìn)程管理器

　　在WIN2000中，進(jìn)程是線程的工作環(huán)境，每個(gè)進(jìn)程包含一個(gè)私有地址空間和一個(gè)安全標(biāo)識(shí)。線程是最小的可執(zhí)行實(shí)體，一個(gè)進(jìn)程可以包含一個(gè)或者多個(gè)線程。

　　進(jìn)程管理器依靠執(zhí)行部件的其它部分才能工作，如:　 對(duì)象管理器和虛擬內(nèi)存管理器。

　　虛擬內(nèi)存管理器

　　在WIN2000中，程序的地址空間是平坦的，有4GB大小。只有低2GB可以被用戶模式的程序訪問(wèn)，也就是說(shuō)，用戶模式的程序占用低2GB空間，如果程序需要?jiǎng)討B(tài)連接庫(kù)(DLL)，動(dòng)態(tài)連接庫(kù)也必須在2GB空間內(nèi)。

　　高2GB空間被內(nèi)核模式程序占用，當(dāng)然，驅(qū)動(dòng)程序也被映像到了這里。

虛擬內(nèi)存管理器(VMM)管理整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)存，對(duì)于一般的用戶模式程序，如果訪問(wèn)的虛擬內(nèi)存地址不在物理內(nèi)存上，虛擬內(nèi)存管理器將磁盤上相應(yīng)的文件映像到內(nèi)存中，這樣，內(nèi)存在磁盤和有限的RAM之間移動(dòng)，好象程序可以訪問(wèn)比RAM大的多空間。

　　本地進(jìn)程調(diào)用

　　本地進(jìn)程調(diào)用是同一個(gè)計(jì)算器上不同進(jìn)程間通訊的機(jī)制。驅(qū)動(dòng)程序不需要這個(gè)工具。

　　I/O管理器

　　I/O管理器將用戶模式的I/O操作轉(zhuǎn)變成一系列統(tǒng)一的例程(例行的過(guò)程)，I/O管理器的一個(gè)目標(biāo)就是使所有的從用戶模式到內(nèi)核模式的訪問(wèn)設(shè)備無(wú)關(guān)，無(wú)論程序訪問(wèn)鍵盤，通訊口，磁盤文件都是一樣的。

　　I/O管理器將用戶模式的I/O操作轉(zhuǎn)變成I/O請(qǐng)求包(IRP)的形式傳給驅(qū)動(dòng)程序，I/O請(qǐng)求包是I/O管理器將命令的綜合。作為用戶模式程序于驅(qū)動(dòng)程序的中間層，I/O管理器于驅(qū)動(dòng)程序結(jié)合部分的代碼將是最重要的部分。

　　活動(dòng)目錄服務(wù)

　 　活動(dòng)目錄服務(wù)是WIN2000的新的部分，它給系統(tǒng)資源提供無(wú)限的名字空間。以前，標(biāo)識(shí)系統(tǒng)資源的名字被定義在操作系統(tǒng)的有限空間內(nèi)(硬盤名，打印機(jī) 名，用戶名，文件名等)，活動(dòng)目錄是一個(gè)統(tǒng)一，安全，標(biāo)準(zhǔn)的方法去標(biāo)識(shí)系統(tǒng)資源，它是基于一個(gè)分等級(jí)的圖，將資源根據(jù)實(shí)體分成元，樹(shù)和森林。

　　基本操作系統(tǒng)的延伸

　　WIN2000定義了這幺多的服務(wù)，它們沒(méi)有被直接的暴露給用戶模式的程序。取而代之的是，WIN2000定義了很多應(yīng)用程序接口(API)，用它們來(lái)使用操作系統(tǒng)的服務(wù)。應(yīng)用程序接口在不同的子系統(tǒng)中的形式是不同的，WIN2000包含了以下的子系統(tǒng):

　　WIN32子系統(tǒng):　它是WIN2000固有的應(yīng)用程序接口模式，所有的其它的子系統(tǒng)都依賴于它去執(zhí)行它們的工作，因?yàn)樗呛苤匾模晕覀儗⒁诤竺嬖敿?xì)的討論。

　　DOS虛擬器(VDM):　提供一個(gè)16位的MS-DOS環(huán)境給一些老的16位程序。盡管它承諾了兼容性，但是很多現(xiàn)有的16位程序還是不能完全的運(yùn)行。這都是因?yàn)閃IN2000的堅(jiān)固性和安全性，操作系統(tǒng)將干涉企圖直接訪問(wèn)設(shè)備和其它系統(tǒng)資源的操作。

　　窗口子系統(tǒng)(WOW):　 提供一個(gè)16位的WIN3X環(huán)境給一些老的16位Windows程序。有趣的是，在僅有的一個(gè)窗口子系統(tǒng)進(jìn)程中，每一個(gè)16位Windows程序都是一個(gè)單獨(dú)線程，它們還互相阻止分享資源，這也正是WIN3X的環(huán)境。

　　POSIX子系統(tǒng):　 提供POSIX1003.1標(biāo)準(zhǔn)的UNIX程序環(huán)境，很不幸，這個(gè)子系統(tǒng)不能支持其它的標(biāo)準(zhǔn)UNIX程序，這樣的話，很多UNIX程序必須在WIN2000下重寫(xiě)。

　　OS/2子系統(tǒng):　提供一個(gè)16位的OS/2程序執(zhí)行環(huán)境，至少不再需要OS/2的陳述管理器(PM)，這個(gè)子系統(tǒng)只能工作在80X86平臺(tái)上。

　　每個(gè)用戶程序都必須和相應(yīng)的子系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。例如:　程序的應(yīng)用程序接口函數(shù)不能調(diào)用其它的子系統(tǒng)，或者使系統(tǒng)性能下降，這些子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是兼容性，而不是速度。

　　環(huán)境子系統(tǒng)(以上的五個(gè)都是WIN2000下的環(huán)境子系統(tǒng))是隔離用戶模式程序的一般手段，它們的運(yùn)作是必須的。每一個(gè)用戶請(qǐng)求都經(jīng)過(guò)本地進(jìn)程調(diào)用傳遞給這些子系統(tǒng)去加工處理，這些子系統(tǒng)或者直接執(zhí)行這些請(qǐng)求，或者傳遞請(qǐng)求給執(zhí)行部件。

　　WIN32子系統(tǒng)

　　這個(gè)子系統(tǒng)提供的應(yīng)用程序接口有以下幾個(gè)方面:
　
　　　圖形用戶接口:　提供給用戶可視的窗口，對(duì)話框，控件，字體等接口。
　
　　　控制臺(tái)I/O:　包括鍵盤，鼠標(biāo)，顯示器，以及其它子系統(tǒng)。

　　　執(zhí)行WIN32應(yīng)用程序接口:　提供應(yīng)用程序或者其它子系統(tǒng)與執(zhí)行部件的接口。

　　因?yàn)閃IN32子系統(tǒng)在操作系統(tǒng)中的特殊地位和它所提供的高性能，所以它的實(shí)現(xiàn)方式與其它的子系統(tǒng)完全不同。它被分成了好幾個(gè)部分，其中一些工作在用戶模式，一些工作在內(nèi)核模式。通常，WIN32應(yīng)用程序接口被分成3部分: 　

　　USER函數(shù):　 管理窗口，菜單，控件，對(duì)話框等。

　　GUI函數(shù):　 在物理設(shè)備(如:　顯示器，打印機(jī))上繪圖。

　　KENEL函數(shù):　管理非GUI資源，例如:　進(jìn)程，線程，文件，同步服務(wù)，KENEL函數(shù)接近于執(zhí)行部件的服務(wù)。

　　WIN NT4.0以后，USER函數(shù)和GUI函數(shù)被移到內(nèi)核模式，因此，用戶模式的請(qǐng)求用系統(tǒng)服務(wù)接口直接送到內(nèi)核模式。USER函數(shù)和GUI函數(shù)被安置在WIN32K.SYS中，如圖1.3所示:

　　相反的，KENEL函數(shù)依賴于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)程序CSRSS.exe去反應(yīng)用戶程序請(qǐng)求。

　　其它子系統(tǒng)

　　除了環(huán)境子系統(tǒng)之外，還有一些重要的子系統(tǒng)，它們是用戶模式的過(guò)程:

　　安全管理子系統(tǒng):　使用一個(gè)變化的過(guò)程方法和動(dòng)態(tài)庫(kù)來(lái)管理本地的和遠(yuǎn)程的安全問(wèn)題，部分活動(dòng)目錄工作也在這個(gè)邏輯子系統(tǒng)中。

　　服務(wù)控制管理器:　管理服務(wù)和驅(qū)動(dòng)程序。

　　RPC服務(wù):　它支持網(wǎng)絡(luò)的分布式應(yīng)用程序，通過(guò)遠(yuǎn)程的程序調(diào)用，一個(gè)計(jì)算器可將自己的一部分任務(wù)分配給其它網(wǎng)絡(luò)終端。


圖1.3　USER在GUI內(nèi)核中

　　內(nèi)核模式I/O構(gòu)成

　　本章的目的是討論內(nèi)核模式I/O子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的，既然很多種類的驅(qū)動(dòng)器都要討論，那幺，I/O管理器的分層驅(qū)動(dòng)器也將討論。

　　內(nèi)核模式I/O管理器的設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　內(nèi)核模式I/O管理器的總的設(shè)計(jì)目標(biāo)包括:

　　1.可移植性:　平臺(tái)之間。

　　2.可配置:　 包括軟件和硬件，如WIN2000，包括完全的支持即插即用總線和設(shè)備。

　　3.可搶先和中斷:　I/O代碼應(yīng)該不會(huì)被阻塞。

　　4.支持多處理器:　同樣的I/O代碼應(yīng)可在單處理器下運(yùn)行，也可在多處理器下運(yùn)行。

　　5.基于對(duì)象:　 I/O代碼提供的服務(wù)應(yīng)該被封裝成定義好的結(jié)構(gòu)中。包括數(shù)據(jù)于操作。

　　6. 支持I/O請(qǐng)求包:　 I/O管理器的請(qǐng)求使用一種獨(dú)特的格式。

　　7.支持異步I/O: 　I/O管理器的請(qǐng)求支持重新請(qǐng)求的模式，完成后，應(yīng)有一個(gè)機(jī)制去退出和通知調(diào)用者已完成。

　　除了這些眾所皆知的目標(biāo)外，它們將重點(diǎn)放在代碼的重用性上，將驅(qū)動(dòng)程序代碼合理的分層。例如:　總線驅(qū)動(dòng)器從特定的驅(qū)動(dòng)器代碼被分成一些獨(dú)立的層，使很多總線共享一部分層別。在很多情況下，不同的代理商提供不同的層別，只有小心的模塊化設(shè)計(jì)才能完成代碼重用的目標(biāo)。

　　WIN2000驅(qū)動(dòng)器的種類

　　曾經(jīng)有一段時(shí)間，驅(qū)動(dòng)程序的作者只要理解復(fù)雜的新硬件，學(xué)會(huì)操作系統(tǒng)接 口，就可以開(kāi)始工作了，無(wú)論好壞，數(shù)天后一個(gè)驅(qū)動(dòng)器就會(huì)完成。今天，驅(qū)動(dòng)程序的作者必須了解復(fù)雜的硬件和I/O的分層子系統(tǒng)，才只不過(guò)到了工作描述的階 段，下決心開(kāi)發(fā)一個(gè)什幺樣的驅(qū)動(dòng)程序都是一個(gè)有趣的挑戰(zhàn)，下決心去重寫(xiě)或者重用一個(gè)層別將是令一個(gè)挑戰(zhàn)，這一部分描述在硬件世界，操作系統(tǒng)中不同的驅(qū)動(dòng)程 序。

　　在最高層，WIN2000支持用戶模式，內(nèi)核模式兩種驅(qū)動(dòng)程序，從名字上來(lái)看，用戶模式驅(qū)動(dòng)程序是運(yùn)行在用戶模式的系統(tǒng)級(jí)代 碼，例如:　一個(gè)為虛擬的硬件或者新的環(huán)境子系統(tǒng)所寫(xiě)的虛擬驅(qū)動(dòng)器。既然WINN2000不支持直接訪問(wèn)硬件，虛擬驅(qū)動(dòng)器依賴運(yùn)行在內(nèi)核模式的真正的驅(qū)動(dòng) 器。本書(shū)不將討論用戶模式驅(qū)動(dòng)程序。

　　內(nèi)核模式驅(qū)動(dòng)程序使用系統(tǒng)級(jí)代碼編寫(xiě)，且運(yùn)行在內(nèi)核模式下，因?yàn)閮?nèi)核模式允許直接訪問(wèn)硬件，這些驅(qū)動(dòng)程序被用來(lái)直接控制硬件。

　　向下移動(dòng)一層，內(nèi)核模式驅(qū)動(dòng)程序可被進(jìn)一步的分成兩種，遺留模式的驅(qū)動(dòng)程序和Windows驅(qū)動(dòng)模式的驅(qū)動(dòng)程序(WDM)。遺留模式的驅(qū)動(dòng)程序需要去偵測(cè)硬件和與I/O子系統(tǒng)連接，這些是已經(jīng)由其它文獻(xiàn)說(shuō)明過(guò)了。感激的，這些遺留模式的驅(qū)動(dòng)程序可被移植到WIN2000(和WIN98)上。

　　Windows驅(qū)動(dòng)模式的驅(qū)動(dòng)程序支持即插即用，電源管理，熱拔插，自動(dòng)配置。一個(gè)好的Windows驅(qū)動(dòng)模式的驅(qū)動(dòng)程序可以在WIN2000和Win98上使用，雖然微軟不保證二進(jìn)制兼容。最多我們?cè)儆肳IN98 DDK編譯一遍。

　　再向下移動(dòng)一層，遺留模式的驅(qū)動(dòng)程序和Windows驅(qū)動(dòng)模式的驅(qū)動(dòng)程序可被進(jìn)一步的分成三種:　高層，中間層，低層。顧名思義，高層驅(qū)動(dòng)程序依靠中間層和低層驅(qū)動(dòng)程序去完成工作，中間層驅(qū)動(dòng)程序則依靠低層驅(qū)動(dòng)程序去完成工作。

　　高層驅(qū)動(dòng)程序包括文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序(FSDs)，依次的翻譯程序請(qǐng)求成為特定的驅(qū)動(dòng)器請(qǐng)求，當(dāng)?shù)蛯拥尿?qū)動(dòng)程序的服務(wù)已經(jīng)準(zhǔn)備好的時(shí)候它也是需要的。

　　微軟提供一個(gè)安裝文件系統(tǒng)工具包(IFS)，不在MSDN和其它產(chǎn)品中，是單獨(dú)出售的。這個(gè)安裝文件系統(tǒng)工具包需要和驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)包和其它產(chǎn)品一起才能完成開(kāi)發(fā)。使用這種工具包有很多限制。相關(guān)信悉請(qǐng)登祿微軟的網(wǎng)站，本書(shū)不介紹文件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

　 　中間層驅(qū)動(dòng)程序包括磁盤鏡像驅(qū)動(dòng)器，類驅(qū)動(dòng)器(Class)，迷你驅(qū)動(dòng)器(MINI)，過(guò)濾驅(qū)動(dòng)器(FILTER)等。這些驅(qū)動(dòng)器位于低層驅(qū)動(dòng)器和高層 驅(qū)動(dòng)器之間。例如:　 磁盤鏡像驅(qū)動(dòng)器接收到文件系統(tǒng)傳來(lái)的寫(xiě)文件的請(qǐng)求，將它轉(zhuǎn)換成為兩個(gè)不同的請(qǐng)求傳給兩個(gè)不同的低層驅(qū)動(dòng)器。

　 　類驅(qū)動(dòng)器是對(duì)代碼重用的一次嘗試，因?yàn)橐环N特定設(shè)備有多個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，它們之間大部分是相同的，這些相同的部分被作為一個(gè)類驅(qū)動(dòng)器和其它部分分開(kāi)。例如: 　所有的IDE驅(qū)動(dòng)器共享大部分的代碼，這樣就只用一次編寫(xiě)好這些公用的代碼，把它作為一般的類驅(qū)動(dòng)器加載。對(duì)于一個(gè)指定的設(shè)備，我們就只用編寫(xiě)以類驅(qū)動(dòng) 器為基礎(chǔ)的迷你驅(qū)動(dòng)程序就可以了。

　　過(guò)濾驅(qū)動(dòng)器可以截取程序?qū)Υ嬖诘尿?qū)動(dòng)程序發(fā)出的請(qǐng)求。在請(qǐng)求到達(dá)驅(qū)動(dòng)程序之前，它給我們一個(gè)更改請(qǐng)求內(nèi)容的機(jī)會(huì)。

　 　事實(shí)上，在Windows驅(qū)動(dòng)模式的世界中，中間層驅(qū)動(dòng)程序也是由基本的驅(qū)動(dòng)程序所組成，這些驅(qū)動(dòng)程序可能即不是類驅(qū)動(dòng)器，也不是迷你驅(qū)動(dòng)器，但是，它 們縱是扮演著轉(zhuǎn)換抽象的I/O請(qǐng)求到低層物理驅(qū)動(dòng)器代碼的角色。在DDK的文獻(xiàn)中，迷你驅(qū)動(dòng)器和類驅(qū)動(dòng)器的術(shù)語(yǔ)有時(shí)顛倒了，但從上下文可以分辨出來(lái)。

　　低層驅(qū)動(dòng)器包括硬件和總線的控制器。例如:　SCSI適配器是一個(gè)低層驅(qū)動(dòng)器，這些低層驅(qū)動(dòng)器和HAL于硬件結(jié)合緊密。在WDM中低層驅(qū)動(dòng)器包括物理驅(qū)動(dòng)器的概念，行為。這些物理驅(qū)動(dòng)器與一個(gè)或者多個(gè)功能驅(qū)動(dòng)器結(jié)合。圖1.4是WIN2000的分層驅(qū)動(dòng)器總圖。


圖1.4　WIN2000的分層驅(qū)動(dòng)器

　　特殊驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)

　　除了上節(jié)介紹的驅(qū)動(dòng)器外，WIN2000還提供一些特殊的驅(qū)動(dòng)器:

　　視頻驅(qū)動(dòng)程序，打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，多媒體驅(qū)動(dòng)程序，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序。

　　視頻驅(qū)動(dòng)程序

　　視頻驅(qū)動(dòng)程序非常特殊，因?yàn)閳D形接口經(jīng)常暴露給用戶，系統(tǒng)的速度也是通過(guò)這個(gè)部分判斷的。

　 　WIN2000視頻驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)架如圖1.5所示，陰影部分為WIN2000所有，視頻驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閺S商提供，因?yàn)楹芏嘁曨l適配器選用相同的視頻芯片，視頻 芯片制造商提供給視頻適配器制造商的是類(CLASS)驅(qū)動(dòng)程序，例如:　 ET4000　MINI 驅(qū)動(dòng)程序提供給所有使用ET4000芯片的視頻適配器，這個(gè)芯片的其它硬件環(huán)境的驅(qū)動(dòng)程序則是視頻適配器自己的驅(qū)動(dòng)代碼。

　　基本的，視頻驅(qū)動(dòng)程序在請(qǐng)求畫(huà)圖系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)候可以直接和I/O管理器通訊，這點(diǎn)和一般的I/O構(gòu)架是不同的。用戶模式的代碼通常和GDI交互。

　 　GDI函數(shù)支持畫(huà)線，幾何圖形，文字。因此，GDI好象一個(gè)高層驅(qū)動(dòng)器，GDI也依賴I/O管理器和顯示驅(qū)動(dòng)來(lái)完成工作，顯示驅(qū)動(dòng)和GDI的通訊是雙向 的。GDI可直接調(diào)用顯示驅(qū)動(dòng)的函數(shù)，這里的速度是致關(guān)重要的。這些函數(shù)是顯示驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)接口(DDI)，前綴是Drv，相反的，顯示驅(qū)動(dòng)需要GDI 中的圖形庫(kù)例程，叫做圖形引擎調(diào)用(GEC)，前綴是Eng。

　　GDI通過(guò)傳統(tǒng)分層的設(shè)計(jì)來(lái)訪問(wèn)I/O子系統(tǒng)，GDI使用I/O管理器去調(diào)用MINI 驅(qū)動(dòng)程序和視頻口的例程，例如:　模式開(kāi)關(guān)命令，它被傳給視頻口驅(qū)動(dòng)器的是標(biāo)準(zhǔn)的IRP格式，視頻口驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換IRP格式為視頻請(qǐng)求包格式，然后傳給MINI 驅(qū)動(dòng)程序處理。

　　　　　　　　　
圖1.5　WIN2000視頻驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)架

　　打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序

　　打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序與標(biāo)準(zhǔn)的WIN2000驅(qū)動(dòng)程序有以下幾點(diǎn)不同:

　　1.假脫機(jī):　一個(gè)打印工作在傳送到物理打印機(jī)之前先傳送到假脫機(jī)，因?yàn)槲锢泶蛴C(jī)的速度太慢。

　　2.遠(yuǎn)程操作:　 物理打印機(jī)通常被連接到一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算器上，這里用到RPC.

　　3.不定的打印協(xié)議:　不同的打印機(jī)當(dāng)然有不同的打印協(xié)議。

　　假脫機(jī)部分如圖1.6所示，以后不再重復(fù)說(shuō)明，陰影部分為WIN2000所有，如果假脫機(jī)被擊活，打印工作先被假脫機(jī)紀(jì)錄進(jìn)一個(gè)文件，假脫機(jī)像打印機(jī)一樣退出隊(duì)列，而后變的可用，這時(shí)數(shù)據(jù)才被傳入本地或者遠(yuǎn)程的打印機(jī)驅(qū)動(dòng)。

　　　　　　　　　　
圖1.5 打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序的假脫機(jī)

　　客戶端的假脫機(jī)部分(winspool.drv 或者 Win32spl.DLL(遠(yuǎn)程打印時(shí)))，是一個(gè)以RPC為基礎(chǔ)的程序，它連接服務(wù)端(Spoolsv.exe)和假脫機(jī)的API函數(shù)。

　　服務(wù)端的代碼依賴路由服務(wù)器(spoolss.dll)， 這個(gè)路由服務(wù)器連接一個(gè)打印提供者，打印提供者是指定的打印機(jī)服務(wù)或者驅(qū)動(dòng)程序的抽象。打印提供者創(chuàng)建和管理一個(gè)指定的打印工作隊(duì)列。一個(gè)簡(jiǎn)單的打印提供 者可以向整個(gè)打印機(jī)類提供服務(wù)，本地，遠(yuǎn)程，網(wǎng)絡(luò)的打印提供者都被包含在WIN2000中。

　　不同的打印機(jī)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有時(shí)需要特殊的打印提供者，例如:　 Novell　INC　提供給WIN2000設(shè)計(jì)了一個(gè)直接輸出到網(wǎng)絡(luò)打印服務(wù)的打印提供者。

　　GDI必須轉(zhuǎn)換程序的畫(huà)圖命令成為打印機(jī)使用的特殊格式，GDI依靠打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序工作， 打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序由打印機(jī)繪圖DLL和打印機(jī)接口DLL組成。

　　打印機(jī)繪圖DLL負(fù)責(zé)給指定的打印機(jī)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，在WIN2000中，打印機(jī)繪圖DLL可以放置在用戶模式或者內(nèi)核模式中，用戶模式放置在可以產(chǎn)生高的系統(tǒng)可靠性和靈活的配置。

　　打印機(jī)繪圖DLL的接口函數(shù)的前綴是Drv，這些接口函數(shù)在GDI轉(zhuǎn)換命令時(shí)被調(diào)用。

　　打印機(jī)繪圖DLL負(fù)責(zé)依照用戶的參數(shù)配置打印機(jī)設(shè)備，例如:　多進(jìn)紙盒的打印機(jī)需要被設(shè)定缺省的紙張大小和進(jìn)紙盒。打印機(jī)繪圖DLL通過(guò)構(gòu)建一個(gè)或者多個(gè)配置窗體的形式提供給用戶接口，這些配置窗體上有一些標(biāo)準(zhǔn)的Windows控件，通過(guò)它可以方便的配置打印機(jī)。

　　多媒體驅(qū)動(dòng)程序

　　Windows 2000提供了內(nèi)核流(KS)去支持多媒體驅(qū)動(dòng)程序像聲卡驅(qū)動(dòng)程序，電視卡驅(qū)動(dòng)程序等。KS由過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序和功能驅(qū)動(dòng)程序組成，應(yīng)用軟件將KS和方法，事 件，等來(lái)自組件對(duì)象模型(COM)的東西于KS結(jié)合，這些機(jī)制應(yīng)用于四種提供給應(yīng)用程序的KS對(duì)象:　過(guò)濾器，針腳，時(shí)鐘，分配算符。每一個(gè)提供給應(yīng)用程 序的KS對(duì)象都是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I/O文件對(duì)象。

　　過(guò)濾器對(duì)象(FILTER)(用以區(qū)別過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序)是顯露給用戶的執(zhí)行多媒體操作的高層實(shí)體，例如:　應(yīng)用程序可以打開(kāi)一個(gè)聲卡的話筒過(guò)濾器。

　　針腳對(duì)象(PINS)是FILTER的子對(duì)象，它是設(shè)備的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(輸入或者輸出)，例如:　一個(gè)話筒過(guò)濾器可能給輸入提供一個(gè)針腳對(duì)象，一個(gè)輸出針腳對(duì)象然后去獲得(讀)那個(gè)數(shù)字化的信號(hào)。

　　時(shí)鐘對(duì)象(CLOCK)給多媒體設(shè)備提供(在有請(qǐng)求時(shí)鐘的情況下)一個(gè)實(shí)時(shí)鐘，當(dāng)時(shí)間到的情況下，時(shí)鐘對(duì)象將發(fā)送給應(yīng)用程序一個(gè)事件。

　　分配算符對(duì)象(Allocator)給多媒體設(shè)備提供一個(gè)直接內(nèi)存接口。這些內(nèi)存可以通過(guò)Allocator去分配或者釋放。

　 　Windows 2000擁有一個(gè)通用的類驅(qū)動(dòng)器Stream.sys，在多數(shù)情況下，必須編寫(xiě)一個(gè)MINI驅(qū)動(dòng)器去支持指定的像聲卡，攝像機(jī)的設(shè)備。制造商提供的 MINI驅(qū)動(dòng)器利用類驅(qū)動(dòng)器(包括緩沖器和DMA支持)去支持設(shè)備指定的動(dòng)作，類驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行Windows 2000的KS的抽象。

　　網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序

　　網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序使用ISO的開(kāi)放的系統(tǒng)互連網(wǎng)羅標(biāo)準(zhǔn)(OSI)，這是一個(gè)七層的模型，它的頂層是應(yīng)用軟件層，底層是硬件連接和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)給大多數(shù)的平臺(tái)提供網(wǎng)絡(luò)的硬件接口，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序是寫(xiě)給指定的NIC的驅(qū)動(dòng)程序。

　　網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序接口規(guī)范(NDIS)給NIC驅(qū)動(dòng)程序提供庫(kù)支持，通常只允許NIC廠商提供管理硬件特殊細(xì)節(jié)的MINI驅(qū)動(dòng)程序，更高層的NDIS(中間驅(qū)動(dòng)程序，協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序)在需要的時(shí)候提供媒體轉(zhuǎn)換，過(guò)濾。分層的NDIS如圖1.7所示。

　　WIN2000提供一個(gè)分層的內(nèi)核模式軟件傳輸驅(qū)動(dòng)接口(TDI)，這個(gè)分層的在NDIS層和高層軟件抽象像插座和NetBIOS，TDI層使WIN2000的高層結(jié)構(gòu)具有更多的可移植性。


圖1.7網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序接口規(guī)范

　　小結(jié)

　　WIN2000為應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)提供充足的體系結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，這需要驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)者花費(fèi)巨大的心血。WIN2000 I/O處理過(guò)程圖解是復(fù)雜的，但是必須的。這是對(duì)理解WIN2000中有什幺驅(qū)動(dòng)器，以及這些驅(qū)動(dòng)器在什幺位置是有益的。