我長期網(wǎng)上為各位項目經(jīng)理充當(dāng)“技術(shù)實現(xiàn)者”的角色。我感覺Windows文件系統(tǒng)驅(qū)動的開發(fā)能找到的資料比較少。為了讓技術(shù)經(jīng)驗不至于遺忘和引起大家交流的興趣我以我的工作經(jīng)驗撰寫本教程。
我的理解未必正確，有錯誤的地方望多多指教。有問題歡迎與我聯(lián)系。我們也樂于接受各種驅(qū)動項目的開發(fā)。郵箱為MFC_Tan_Wen@163.com,QQ為16191935。
對于這本教程，您可以免費獲得并隨意修改，向任何網(wǎng)站轉(zhuǎn)貼。但是不得剽竊任何內(nèi)容作為任何贏利出版物的全部或者部分。
1. 概述，鉆研目的和準(zhǔn)備
我經(jīng)常在網(wǎng)上碰到同行請求開發(fā)文件系統(tǒng)驅(qū)動。windows的pc機上以過濾驅(qū)動居多。其目的不外乎有以下幾種：
一是用于防病毒引擎。希望在系統(tǒng)讀寫文件的時候，捕獲讀寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容，然后檢測其中是否含有病毒代碼。
二是用于加密文件系統(tǒng)，希望在文件寫過程中對數(shù)據(jù)進行加密，在讀的過程中進行解密。
三是設(shè)計透明的文件系統(tǒng)加速。讀寫磁盤的時候，合適的cache算法是可以大大提高磁盤的工作效率。windows本身的cache算法未必適合一些特殊的讀寫
磁盤操作（如流媒體服務(wù)器上讀流媒體文件）。設(shè)計自己的cache算法的效果，我已在工作中有所感受。
如果你剛好有以上此類的要求，你可以閱讀本教程。
文件系統(tǒng)驅(qū)動是windows系統(tǒng)中最復(fù)雜的驅(qū)動種類之一。不能對ifsddk中的幫助抱太多希望，以我的經(jīng)驗看來，文件系統(tǒng)相關(guān)的ddk幫助極其簡略，很多重要的部分僅僅輕描淡寫的帶過。如果安裝了ifsddk，應(yīng)該閱讀srcfilesysOSR_docs下的文檔。而不僅僅是ddk幫助。
文件系統(tǒng)驅(qū)動開發(fā)方面的書籍很少。中文資料我僅僅見過侯捷翻譯過的一本驅(qū)動開發(fā)的書上有兩三章涉及，也僅僅是只能用于9x的vxd驅(qū)動。NT文件系統(tǒng)我見過一本英文書。我都不記得這兩本書的書名了。
如果您打算開發(fā)9x或者nt文件系統(tǒng)驅(qū)動,建議你去網(wǎng)上下載上文提及的書。那兩本書都有免費的電子版本下載。如果你打算開發(fā)Windows2000WindowsXPWindow2003的文件系統(tǒng)驅(qū)動，你可以閱讀本教程。雖然本教程僅僅講述文件系統(tǒng)過濾驅(qū)動。但是如果您要開發(fā)一個全新的文件系統(tǒng)驅(qū)動的話，本教程依然對你有很大的幫助。
學(xué)習(xí)文件系統(tǒng)驅(qū)動開發(fā)之前，應(yīng)該在機器上安裝ifsddk。ddk版本越高級，其中頭文件中提供的系統(tǒng)調(diào)用也越多。經(jīng)常有人詢問如xpddk編譯的驅(qū)動能不能在2000上運行等等的問題。我想可以這樣解釋：高級版本的ddk應(yīng)該總是可以編譯低級驅(qū)動的代碼，而且得到的二進制版本也總是可以在低級系統(tǒng)上運行。但是反過來就未必可以了。如果在高級系統(tǒng)上編寫用于低級系統(tǒng)上的驅(qū)動，要非常認真的注意僅僅調(diào)用低級系統(tǒng)上有的系統(tǒng)調(diào)用。
ifsddk可以在某些ftp上免費下載。
我的使用的是ifs ddk for xp,但是我實際用來開發(fā)的兩臺機器有一臺是windows 2000，另一臺是windows 2003.我盡量使我編譯出來的驅(qū)動，可以在2000xp2003三種系統(tǒng)上都通過測試。
安裝配置ddk和在vc中開發(fā)驅(qū)動的方法網(wǎng)上有很多的介紹。ifsddk安裝之后，src目錄下的filesys目錄下有文件系統(tǒng)驅(qū)動的示例。閱讀這些代碼你就可以快速的學(xué)會文件系統(tǒng)驅(qū)動開發(fā)。
filter目錄下的sfilter是一個文件系統(tǒng)過濾驅(qū)動的例子。另一個filespy完全是用這個例子的代碼加工得更復(fù)雜而已。
如何用ddk編譯這個例子請自己查看相關(guān)的資料。
文件系統(tǒng)過濾驅(qū)動編譯出來后你得到的是一個擴展名為sys的文件。同時你需要寫一個.inf文件來實現(xiàn)這個驅(qū)動的安裝。我這里不討論.inf文件的細節(jié)，你可以直接用sfilter目錄下的inf文件修改。
對inf文件點鼠標(biāo)右鍵彈出菜單選擇“安裝”，即可安裝這個過濾驅(qū)動。但是必須重新啟動系統(tǒng)才生效。
如果重啟后藍屏無法啟動，可以用其他方式引導(dǎo)系統(tǒng)后到system32drivers目錄下刪除你的.sys文件再重啟即可。我嘗試這種情況下用安全模式結(jié)果還是藍屏。所以我后來不得不在機器上裝了兩個2000系統(tǒng)。雙系統(tǒng)情況下，一個系統(tǒng)崩潰了用另一個系統(tǒng)啟動，刪除原來的驅(qū)動即可。
如果要調(diào)試代碼，請安裝softice.
打開sfilter目錄下的文件sources（這個文件沒有擴展名），加入一行
BROWSER_INFO=1
然后打開Symbol Loader,File->Open選中你編譯出來的xxx.sys,Modul->Load,Modul->Translate,然后就可以調(diào)試了。
打開softice,輸入file *就可以看見代碼。
如果準(zhǔn)備好了，我們就可以開始琢磨windows文件系統(tǒng)過濾驅(qū)動的開發(fā)了。
1. hello world,驅(qū)動對象與設(shè)備對象
這里所說的驅(qū)動對象是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在DDK中名為DRIVER_OBJECT。任何驅(qū)動程序都對應(yīng)一個DRIVER_OBJECT.如何獲得本人所寫的驅(qū)動對應(yīng)的DRIVER_OBJECT呢？驅(qū)動程序的入口函數(shù)為DriverEntry,因此，當(dāng)你寫一個驅(qū)動的開始，你會寫下如下的代碼：
NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, IN PUNICODE_STRING RegistryPath )
{
}
這個函數(shù)就相當(dāng)與喜歡c語言的你所常用的main().IN是無意義的宏，僅僅表明后邊的參數(shù)是一種輸入，而對應(yīng)的OUT則代表這個參數(shù)是一種返回。這里沒有使用引用,因此如果想在參數(shù)中返回結(jié)果，一律傳入指針。
DriverObject就是你所寫的驅(qū)動對應(yīng)的DRIVER_OBJECT,是系統(tǒng)在加載你的驅(qū)動時候所分配的。RegisteryPath是專用于你記錄你的驅(qū)動相關(guān)參數(shù)的注冊表路徑。
DriverObject重要之處，在于它擁有一組函數(shù)指針，稱為dispatch functions.
開發(fā)驅(qū)動的主要任務(wù)就是親手撰寫這些dispatch functions.當(dāng)系統(tǒng)用到你的驅(qū)動，會向你的DO發(fā)送IRP（這是windows所有驅(qū)動的共同工作方式）。你的任務(wù)是在dispatch function中處理這些請求。你可以讓irp失敗，也可以成功返回，也可以修改這些irp，甚至可以自己發(fā)出irp。
設(shè)備對象則是指DEVICE_OBJECT.下邊簡稱DO.
但是實際上每個irp都是針對DO發(fā)出的。只有針對由該驅(qū)動所生成的DO的IRP,
才會發(fā)給該驅(qū)動來處理。
當(dāng)一個應(yīng)用程序打開文件并讀寫文件的時候，windows系統(tǒng)將這些請求變成irp發(fā)送給文件系統(tǒng)驅(qū)動。
文件系統(tǒng)過濾驅(qū)動將可以過濾這些irp.這樣，你就擁有了捕獲和改變文件系統(tǒng)操作的能力。
象Fat32,NTFS這樣的文件系統(tǒng)(File System,簡稱FS)，可能生成好幾種設(shè)備。首先文件系統(tǒng)驅(qū)動本身往往生成一個控制設(shè)備（CDO）.這個設(shè)備的主要任務(wù)是修改整個驅(qū)動的內(nèi)部配置。因此一個Driver只對應(yīng)一個CDO.
另一種設(shè)備是被這個文件系統(tǒng)Mount的Volume。一個FS可能有多個Volume,也可能一個都沒有。解釋一下，如果你有C:,D:,E:,F:四個分區(qū)。C:,D:為NTFS,E:,F:為Fat32.那么C:,D:則是Fat的兩個Volume設(shè)備對象.
實際上"C:"是該設(shè)備的符號連接（Symbolic Link）名。而不是真正的設(shè)備名?？梢源蜷_Symbolic Links Viewer,能看到：
C: DeviceHarddiskVolume1
因此該設(shè)備的設(shè)備名為“DeviceHarddiskVolume1”.
這里也看出來，文件系統(tǒng)驅(qū)動是針對每個Volume來生成一個DeviceObject,而不是針對每個文件的。實際上對文件的讀寫的irp,都發(fā)到Volume設(shè)備對象上去了。并不會生成一個“文件設(shè)備對象”。
掌握了這些概念的話，我們現(xiàn)在用簡單的代碼來生成我們的CDO,作為我們開發(fā)文件系統(tǒng)驅(qū)動的第一步牛刀小試。
我不喜歡用微軟風(fēng)格的代碼。太長而且難看。我對大部分數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)進行了重定義。為此我寫了一個名為wdf.h的頭文件幫助我轉(zhuǎn)換。有興趣的讀者可以發(fā)郵件向索取這個文件。沒有也沒有關(guān)系，我總是會寫出wd_xxx系列的東西在DDK中的原形。
// -----------------wdf_filter.c中的內(nèi)容-------------------------
#include "wdf.h"
wd_stat wdff_cdo_create(in wd_drv *driver,
in wd_size exten_len,
in wd_ustr *name,
out wd_dev **device)
{
return wd_dev_create(
driver,
exten_len,
name,
wd_dev_disk_fs,
wdf_dev_secure_open,
wd_false,
device);
}
wd_stat wd_main(in wd_drv* driver,
in wd_ustr* reg_path)
{
wd_ustr name;
wd_stat status = wd_stat_suc;
// 然后我生成控制設(shè)備,雖然現(xiàn)在我的控制設(shè)備什么都不干
wd_ustr_init(&name,L"\FileSystem\Filters\our_fs_filter");
status = wdff_cdo_create(driver,0,&name,&g_cdo);
if(!wd_suc(status))
{
if(status == wd_stat_path_not_found)
{
// 這種情況發(fā)生于FileSystemFilters路徑不存在。這個路徑是
// 在xp上才加上的。所以2000下會運行到這里
wd_ustr_init(&name,L"\FileSystem\our_fs_filter");
status = wdff_cdo_create(driver,0,&name,&g_cdo);
};
if(!wd_suc(status))
{
wd_printf0("error: create cdo failed.rn");
return status;
}
}
wd_printf0("success: create cdo ok.rn");
return status;
}
為了讓代碼看起來象上邊的那樣，我不得不做了很多轉(zhuǎn)換。如
#define DriverEntry wd_main
一種爽的感覺，終于可以在寫看起來更象是main()的函數(shù)中工作了。 wd_dev_create 這個函數(shù)內(nèi)部調(diào)用的是IoCreateDevice.而wd_suc實際上是SUCCESS()這樣的宏。
// ----------------------wdf.h中的內(nèi)容------------------------------
#include "ntifs.h"
#define in IN
#define out OUT
#define optional OPTIONAL
#define wd_ustr UNICODE_STRING
#define wdp_ustr PUNICODE_STRING
#define wd_main DriverEntry
// 設(shè)備、驅(qū)動對象類型
typedef DRIVER_OBJECT wd_drv;
typedef DEVICE_OBJECT wd_dev;
typedef DRIVER_OBJECT wd_pdrv;
typedef PDEVICE_OBJECT wd_pdev;
enum {
wd_dev_disk_fs = FILE_DEVICE_DISK_FILE_SYSTEM,
wd_dev_cdrom_fs = FILE_DEVICE_CD_ROM_FILE_SYSTEM,
wd_dev_network_fs = FILE_DEVICE_NETWORK_FILE_SYSTEM
};
// 狀態(tài)相關(guān)的類型和宏
typedef NTSTATUS wd_stat;
enum {
wd_stat_suc = STATUS_SUCCESS,
wd_stat_path_not_found = STATUS_OBJECT_PATH_NOT_FOUND,
wd_stat_insufficient_res = STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES,
wd_stat_invalid_dev_req = STATUS_INVALID_DEVICE_REQUEST,
wd_stat_no_such_dev = STATUS_NO_SUCH_DEVICE,
wd_stat_image_already_loaded = STATUS_IMAGE_ALREADY_LOADED,
wd_stat_more_processing = STATUS_MORE_PROCESSING_REQUIRED,
wd_stat_pending = STATUS_PENDING
};
_inline wd_bool wd_suc(wd_stat state)
{
return NT_SUCCESS(state);
}
#define wd_printf0 DbgPrint
_inline wd_void wd_ustr_init(in out wd_ustr* str,
in const wd_wchar* chars)
{
RtlInitUnicodeString(str,chars);
};
_inline wd_void wd_ustr_init_em(
in out wd_ustr*str,
in wd_wchar *chars,
in wd_size size)
{
RtlInitEmptyUnicodeString(str,chars,size);
};
wdf.h這個文件我僅僅節(jié)選了需要的部分。以上您已經(jīng)擁有了一個簡單的“驅(qū)動”的完整的代碼。它甚至可以編譯，安裝（請修改sfilter.inf文件，其方法不過是將多處sfilter改為"our_fs_filter",希望這個過程中您不會出現(xiàn)問題）。然后把wdf.h和wdf_filter.c放在您新建立的目錄下，這個目錄下還應(yīng)該有另兩個文件。一個是Makefile,請從sfilter目錄下拷貝。另一個是SOURCES，請輸入如下內(nèi)容：
TARGETNAME=our_fs_filter
TARGETPATH=obj
TARGETTYPE=DRIVER
DRIVERTYPE=FS
BROWSER_INFO=1
SOURCES=wdf_filter.c
使用ddk編譯之后您將得到our_fs_filter.sys.把這個文件與前所描述的inf文件同一目錄，按上節(jié)所敘述方法安裝。
這個驅(qū)動不起任何作用，但是你已經(jīng)成功的完成了"hello world".
2. 分發(fā)例程,fast io
上一節(jié)僅僅生成了控制設(shè)備對象。但是不要忘記，驅(qū)動開發(fā)的主要工作是撰寫分發(fā)例程(dispatch functions.).接上一接，我們已經(jīng)知道自己的DriverObject保存在上文代碼的driver中?，F(xiàn)在我寫如下一個函數(shù)來指定一個默認的dispatch function給它。
//-----------------wdf.h中的代碼----------------------
typedef PDRIVER_DISPATCH wd_disp_fuc;
_inline wd_void wd_drv_set_dispatch(in wd_drv* driver,
in wd_disp_fuc disp)
{
wd_size i;
for (i = 0; i <= IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION; i++)
driver->MajorFunction = disp;
}
在前邊的wd_main中，我只要加
wd_drv_set_dispatch(driver,my_dispatch_func);
就為這個驅(qū)動指定了一個默認的Dispatch Function.所有的irp請求，都會被發(fā)送到這個函數(shù)。但是，我可能不希望這個函數(shù)處理過于復(fù)雜，而希望把一些常見的請求獨立出來，如Read,Write,Create,Close,那我又寫了幾個函數(shù)專門用來設(shè)置這幾個Dispatch Functions.
//-----------------wdf.h中的代碼----------------------
_inline wd_void wd_drv_set_read(
in wd_drv* driver,
in wd_disp_fuc read)
{
driver->MajorFunction[IRP_MJ_READ] = read;
}
_inline wd_void wd_drv_set_write(
in wd_drv* driver,
in wd_disp_fuc write)
{
driver->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE] = write;
}
wd_void wd_drv_set_create(in wd_drv* driver,
in wd_disp_fuc create)
{
driver->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = create;
driver->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE_NAMED_PIPE] = create;
driver->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE_MAILSLOT] = create;
}
wd_void wd_drv_set_file_sys_control(in wd_drv* driver,
in wd_disp_fuc control)
{
driver->MajorFunction[IRP_MJ_FILE_SYSTEM_CONTROL] = control;
}
wd_void wd_drv_set_clean_up(in wd_drv* driver,
in wd_disp_fuc clean_up)
{
driver->MajorFunction[IRP_MJ_CLEANUP] = clean_up;
}
wd_void wd_drv_set_close(in wd_drv* driver,
in wd_disp_fuc close)
{
driver->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = close;
}
別看我羅列n多代碼，其實就是在設(shè)置driver->MajorFunction這個數(shù)組而已。因此在wd_main對dispatch functions的設(shè)置，就變成了下邊這樣的：
// 開始設(shè)置幾個分發(fā)例程
wd_drv_set_dispatch(driver,my_disp_default);
wd_drv_set_create(driver,my_disp_create);
wd_drv_set_clean_up(driver,my_disp_clean_up);
wd_drv_set_file_sys_control(driver,my_disp_file_sys_ctl);
wd_drv_set_close(driver,my_disp_close);
wd_drv_set_read(driver,my_disp_read);
wd_drv_set_write(driver,my_disp_write);
下面的任務(wù)都在寫my_xxx系列的這些函數(shù)了。但是對于這個DriverObject的設(shè)置，還并不是僅僅這么簡單。
由于你的驅(qū)動將要綁定到文件系統(tǒng)驅(qū)動的上邊，文件系統(tǒng)除了處理正常的IRP之外，還要處理所謂的FastIo.FastIo是Cache Manager調(diào)用所引發(fā)的一種沒有irp的請求。換句話說，除了正常的Dispatch Functions之外，你還得為DriverObject撰寫另一組Fast Io Functions.這組函數(shù)的指針在driver->FastIoDispatch.我不知道這個指針留空會不會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。在這里本來是沒有空間的，所以為了保存這一組指針，你必須自己分配空間。
下面是我常用的內(nèi)存分配函數(shù)。
//-----------------wdf.h中的代碼----------------------
// 最簡單的分配內(nèi)存的函數(shù)，可以指定分頁非分頁
_inline wd_pvoid wd_malloc(wd_bool paged,wd_size size)
{
if(paged)
return ExAllocatePool(PagedPool,size);
else
return ExAllocatePool(NonPagedPool,size);
}
// 釋放內(nèi)存
_inline wd_void wd_free(wd_pvoid point)
{
ExFreePool(point);
}
_inline wd_void wd_memzero(
wd_pvoid point,
wd_size size)
{
RtlZeroMemory(point,size);
}
有了上邊的基礎(chǔ)，我就可以自己寫一個初始化FastIoDispatch指針的函數(shù)。
//-----------------wdf.h中的代碼----------------------
wd_bool wd_fio_disp_init(wd_drv *driver,wd_ulong size)
{
wd_fio_disp *disp = wd_malloc(wd_false,size);
if(disp == wd_null)
return wd_false;
wd_memzero((wd_pvoid)disp,size);
driver->FastIoDispatch = disp;
driver->FastIoDispatch->SizeOfFastIoDispatch = size;
return wd_true;
}
這個函數(shù)為FastIoDispacth指針分配足夠的空間并填寫它的大小。下面是再寫一系列的函數(shù)來設(shè)置這個函數(shù)指針數(shù)組。實際上，F(xiàn)astIo接口函數(shù)實在太多了，所以我僅僅寫出這些設(shè)置函數(shù)的幾個作為例子：
//-----------------wdf.h中的代碼----------------------
_inline wd_void wd_fio_disp_set_query_standard(
wd_drv *driver,
wd_fio_query_standard_func func)
{
driver->FastIoDispatch->FastIoQueryStandardInfo = func;
}
_inline wd_void wd_fio_disp_set_io_lock(
wd_drv *driver,
wd_fio_io_lock_func func)
{
driver->FastIoDispatch->FastIoLock = func;
}
_inline wd_void wd_fio_disp_set_io_unlock_s(
wd_drv *driver,
wd_fio_unlock_single_func func)
{
driver->FastIoDispatch->FastIoUnlockSingle = func;
}
...
好，如果你堅持讀到了這里，應(yīng)該表示祝賀了。我們回顧一下，wd_main中，應(yīng)該做哪些工作。
a.生成一個控制設(shè)備。當(dāng)然此前你必須給控制設(shè)置指定名稱。
b.設(shè)置Dispatch Functions.
c.設(shè)置Fast Io Functions.
// ----------------wd_main 的近況----------------------------
...
wd_dev *g_cdo = NULL;
wd_stat wd_main(in wd_drv* driver,
in wd_ustr* reg_path)
{
wd_ustr name;
wd_stat status = wd_stat_suc;
// 然后我生成控制設(shè)備,雖然現(xiàn)在我的控制設(shè)備什么都不干
wd_ustr_init(&name,L"\FileSystem\Filters\our_fs_filters");
status = wdff_cdo_create(driver,0,&name,&g_cdo);
if(!wd_suc(status))
{
if(status == wd_stat_path_not_found)
{
// 這種情況發(fā)生于FileSystemFilters路徑不存在。這個路徑是
// 在xp上才加上的。所以2000下可能會運行到這里
wd_ustr_init(&name,L"\FileSystem\our_fs_filters");
status = wdff_cdo_create(driver,0,&name,&g_cdo);
};
if(!wd_suc(status))
{
wd_printf0("error: create cdo failed.rn");
return status;
}
}
wd_printf0("success: create cdo ok.rn");
// 開始設(shè)置幾個分發(fā)例程
wd_drv_set_dispatch(driver,my_disp_default);
wd_drv_set_create(driver,my_disp_create);
wd_drv_set_clean_up(driver,my_disp_clean_up);
wd_drv_set_file_sys_control(driver,my_disp_file_sys_ctl);
wd_drv_set_close(driver,my_disp_close);
wd_drv_set_read(driver,my_disp_read);
wd_drv_set_write(driver,my_disp_write);
// 指定fast io處理函數(shù)
if(!wd_fio_disp_init(driver,sizeof(wd_fio_disp)))
{
wd_dev_del(g_cdo);
wd_printf0("error: fast io disp init failed.rn");
return wd_stat_insufficient_res;
}
// 下面指定的這些函數(shù)都定義在wdf_filter_fio.h中,其實這些函數(shù)都統(tǒng)
// 一的返回了false
wd_fio_disp_set_check(
driver,
my_fio_check);
wd_fio_disp_set_read(
driver,
my_fio_read);
wd_fio_disp_set_write(
driver,
my_fio_write);
wd_fio_disp_set_query_basic(
driver,
my_fio_query_basic_info);
...
}
FastIo函數(shù)個數(shù)數(shù)量不明，我只覺得很多。因此不打算全部羅列，以"..."敷衍之。某些讀者可能會認為這些代碼無法調(diào)試安裝。其實您可以參考sfilter中的示例自己完成這些代碼。
使用Fast I/O
在這里我們將講述Fast I/O的基本原理，簡單描述各種各樣的Fast I/O調(diào)用，以及得出如何使用此接口來提高程序性能的建議性結(jié)論。
Windows NT內(nèi)核模式開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)做法是采用IRP作為基本的與驅(qū)動程序通信的手段，它的優(yōu)點是IRP封裝了上下文所需的詳細操作并且允許從驅(qū)動程序的眾多操作細節(jié)中分離出來。
這個方法在windos NT的分層設(shè)備體系中非常通用，有相當(dāng)多的上層操作請求需要快速響應(yīng)，在這種情況下，上層操作生成IRP決定了整個操作的成本并會導(dǎo)致系統(tǒng)性能的下降。鑒于此，NT系統(tǒng)引入的Fast I/O的概念。這種方法被用在文件系統(tǒng)驅(qū)動，如NTFS，HPFS，F(xiàn)AT和CDFS以及被WinSock使用的傳輸驅(qū)動AFD。
任何驅(qū)動都可以注冊一系列Fast I/O接口，但使用起來還有很大的限制—在這些接口被調(diào)之前需要滿足合適的條件。例如，讀操作和寫操作的Fast I/O接口只有當(dāng)Windows NT cache管理器保留了文件的信息時才被調(diào)用。我們在接下的論述中將會講述這些限制。
當(dāng)然，Windows NT的Fast I/O最讓人郁悶的是關(guān)于它的資料很少，即使文件系統(tǒng)開發(fā)包也沒有講述Fast I/O是如何工作和怎樣來使用Fast I/O。
原理
提供了Fast I/O是非常方便的---許多I/O操作可以對相同的數(shù)據(jù)進行重復(fù)操作。例如和許多流行的操作系統(tǒng)一樣，Windows NT用虛擬內(nèi)存集成了文件系統(tǒng)的緩沖，這樣的系統(tǒng)無論是在使用上還是在感覺上都很有效率。
這種集成的另一原因是Windows NT支持內(nèi)存映射文件。支持讀寫和內(nèi)存映射相同的數(shù)據(jù)要么需要代價很高的cache一致性策略，要么使用NT的策略---將所有數(shù)據(jù)存儲在虛擬內(nèi)存中。這樣，即便是兩個程序用不同的技術(shù)訪問相同的數(shù)據(jù)，也確保了數(shù)據(jù)的一致性。
這種緊密的集成意味著無論是讀還是寫都經(jīng)常是對cache中的數(shù)據(jù)來操作。在查找過程中，這種策略用來調(diào)用一個特殊的程序，此程序?qū)⑻摂M機(VM)的cache中的數(shù)據(jù)移到用戶內(nèi)存中，反之亦然。這樣就避免了生成IRP，并且不需要請求底層的驅(qū)動了。這就是Fast I/O操作的基本功能。
一旦在程序中定義了Fast I/O讀寫接口，那么同時還需要進行一步添加其它的通用Fast I/O操作到Fast I/O鏈中，F(xiàn)ast I/O鏈中有13個接口(在NT3.51中)。在我們接下來要講的各接口過程中，你會明顯地發(fā)現(xiàn)各接口是互相關(guān)聯(lián)的。這些接口包含在FAST_IO_DISPATCH結(jié)構(gòu)中，此結(jié)構(gòu)在ntddk.h中有定義。這個結(jié)構(gòu)的第一個元素表示結(jié)構(gòu)的大小，為以后在結(jié)構(gòu)添加新接口提供了一種向上兼容的機制。
I/O管理器和Fast I/O
I/O管理器在必要的時候負責(zé)調(diào)用Fast I/O接口。Fast I/O調(diào)用返回TRUE或FALSE表示Fast I/O操作是否完成。如果Fast I/O沒有被完成或無效，則會產(chǎn)生一個IPR并發(fā)送到上層驅(qū)動，但是FAST_IO_DISPATCH結(jié)構(gòu)中最近的三個接口卻不是這樣的，它們?yōu)镮/O管理員提供了不同的服務(wù)，接下來我們將討論它們。
FastIoCheckIfPossible
這是在FAST_IO_DISPATCH結(jié)構(gòu)中第一個調(diào)用的，僅被用來作為一般的文件系統(tǒng)庫操作(以FsRtl開頭的函數(shù))。原型如下：
typedef BOOLEAN (*PFAST_IO_CHECK_IF_POSSIBLE)(
IN Struct _FILE_OBJECT *FileObject,
IN PLARGE_INTEGER FileOffset,
IN ULONG Length,
IN BOOLEAN Wait,
IN ULONG LockKey,
IN BOOLEAN CheckForReadOperation,
OUT PIO_STATUS_BLOCK IoStatus,
IN struct _DEVICE_OBJECT *DeviceObject
);
這個函數(shù)被FsRtl庫中提供的通用的Fast I/O函數(shù)調(diào)用，僅用在讀寫操作中，以獲取使用了通用文件緩存管理系統(tǒng)中的讀和寫是否能在文件緩存中被響應(yīng)(由參數(shù)CheckForReadOperation的值決定)。注意，除了這個函數(shù)沒有分配任何數(shù)據(jù)空間外其它參數(shù)和讀寫的Fast I/O接口參數(shù)相似。
FastIoRead and FastIoWrite
當(dāng)對一個已經(jīng)分配了有效數(shù)據(jù)緩存的文件進行讀請求時，這個函數(shù)被I/O管理器調(diào)用。原型如下：
typedef BOOLEAN (*PFAST_IO_READ)(
IN struct _FILE_OBJECT *FileObject,
IN PLARGE_INTEGER FileOffset,
IN ULONG Length,
IN BOOLEAN Wait,
IN ULONG LockKey,
OUT PVOID Buffer,
OUT PIO_STATUS_BLOCK IoStatus,
IN struct _DEVICE_OBJECT *DeviceObject
);
正如前面所講的，基本的調(diào)用參數(shù)和FastIoCheckIfPossible相似，就是多了一個必要的數(shù)據(jù)緩存參數(shù)。要保證所有Fast I/O調(diào)用接口的參數(shù)有效，例如上面的Buffer指針，必需是有效的并且在讀線程的上下文中能使用此指針。
Fast I/O函數(shù)可以完成以下兩件事情之一：第一，當(dāng)操作完成時設(shè)置IoStatus的返回值并給I/O管理器返回TRUE，這時I/O管理器會完成對應(yīng)的I/O操作。第二，直接返回FALSE給I/O管理器使其構(gòu)造一個IRP從而調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的分派例程。
要注意的是返回TRUE并不能保證數(shù)據(jù)被傳輸了。例如，一個從文件結(jié)束處開始的讀請求會設(shè)置IoStatus.Results為STATUS_END_OF_FILE，并且沒有數(shù)據(jù)被復(fù)制。但是當(dāng)一個讀操作讀到了文件的結(jié)尾，這時會將IoStatus.Results設(shè)置為STATUS_END_OF_FILE，返回TRUE，并且將讀到的數(shù)據(jù)復(fù)制到Buffer里。
同樣，返回FALSE并不能說明所有的數(shù)據(jù)沒有被處理。例如，當(dāng)然很少有這種可能，數(shù)據(jù)已經(jīng)被成功處理了，但拋出一個I/O錯誤，或者內(nèi)存不可訪問。
以上任何一種情況出現(xiàn)都會導(dǎo)致不良影響。例如，從緩存讀數(shù)據(jù)時，可能要讀的數(shù)據(jù)并不在緩存中，這時會導(dǎo)致一個頁錯誤，從而會請求文件系統(tǒng)來處理這個頁面錯誤。
Fast I/O的寫函數(shù)與讀函數(shù)不同之處僅僅在于Buffer參數(shù)一個是輸入型而不是輸出型的，其它的基本操作很相似。當(dāng)然，一些錯誤可能不同---介質(zhì)已經(jīng)滿，需要分配新頁等等。
FastIoQueryBasicInfo and FastIoQueryStandardInfo
這兩個操作為標(biāo)準(zhǔn)的NtQueryInformationFile API操作提供了支持，而FastIoQueryBasicInfo也經(jīng)常被用來處理NtCreateFile的特定操作。文件的基本屬性包括創(chuàng)建時間、訪問時間和修改時間，以及隱藏、文件夾或其它屬性等。文件的標(biāo)準(zhǔn)屬性包括文件占用的空間、文件的大小、文件的硬連接號、被請求刪除的標(biāo)志，是否是文件夾的標(biāo)識。
由于這些信息經(jīng)常在緩存中，所以它是FAST I/O操作的最佳候選。其實許多程序用這種方法來獲取文件基本的信息，因為這種方法提高了操作的效率和程序的性能，如文件管理器程序(winfile.exe)。