フィルター ドライバーの BypassIO

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BypassIO について

Windows 11 以降、BypassIO は、ファイルから読み取るための最適化された I/O パスとして追加されました。 このパスの目的は、読み取りの CPU オーバーヘッドを削減することです。これは、Windows で次世代ゲームを読み込んで実行する I/O の要求を満たすのに役立ちます。 BypassIO は、Windows で DirectStorage をサポートするためのインフラストラクチャの一部です。

ミニフィルターで BypassIO のサポートを実装し、可能な限り BypassIO を有効にしておくことが重要です。 フィルターのサポートがないと、ゲームのパフォーマンスが低下し、エンド ユーザーのゲーム エクスペリエンスが低下します。

今後の Windows リリースでは、ゲーム以外にも広範なアプリケーションの使用が予定されています。

BypassIO はハンドルごとの概念です。 BypassIO が要求されるとき、それは明示的なファイル ハンドルに対するものです。 BypassIO は、そのファイルの他のハンドルには影響しません。

このインフラストラクチャの一部として、FSCTL_MANAGE_BYPASS_IO および同等の IOCTL_STORAGE_MANAGE_BYPASS_IO が追加されました。 FSCTL_MANAGE_BYPASS_IO はミニフィルターが処理しますが、IOCTL_STORAGE_MANAGE_BYPASS_IO はファイル システムによってボリューム スタックとストレージ スタックに送信されます。 これらの制御コードは、診断できるように設計されています。これらはどちらも BypassIO 要求に失敗したドライバーの ID と、拒否する理由を返します。

このページでは、ファイル システムのフィルター スタックとストレージ スタックのアーキテクチャの詳細と、ミニフィルター ドライバーで BypassIO を実装する方法について説明します。 ストレージ ドライバーに固有の BypassIO の情報については、「記憶域ドライバーの BypassIO」を参照してください。

BypassIO サポートの範囲

Windows 11 以降では、BypassIO は次のようにサポートされています。

  • Windows クライアント システムのみ。 サーバー システムのサポートは、将来のリリースで追加されます。

  • NVMe ストレージ デバイスのみ。 他のストレージ テクノロジのサポートは、今後のリリースで追加される予定です。

  • NTFS ファイル システムのみ。 他のファイル システムのサポートは、今後のリリースで追加されます。

  • キャッシュされていない読み取りのみがサポートされます。 キャッシュされていない書き込みのサポートは、将来のリリースで追加されます。

  • ファイルでのみサポートされます (ディレクトリまたはボリュームのハンドルではサポートされません)。

BypassIO のしくみ

BypassIO が有効な FileHandle で NtReadFile が呼び出されると、通常、この操作は、ファイル システム スタック、ボリューム スタック、ストレージ スタック全体を経由する従来の I/O スタックを通過しません。 そうではなく、操作は I/O マネージャーから (NTFS) ファイル システム、次にディスク (classpnp) ドライバー、それから StorNVMe ドライバーへと直接フローします。 完全に BypassIO が有効な FileHandle では、次のようになります。

  • すべてのファイル システム フィルターがスキップされます。
  • すべてのボリューム スタック フィルターがスキップされます。
  • ディスク ドライバー上、およびディスク ドライバーと StorNVMe ドライバーの間にある、すべてのストレージ スタック フィルターとドライバーがスキップされます。

BypassIO がファイル システムのフィルター スタックではサポートされていて、ボリューム スタックとストレージ スタックの一方または両方ではサポートされていないシナリオでは、読み取り IO の送信はフィルター スタックをバイパスしますが、ボリューム スタックやストレージ スタックは引き続き経由します。 このレベルのサポートは、部分 BypassIO と呼ばれます。

Image that shows the traditional I O path for a read request.

Image that shows the Bypass I O path for a read request.

BypassIO の DDI の変更と追加

BypassIO のサポートを提供するため、フィルター ドライバーに関連する次の DDI が追加されました。

さらに、次の DDI が BypassIO をサポートするように変更されました。

  • BypassIoOpenCount フィールドが FSRTL_ADVANCED_FCB_HEADER 構造体に追加されました。 ファイル システムは、このフィールドを使って、現在 BypassIO が有効になっているストリーム上の一意の FileObject の数を保持します。 このフィールドの追加により、構造体のサイズが大きくなります。 Windows 11 以降で使用する構造体のバージョンは FSRTL_FCB_HEADER_V4 です。

BypassIO が有効なハンドルに対する他の操作の影響

ハンドルで BypassIO を有効にしても、他のハンドルには影響しません。 ただし、次のシナリオのような、BypassIO が有効なハンドルに対する他の操作は、BypassIO の使用に影響します。

  • BypassIO が有効で機能しているファイルに対してハンドル A を開いている場合に、他のユーザー (別のスレッドやプロセスなど) がハンドル B を開いてキャッシュ IO やメモリ マップ IO を実行すると、ハンドル B が閉じられるまで、ハンドル A での BypassIO は一時的に中断されます。 代わりに、システムは従来の I/O パスを使って、古いデータが発生しないことを保証します。 システムは、すべてのデータ セクションとキャッシュ マップが破棄されるまで、そのハンドルで従来の I/O パスを使い続けるため、BypassIO を再開するにはフィルターでハンドルのファイルを閉じる必要があります。

  • BypassIO が有効なファイルがスパースとしてマークされている場合、すべての BypassIO 操作は従来の I/O パスを使って開始します。

  • BypassIO が有効なファイルを最適化している間は、すべての BypassIO 操作で従来の I/O パスが使われます。 最適化が完了すると、システムはそのハンドルの BypassIO パスに戻ります。

ミニフィルターでの BypassIO のサポートの実装

INF または MANIFEST ファイルを更新する

Windows 11 以降では、フィルター開発者はドライバーの INF または MANIFEST ファイルの SupportedFeatures に SUPPORTED_FS_FEATURES_BYPASS_IO を追加する必要があります。 (管理者特権でのコマンド プロンプトで「fltmc instances」と入力して、すべてのアクティブなフィルターの "SprtFtrs" 値を確認できます)。

Note

BypassIO をサポートできないフィルターでは、引き続き SupportedFeatures 状態に SUPPORTED_FS_FEATURES_BYPASS_IO を追加し、理由を指定してフィルター内で適切に拒否する必要があります。

ミニフィルターでは、可能な限り BypassIO の拒否を最小限にすることをお勧めします。

BypassIO が有効にされているボリュームにアタッチされたミニフィルターで、SUPPORTED_FS_FEATURES_BYPASS_IO を含むように SupportedFeatures の設定を更新していない場合、そのボリュームでのすべての BypassIO 操作はすぐにブロックされ、従来の I/O パスにフォールバックするので、ゲームのパフォーマンスが低下します。

IRP_MJ_READ または IRP_MJ_WRITE をフィルター処理しないミニフィルターは、SupportedFeatures に SUPPORTED_FS_FEATURES_BYPASS_IO を追加した場合と同様に、BypassIO のサポートに自動的にオプトインされます。

オプトインしていないミニフィルターがアタッチされている場合、スタックでの FS_BPIO_OP_ENABLE と FS_BPIO_OP_QUERY 操作は失敗します。

BypassIO 要求のサポートを実装する

ミニフィルターでは、FSCTL_MANAGE_BYPASS_IO 制御コードを通して送信される BypassIO 要求のサポートを追加する必要があります。 詳しくは、「BypassIO 操作のサポート」をご覧ください。

BypassIO が機能しているかどうかの判断

FS_BPIO_OP_QUERY 操作を指定する FSCTL_MANAGE_BYPASS_IO を発行する fsutil コマンドが追加されました。 表示された結果は、BypassIO を妨げている最初のドライバーとその理由を示します。

> fsutil bypassIo state /v <path>

<path> にはボリューム、ディレクトリ、または特定のファイル名を指定でき、/v はオプションの詳細フラグです。

この最初の例では、WOF ミニフィルターが BypassIO にオプトインしていないものとします。 fsutil bypassIo state c:\ コマンドを実行すると、次の出力が得られます。

BypassIo on "c:\" is not currently supported.
Status: 506 (At least one minifilter does not support bypass IO)
Driver: wof.sys
Reason: The specified minifilter does not support bypass IO.

この 2 番目の例では、BitLocker が有効になっているシステムで fsutil bypassIO state /v c:\ を実行すると、次の出力が得られます。

BypassIo on "c:\" is partially supported
    Volume stack bypass is disabled (fvevol.sys)
      Status:  495 (The specified operation is not supported while encryption is enabled on the target object)
      Reason:  BitLocker Drive Encryption is enabled.
    Storage Type:   NVMe
    Storage Driver: BypassIo compatible
    Driver Name:    stornvme.sys

NTFS 固有の動作

NTFS 常駐ファイルで BypassIO を有効にできます。ただし、ファイルは常駐している限り、従来の I/O パスを使用します。 ファイルへの書き込みによってファイルが常駐ではなくなると、システムは BypassIO パスを使うように切り替えます。

BypassIO がアクティブなファイルでは NTFS 圧縮を有効にできません。

NTFS 暗号化は、BypassIO がアクティブなファイルで有効にできます。 BypassIO は一時停止されます。

BypassIO は、オフロードの読み取り/書き込み操作には影響しません。