【正文】 即插即用驅動程序 硬件抽象層 HAL I/O接口 電源管理器接口 即插即用接口 執(zhí)行體其它接口 89 一個典型的 I/O請求流程 I/O系統(tǒng)服務API(NtXXX) I/O管理器 核心態(tài)設備驅動程序 HAL I/O服務例程 I/O端口和寄存器 驅動程序支持例程 用戶模式API 90 I/O管理的特點 1) I/O包驅動 2) 通過虛擬文件實現(xiàn) I/O操作 91 I/O系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構 四種數(shù)據(jù)結構代表 I/O請求： ?文件對象、 ?驅動程序對象、 ?設備對象、 ? I/O請求包 (IRP)。 92 文件對象 ? 文件作為對象來管理，是可以共享的系統(tǒng)資源，被基于對象的安全性所保護，并且它們支持同步。 ? 當調用者打開文件或單一設備時 ， I/O管理器為文件對象返回句柄 。 ? 文件對象由包含訪問控制表 (ACL)的安全描述體保護 。 ? I/0管理器查看安全子系統(tǒng)來決定文件的 ACL是否允許進程去訪問它的線程正在請求的文件 。 93 驅動程序對象和設備對象 (1) 線程為文件對象打開句柄時， I/O管理器根據(jù)文件對象名稱來決定將調用哪個或哪些驅動程序來處理請求。下面的系統(tǒng)對象滿足這些要求： ? 驅動程序對象， I/O管理器從驅動程序對象中獲得并且為 I/O記錄每個驅動程序的調度例程的地址。 ? 設備對象在系統(tǒng)中代表一個物理的、邏輯的設備并描述它的特征，例如，所需要的緩沖區(qū)的對齊方式和用來保存 I/O請求包的設備隊列位臵。 94 驅動程序對象和設備對象 (2) 功能碼 1 功能碼 2 功能碼 n 驅動程序對象 讀 寫 設備控制 啟動 I/O 卸載 取消 設備 對象 設備 對象 設備 對象 該驅動程序 操作的設備 95 I/O請求包 (1) ? IRP是 I/O系統(tǒng)用來存儲處理 I/O請求所需信息的數(shù)據(jù)結構。 ?線程調用 I/O服務時， I/O管理器就構造一個 IRP來表示在整個系統(tǒng) I/O進展中要進行的操作。 ? I/O管理器在 IRP中保存一個指向調用者文件對象的指針。 96 I/O請求包 (2) IRP由兩部分組成 ? 固定部分 (標題 )和一個或多個堆棧單元。 ? 固定部分包括：請求的類型和大小、同步請求還是異步請求、用于緩沖 I/O的指向緩沖區(qū)的指針和隨著請求的進展而變化的狀態(tài)信息。 ? IRP堆棧單元包括一個功能碼、功能特定的參數(shù)和指向調用者文件對象的指針。 97 4 驅動程序分類和組成 1) 驅動程序分類： (1)核心模式驅動程序。 (2)用戶模式驅動程序。 (3)硬件支持驅動程序。 2)包括調用處理 I/O請求不同階段的例程，主要有：初始化例程、功能例程、啟動I/O例程、中斷服務例程、延遲過程調用例程、完成例程、取消例程、卸載例程、系統(tǒng)關閉通知例程和錯誤記錄例程。 98 5 多處理機中 I/O同步問題 ?多個 CPU上運行，驅動程序必須同步執(zhí)行的主要原因。 ?驅動程序必須同步執(zhí)行的方法。 99 I/O類型和處理 (1) 1 I/O類型 1) 同步 I/O和異步 I/O 2) 快速 I/O 3) 映射文件 I/O和文件高速緩存 4) 分散 /集中 I/O 100 I/O類型和處理 (2) 2 I/O處理步驟 (1) ? Windows核心態(tài)設備驅動程序 I/O請求步驟： ? I/O庫函數(shù)經過語言的運行時庫轉換成對子系統(tǒng) DLL的調用； ? 子系統(tǒng) DLL調用 I/O ? I/O系統(tǒng)服務調用對象管理程序，檢查給定的文件名，再搜索名空間，把控制轉交給 I/O管 ? 驅動程序詢問安全子系統(tǒng)，確定線程的存取權限。 101 I/O類型和處理 (3) I/O處理步驟 (2) ? I/O管理器以 IRP的形式將 I/O請求送給設備驅動程序，驅動程序啟動 I/O操作； ?設備完成指定操作，請求 I/O中斷，設備驅動程序的 ISR服務于中斷； ? I/O管理器再調用 I/O完成例程，將完成狀態(tài)返回給調用線程。 ?上述是同步 I/O執(zhí)行的步驟，對于異步I/O，還要增加一步， I/O管理器將控制返回調用線程，使得調用線程與 I/O操作并行執(zhí)行。 102 3 對單層驅動程序的 I/O請求處理 ③ 創(chuàng)建 IRP， 發(fā)送到設備驅動程序 IRP頭部 WriteFile(參數(shù) ) 核心態(tài) 用戶態(tài) 應用程序執(zhí)行 WriteFile(參數(shù) )； 環(huán)境子系統(tǒng)或 DLL ① I/O請求傳送到環(huán)境子系統(tǒng)DLL ② NtWriteFile(參數(shù) ) ⑦ 完成傳輸 ， 返回成功或錯誤狀態(tài) I/O管理器 設備驅動 調度例程 啟動 I/O例程 ISR例程 DPC例程 打印機 ⑤ 執(zhí)行 I/O并 產生中斷 I/O系統(tǒng)服務 ⑥ 處理中數(shù) ， 將成功 /錯誤碼填入 IRP返回 文件 對象 設備 對象 驅動程序 對象 ④ 向驅動程序傳送IRP中指定參數(shù) 103 4 對多層驅動程序的 I/O請求處理 1) 打開一個文件 2) 讀文件 3) 寫文件 104 1高速緩存管理器主要特征 (1)單一集中式系統(tǒng)高速緩存 (2)與主存管理器結合 (3)高速緩存的一致性 (4)虛擬塊緩存 (5)基于流的緩存 (6)可恢復文件系統(tǒng)支持 105 高速緩存的結構 (1) ?系統(tǒng)高速緩存管理器基于虛擬空間緩存數(shù)據(jù)，它管理一塊系統(tǒng)虛擬地址空間區(qū)域，而不是一塊物理主存區(qū)域。 ?高速緩存管理器把每個地址空間區(qū)域分成 256KB的槽 (slot)，被稱為視圖 (view)。 106 高速緩存的結構 (2) 視圖 0 視圖 1 視圖 2 視圖 3 視圖 4 … 視圖 n 區(qū)域 0 區(qū)域 1 區(qū)域 0 區(qū)域 0 視圖 5 區(qū)域 1 區(qū)域 2 系統(tǒng)高速緩存 文件 A(500KB) 文件 B(750KB) 文件 C(100KB) 107 3高速緩存操作 (1)回寫緩存和延遲寫 (2)計算臟頁閾值 (3)屏蔽對文件延遲寫 (4)強制寫緩存到磁盤 (5)刷新被映射的文件 (6)智能預讀 (7)虛擬地址預讀 (8)帶歷史信息的異步預讀 108 快速 I/O ?讀寫被緩存文件可用被稱為快速 I/O的高速機制來處理?？焖?I/O讀寫一個緩存的文件不要產生 I/O請求包(1RP)。 ?有了快速 I/O機制， I/O管理器可以調用文件系統(tǒng)驅動程序的快速 I/O例程來查看是否能夠直接從高速緩存管理器得到所需的數(shù)據(jù)，而不需產生 IRP。 109 高速緩存支持例程 三種基本的訪問緩存數(shù)據(jù)的方法 (1)“拷貝讀取 ” 方法，在系統(tǒng)空間中的高速緩存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和用戶空間中的進程數(shù)據(jù)緩沖區(qū)之間拷貝用戶數(shù)據(jù)。 (2)“映射暫留 ” 方法，使用虛擬地址直接讀寫高速緩存的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 (3)“物理主存訪問 ” 方法，使用物理地址直接讀寫高速緩存的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。