Руководство по проектированию архитектуры драйвера Kernel-Mode

Примечание

Сведения о программных интерфейсах, которые драйвер может реализовывать или вызывать, см. в справочнике по драйверу в режиме ядра.

В этом разделе содержатся общие понятия, которые помогут вам понять программирование в режиме ядра и описываются конкретные методы программирования ядра. Общие сведения о драйверах Windows см. в статье начало работы с драйверами Windows, в которой представлен общий обзор компонентов Windows, перечислены типы драйверов устройств, используемых в Windows, обсуждаются цели драйверов устройств Windows и рассматриваются общие примеры драйверов устройств, включенные в комплект.

В этом разделе содержатся концептуальные сведения, которые описывают и помогают создавать драйверы в режиме ядра.

• Обзор, содержащий:

  • Общие сведения о компонентах Windows
  • Проектирование Goals для драйверов Kernel-Mode
  • Каталог примеров драйверов Kernel-Mode
  • Рекомендации по разработке драйверов ядра, скомпилированные командой Microsoft Surface

• Компоненты режима ядра описывают основные диспетчеры режима ядра и компоненты операционной системы Windows.

  Компонент	Описание
  Менеджеры
  Диспетчер объектов Windows Kernel-Mode	Управляет объектами: файлами, устройствами, механизмами синхронизации, разделами реестра и т. д.
  Диспетчер памяти Windows Kernel-Mode	Управляет физической памятью операционной системы.
  Диспетчер процессов и потоков Windows Kernel-Mode	Обрабатывает выполнение всех потоков в процессе.
  Диспетчер ввода-вывода Windows Kernel-Mode	Управляет взаимодействием между приложениями и интерфейсами, предоставляемыми драйверами устройств.
  Диспетчер Kernel-Mode Plug and Play Windows	Подсистема диспетчера ввода-вывода, диспетчер Plug and Play (PnP) позволяет компьютеру распознавать, когда устройство добавляется в систему.
  Windows Kernel-Mode Power Manager	Управляет упорядоченным изменением состояния питания для всех устройств, поддерживающих изменения состояния питания.
  Windows Kernel-Mode Configuration Manager	Управляет реестром, например мониторинг изменений в реестре или регистрация обратных вызовов для определенных данных реестра.
  Диспетчер транзакций ядра Windows Kernel-Mode	Реализует обработку транзакций в режиме ядра.
  Эталонный монитор безопасности Windows Kernel-Mode	Предоставляет процедуры для работы драйвера с управлением доступом.
  Libraries
  Библиотека ядра Windows Kernel-Mode	Реализует основные функции, от которых зависит все остальное в операционной системе. Ядро Microsoft Windows предоставляет базовые низкоуровневые операции, такие как планирование потоков или аппаратные прерывания маршрутизации.
  Библиотека поддержки руководителей Windows Kernel-Mode	Относится к компонентам режима ядра, которые предоставляют различные службы для драйверов устройств, включая управление объектами, управление памятью, управление процессами и потоками, управление входными и выходными данными и управление конфигурацией.
  Библиотека Windows Kernel-Mode Run-Time	Набор общих служебных подпрограмм, необходимых различным компонентам режима ядра.
  Библиотека безопасных строк Windows Kernel-Mode	Безопасная библиотека строк для обеспечения большей безопасности при разработке в режиме ядра.
  Библиотека DMA Windows Kernel-Mode	Библиотека прямого доступа к памяти (DMA) для разработчиков драйверов устройств.
  Библиотека Windows Kernel-Mode HAL	Уровень аппаратной абстракции (HAL) для разработки драйверов в режиме ядра.
  Библиотека WINDOWS Kernel-Mode CLFS	Система ведения журнала транзакций, общая файловая система журналов (CLFS).
  Библиотека WMI Windows Kernel-Mode	Общий механизм управления компонентами, называемый инструментарием управления Windows (WMI).

• Написание драйверов WDM и Введение в WDM содержат сведения, необходимые для записи драйверов с помощью модели драйверов Windows (WDM).

• Объекты устройств и другие разделы в разделе Объекты устройства и стеки устройств описывают, как операционная система представляет устройства по объектам устройств.

• Управление памятью для драйверов Windows показывает, как драйверы в режиме ядра выделяют память для таких целей, как хранение внутренних данных, буферизация данных во время операций ввода-вывода и совместное использование памяти с другими компонентами режима ядра и пользовательского режима.

• Безопасности Убедитесь, что драйверы максимально защищены от управления доступом и привилегиями устройств до SDDL для объектов устройств.

• Обработка irP описывает, как драйверы режима ядра обрабатывают пакеты запросов ввода-вывода (IRP).

• DMA Прямой доступ к памяти (DMA) является критически важным аспектом разработки драйверов, и в разделах этого узла рассматривается DMA от A до Z.

• Объекты контроллера представляют физический контроллер устройства с подключенными устройствами.

• Подпрограммы службы прерываний (ISR) обрабатывают прерывания для драйверов физического устройства, получающего прерывания.

• Прерывания с сигналом сообщения активируют прерывание, записывая значение в определенный адрес памяти.

• Отложенные вызовы процедур (объекты DPC) могут быть поставлены в очередь из ISR и выполняться позже и в более низком irQL, чем ISR.

• Plug and Play (PnP) фокусируется на системной поддержке программного обеспечения для PnP и о том, как драйверы используют ее для реализации PnP.

• Управление питанием описывает архитектуру, которая обеспечивает комплексный подход к управлению питанием системы и устройств.

• Инструментарий управления Windows (WMI) — это расширения для драйвера в режиме ядра, которые позволяют драйверу стать поставщиком WMI. Поставщик WMI делает данные измерений и инструментирования доступными для потребителей WMI, таких как приложения в пользовательском режиме.

• Методы программирования драйверов Для программирования драйверов в режиме ядра Windows требуются методы, которые иногда значительно отличаются от методов обычного программирования в пользовательском режиме.

• Функции энергонезависимого доступа к массовой памяти (версия 3) описывают предварительные функции для доступа к массовой памяти, доступные начиная с Windows 11 Insider Preview.