Руководство по проектированию архитектуры драйвера в режиме ядра

Примечание.

Сведения о интерфейсах программирования, которые драйвер может реализовать или вызвать, см. в справочнике по драйверу в режиме ядра.

В этом разделе содержатся общие понятия, помогающие понять программирование в режиме ядра и описывать конкретные методы программирования ядра. Общие сведения о драйверах Windows см. в статье "Приступая к работе с драйверами Windows", в котором представлен общий обзор компонентов Windows, перечислены типы драйверов устройств, используемых в Windows, рассматриваются цели драйверов устройств Windows и рассматриваются универсальные примеры драйверов устройств, включенных в комплект.

В этом разделе содержатся концептуальные сведения, описывающие и помогающие создавать драйверы в режиме ядра.

• Обзор, содержащий следующее:

  • Обзор компонентов Windows
  • Цели разработки драйверов в режиме ядра
  • Каталог примеров драйверов в режиме ядра
  • Рекомендации по разработке драйверов ядра, скомпилированные командой Microsoft Surface

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

  Компонент	Description
  Менеджеры
  Диспетчер объектов в режиме ядра Windows	Управляет объектами: файлами, устройствами, механизмами синхронизации, разделами реестра и т. д.
  Диспетчер памяти в режиме ядра Windows	Управляет физической памятью для операционной системы.
  Процесс режима ядра Windows и диспетчер потоков	Обрабатывает выполнение всех потоков в процессе.
  Диспетчер ввода-вывода в режиме ядра Windows	Управляет взаимодействием между приложениями и интерфейсами, предоставляемыми драйверами устройств.
  Диспетчер самонастраивающийся режима ядра Windows	Подсистема диспетчера ввода-вывода, диспетчер самонастраивающийся (PnP) позволяет компьютеру распознавать, когда устройство добавляется в систему.
  Power Manager в режиме ядра Windows	Управляет упорядоченным изменением состояния питания для всех устройств, поддерживающих изменения состояния питания.
  Диспетчер конфигурации в режиме ядра Windows	Управляет реестром, например мониторинг изменений в реестре или регистрация обратных вызовов для определенных данных реестра.
  Диспетчер транзакций ядра Windows в режиме ядра	Реализует обработку транзакций в режиме ядра.
  Монитор безопасности в режиме ядра Windows	Предоставляет подпрограммы для драйвера для работы с управлением доступом.
  Библиотеки
  Библиотека ядра в режиме ядра Windows	Реализует основные функции, от которых зависит все остальное в операционной системе. Ядро Microsoft Windows предоставляет базовые низкоуровневые операции, такие как планирование потоков или прерываний оборудования маршрутизации.
  Библиотека поддержки в режиме ядра Windows	Относится к компонентам режима ядра, предоставляющим различные службы драйверам устройств, включая управление объектами, управление памятью, управление процессами и потоками, управление входными и выходными данными и управление конфигурацией.
  Библиотека времени выполнения в режиме ядра Windows	Набор общих подпрограмм служебной программы, необходимых различным компонентам режима ядра.
  Библиотека строк в режиме ядра Windows Сейф	Безопасная строковая библиотека для обеспечения большей безопасности в разработке в режиме ядра.
  Библиотека DMA в режиме ядра Windows	Библиотека прямого доступа к памяти (DMA) для разработчиков драйверов устройств.
  Библиотека HAL в режиме ядра Windows	Аппаратный уровень абстракции (HAL) для разработки драйверов в режиме ядра.
  Библиотека CLFS в режиме ядра Windows	Система ведения журнала транзакций — общая файловая система журналов (CLFS).
  Библиотека WMI в режиме ядра Windows	Общий механизм управления компонентами, называемый инструментарием управления Windows (WMI).

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

• Объекты устройств и другие разделы в объектах устройств и стеках устройств описывают, как операционная система представляет устройства объектами устройства.

• Управление памятью для драйверов Windows показывает, как драйверы режима 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.

• Безопасность от контроля доступа и привилегий устройств к SDDL для объектов устройств гарантирует, что драйверы являются максимально безопасными.

• Обработка irPs описывает, как драйверы в режиме ядра обрабатывают пакеты запросов ввода-вывода (IRPs).

• Прямой доступ к памяти DMA (DMA) является критически важным аспектом разработки драйверов, а разделы в этом узле охватывают DMA от A до Z.

• Объекты контроллера представляют физический контроллер устройства с подключенными устройствами.

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

• Прерывания с сигналом сообщения активируют прерывание путем записи значения в определенный адрес памяти.

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

• самонастраивающийся (PnP) Фокусируется на поддержке системного программного обеспечения для PnP и способах использования драйверов, которые поддерживают реализацию PnP.

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

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

• Драйверы программирования драйверов в режиме ядра Windows требуют методов, которые иногда значительно отличаются от обычных программ в пользовательском режиме.

• Функции независимого доступа для массовой памяти (версия 3) описывают функции превоспродажающего массового доступа к памяти, доступные начиная с Windows 11 версии 24H2.