Windows設(shè)備管理.ppt

Windows 設(shè)備管理,Windows 2000/XP的I/O系統(tǒng),1.Windows I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組件 2.Windows I/O系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 3.Windows 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 4.Windows I/O處理,1.Windows I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組件,Windows 2000/XP I/O 系統(tǒng)是Windows 2000/XP 執(zhí)行體的組件，存在于 NTOSKRNL EXE 文件中。它接受來(lái)自用戶(hù)態(tài)和核心態(tài)的 I/O 請(qǐng)求，并且以不同的形 式把它們傳送到 I/O 設(shè)備。 Windows 2000/XP I/O 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下： （1）高效快速進(jìn)行 I/O 處理； （2）使用標(biāo)準(zhǔn)的安全機(jī)制保護(hù)共享的資源； （3）滿(mǎn)足Win32、OS/2 和 POSIX (Portable Operating System)子系統(tǒng)指定的 I/O服務(wù)的需要； （4）允許用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序；,（5）根據(jù)用戶(hù)的配置或者系統(tǒng)中 硬件設(shè)備的添加和刪除，能在系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)地添加或刪除相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序； （6）為包括 FAT、CD-ROM 文件系統(tǒng)(CDFS)、UDF (Universal Disk Format)文件系統(tǒng)和 Windows 2000/XP 文件系統(tǒng)(NTFS) 的多種可安排的文件系統(tǒng)提供支持； （7）允許整個(gè)系統(tǒng)或者單個(gè)硬件設(shè)備進(jìn)入和離開(kāi)低功 耗狀態(tài)，這樣可以節(jié)約能源。,Windows 2000/XP I/O 系統(tǒng)定義了Windows 2000/XP 上的 I/O 處理模型，并且執(zhí)行公用的或被多個(gè)驅(qū)動(dòng)程序請(qǐng)求的功能。它主要負(fù)責(zé)創(chuàng)建代表I/O 請(qǐng)求的 IRP 和引導(dǎo)通過(guò)不同驅(qū)動(dòng)程序的包，在完成 I/O 時(shí)向調(diào)用者返回結(jié)果。 I/O 管理器通過(guò)使用 I/O 系統(tǒng)對(duì)象來(lái)定位不同的驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備，這些對(duì)象包括驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο蠛驮O(shè)備對(duì)象。內(nèi)部的Windows 2000/XP I/O 系統(tǒng)以異步操作方式獲得高性能，并且向用戶(hù)態(tài)應(yīng)用程序提供同步和異步I/O 功能。,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不僅包括傳統(tǒng)的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，還包括文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和分層過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序。通過(guò)使用公用機(jī)制，所有驅(qū)動(dòng)程序都具有相同的結(jié)構(gòu)，并以相同的機(jī)制在彼此之間和 I/0 管理器通信。所以，它們可以被分層，即把一層放在另一層上來(lái) 達(dá)到模塊化，并可以減少在驅(qū)動(dòng)程序之間的復(fù)制。,Windows 2000/XP I/O 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組件,用戶(hù)態(tài)即插即用組件用于控制和配置設(shè)備的用戶(hù)態(tài) API 。 I/O 管理器把應(yīng)用程序和系統(tǒng)組件連接到各種虛擬的、邏輯的和物理的設(shè) 備上，并且定義了一個(gè)支持設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的基本構(gòu)架。負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng) I/O 請(qǐng)求的處理，為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供核心服務(wù)。它把用戶(hù)態(tài)的讀寫(xiě)轉(zhuǎn)化為 I/O 請(qǐng)求包 IRP 。 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?yàn)槟撤N類(lèi)型的設(shè)備提供一個(gè)I/O 接口。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序從 I/O 管 理器接受處理命令，當(dāng)處理完畢后通知 I/O 管理器。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間的協(xié)同工作也通過(guò) I/O 管理器進(jìn)行。,即插即用管理器PnP(plug and play)通過(guò)與 I/O 管理器和總線驅(qū)動(dòng)程序的協(xié)同工作來(lái)檢測(cè)硬件資源的分配，并且檢測(cè)相應(yīng)硬件設(shè)備的添加和刪除。 電源管理器通過(guò)與 I/O 管理器的協(xié)同工作來(lái)檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)和單個(gè)硬件設(shè)備，完成不同電源狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。 WMI(Windows Management lnstrumentation)支持例程也叫做 Windows 驅(qū)動(dòng)程序模型 WDM(Windows Driver Model)WMI 提供者，允許驅(qū)動(dòng)程序使用這些支持例程作為媒介，與用戶(hù)態(tài)運(yùn)行的 WMI 服務(wù)通信。,即插即用WDM 接口I/O 系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)程序提供了分層結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)包括WDM 驅(qū)動(dòng)程序、驅(qū)動(dòng)程序?qū)雍驮O(shè)備對(duì)象。WDM 驅(qū)動(dòng)程序可以分為三類(lèi)：總線驅(qū)動(dòng)程序、驅(qū)動(dòng)程序和過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序。每一個(gè)設(shè)備都含有兩個(gè)以上的驅(qū) 動(dòng)程序?qū)?，用于支持它所基于?I/O 總線的總線驅(qū)動(dòng)程序，用于支持設(shè)備的功能驅(qū)動(dòng)程序，以及可選的對(duì)總線、設(shè)備或設(shè)備類(lèi)的I/O 請(qǐng)求進(jìn)行分類(lèi)的過(guò)濾器驅(qū)動(dòng)程序。 注冊(cè)表作為一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)基本硬件設(shè)備的描述信息以及驅(qū)動(dòng)程序的初始化和配置信息。,硬件抽象層(HAL Hardware Abstraction Layer ) I/O 訪問(wèn)例程把設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與多種多樣的硬件平臺(tái)隔離開(kāi)來(lái)，使它們?cè)诮o定的體系結(jié)構(gòu)中是二進(jìn)制可移植的，并在Windows 2000/XP支持的硬件體系結(jié)構(gòu)中是源代碼可移植的。,在 Windows 2000/XP 中，所有的I/O 操作都通過(guò)虛擬文件執(zhí)行，隱藏了 I/O 操作目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，為應(yīng)用程序提供了一個(gè)統(tǒng)一的到設(shè)備的接口。虛擬文件是指用于I/O的所有源或目標(biāo)，它們都被當(dāng)做文件來(lái)處理(例如文件、目錄、管道和郵箱) 。所有被讀 取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)都可以看作是直接讀寫(xiě)到這些虛擬文件的流。用戶(hù)態(tài)應(yīng)用程序(不管它們是 Win32、 POSIX 或 OS/2)調(diào)用文檔化的函數(shù)(公開(kāi)的調(diào)用接口)，這些函數(shù)再依次 調(diào)用內(nèi)部 I/O 子系統(tǒng)函數(shù)來(lái)從文件中讀取、對(duì)文件寫(xiě)入和執(zhí)行其他的操作。I/O 管理器動(dòng)態(tài)地把這些虛擬文件請(qǐng)求指向適當(dāng)?shù)脑O(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。一個(gè)典型的 I/O 請(qǐng)求流程的結(jié)構(gòu)如下圖所示。,一個(gè)典型的I/O請(qǐng)求流程,I/O管理器,I/O 管理器(I/O manager)定義有序的工作框架，在該框架里，I/O 請(qǐng)求被提交給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。在 Windows2000 XP 中，整個(gè)I/O 系統(tǒng)是由“包”驅(qū)動(dòng)的，大多數(shù)I/O 請(qǐng)求用“I/O 請(qǐng)求包 IRP”表示，它從一個(gè)I/O 系統(tǒng)組件移動(dòng)到另一個(gè)I O 系統(tǒng)組件，快速 I/O 是一個(gè)特例，它不使用 IRP 。IRP 是在每個(gè)階段控制如何處理 I/O 操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,I/O 管理器創(chuàng)建代表每個(gè) I/O 操作的 IRP，傳遞IRP 給正確的驅(qū)動(dòng)程序，并且當(dāng)此I/O 操作完成后，處理這個(gè)數(shù)據(jù)包。相反，驅(qū)動(dòng)程序接受 IRP，執(zhí)行IRP 指定的操作，并且在完成操作后把IRP 送回I/O 管理器或?yàn)橄乱徊降奶幚矶ㄟ^(guò)I/O 管理器把它送到另一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序。,除了創(chuàng)建并處理IRP 以外，I/O 管理器還為不同的驅(qū)動(dòng)程序提供了公共的代碼，驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用這些代碼來(lái)執(zhí)行它們的 I/O 處理。通過(guò)在 I/O 管理器中合并公共的任務(wù)，單個(gè)的驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒆兊酶雍?jiǎn)潔和更加緊湊。例如，I/O 管理器提供一個(gè)允許某個(gè)驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用其他驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù)。它還管理用于 I/O 請(qǐng)求的緩沖區(qū)，為驅(qū)動(dòng)程序提供超時(shí)支持，并記錄操作系統(tǒng)中加載了哪些可安裝的文件系統(tǒng)。,驅(qū)動(dòng)程序呈現(xiàn)的統(tǒng)一的、模塊化的接口允許 I/O 管理器調(diào)用任何驅(qū)動(dòng)程序而不需要與它的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部細(xì)節(jié)有關(guān)的任何特殊的知識(shí)。驅(qū)動(dòng)程序也可以相互調(diào)用(通過(guò) I/O 管理器)來(lái)完成 I/O 請(qǐng)求的分層的、獨(dú)立的處理。,PnP管理器,即插即用PnP (Plug and Play)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng) I/O 設(shè)備與部件配置的應(yīng)用技術(shù)。顧名思義，PnP 是指插入就可用，不需要進(jìn)行任何設(shè)置操作。由于一個(gè)系統(tǒng)可以配置多種外部設(shè)備，設(shè)備也經(jīng)常變動(dòng)和更換，它們都要占有一定的系統(tǒng)資源，彼此間在硬件和軟件上可能會(huì)產(chǎn)生沖突。因此，在系統(tǒng)中要正確地對(duì)它們進(jìn)行配置和資源匹配；當(dāng)設(shè)備撤除、添置和進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，配置過(guò)程往往是一個(gè)困難的過(guò)程。為了改變這種狀況，出現(xiàn)了 PnP 技術(shù)。,PnP 技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：PnP 技術(shù)支持 I/O 設(shè)備及部件的自動(dòng)配置，使用戶(hù)能夠簡(jiǎn)單方便地使用系統(tǒng)擴(kuò)充設(shè)備；PnP 技術(shù)減少了由制造商造成的種種用戶(hù)限制，簡(jiǎn)化了部件的硬件跳線設(shè)置，使I/O 附加卡和部件不再具有人工跳線設(shè)置電路；利用PnP技術(shù)可以在主機(jī)板和附加卡上保存系統(tǒng)資源的配置參數(shù)和分配狀態(tài)，有利于系統(tǒng)對(duì)整個(gè) I/O 資源的分配和控制；PnP 技術(shù)支持和兼容各種操作系統(tǒng)平臺(tái)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性和可移植性；PnP 技術(shù)在一定程度上具有“熱插入”、“熱拼接”功能。,Windows 2000/XP 的PnP 支持提供了以下能力： PnP 管理器自動(dòng)識(shí)別所有已經(jīng)安裝的硬件設(shè)備。在系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候，一個(gè)進(jìn)程會(huì)檢測(cè)系統(tǒng)中硬件設(shè)備的添加或刪除。 PnP 管理器通過(guò)一個(gè)名為資源仲裁(resource arbitrating)的進(jìn)程收集硬件資源需求(中斷，I/O 地址等)來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件資源的優(yōu)化分配；滿(mǎn)足系統(tǒng)中的每一個(gè)硬件設(shè)備的資源需求。PnP 管理器還可以在啟動(dòng)后根據(jù)系統(tǒng)中硬件配置的變化對(duì)硬件資源重新進(jìn)行分配。,PnP 管理器通過(guò)硬件標(biāo)識(shí)選擇應(yīng)該加載的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。如果找到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，則通過(guò) I/O 管理器加載，否則，啟動(dòng)相應(yīng)的用戶(hù)態(tài)進(jìn)程請(qǐng)求用戶(hù)指定相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。 PnP 管理器也為檢測(cè)硬件配置變化提供了應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序的接口。因此，在 Windows 2000/XP 中，在硬件配置發(fā)生變化的時(shí)候，相應(yīng)的應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序也會(huì)得到通知。,電源管理器,Windows 2000 XP 的電源管理策略由兩部分組成：電源管理器和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。電源管理器是系統(tǒng)電源策略的所有者，因此整個(gè)系統(tǒng)的能耗狀態(tài)轉(zhuǎn)換由電源管理器決定，并調(diào)用相應(yīng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序完成。電源管理器根據(jù)以下因素決定當(dāng)前相同的能耗狀態(tài)：系統(tǒng)活動(dòng)狀況；系統(tǒng)電源狀況；應(yīng)用程序的關(guān)機(jī)、休眠請(qǐng)求；用戶(hù)的操作，例如用戶(hù)按電源按鈕；控制面板的電源設(shè)置。,當(dāng)電源管理器決定要轉(zhuǎn)換能耗狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的電源管理命令會(huì)發(fā)給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的相應(yīng)調(diào)度例程。一個(gè)設(shè)備可能需要多個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，但是負(fù)責(zé)電源管理的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序只有一個(gè)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)和設(shè)備的狀態(tài)決定如何進(jìn)行下一步操作，例如，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)從 正常共作切換到睡眠時(shí)，設(shè)備的能耗狀態(tài)也從正常工作的能耗切換到比其低的能耗狀態(tài)。,除了響應(yīng)電源管理器的電源管理命令外，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序也可以獨(dú)立地控制設(shè)備的能耗狀態(tài)。在一些情況下，當(dāng)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就可以減小該設(shè)備的能耗。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以自己檢測(cè)設(shè)備的閑置時(shí)間，也可以通過(guò)電源管理器檢測(cè)。,2.Windows I/O系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),四種主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代表了I/O 請(qǐng)求：文件對(duì)象、驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο蟆⒃O(shè)備對(duì)象和 I/O 請(qǐng)求包(IRP)。,文件對(duì)象,文件對(duì)象提供了基于內(nèi)存的共享物理資源的表示法(除了被命名的管道和郵箱以外，它們雖然是基于內(nèi)存的，但不是物理資源) 。在Windows 2000/XP I/O 系統(tǒng)中，文件對(duì)象也代表這些資源。,下表列出了一些文件對(duì)象的屬性。,當(dāng)調(diào)用者打開(kāi)文件或單一的設(shè)備時(shí)，I/O 管理器將為文件對(duì)象返回一個(gè)句柄。像其他的執(zhí)行體對(duì)象一樣，文件對(duì)象由包含訪問(wèn)控制表(ACL)的安全描述體保護(hù)。I/0 管理器查看安全子系統(tǒng)來(lái)決定文件的 ACL 是否允許進(jìn)程去訪問(wèn)它的線程正在請(qǐng)求的文件。如果允許對(duì)象管理器將準(zhǔn)予訪問(wèn)，并把它返回的文件句柄和給予的訪問(wèn)權(quán)限聯(lián)系起來(lái)。如果這個(gè)線程或在進(jìn)程中的另一個(gè)線程需要去執(zhí)行另外的操作，而不是最初請(qǐng)求指定的操作，那么線程就必須打開(kāi)另一個(gè)句柄，它將提示做另外的安全檢查。,文件對(duì)象表示一個(gè)基于內(nèi)存的共享資源，它有別于其他的執(zhí)行體對(duì)象。一個(gè)文件對(duì)象包括的唯一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)象句柄，但是文件本身包括將被共享的數(shù)據(jù)或文本。每次當(dāng)一個(gè)線程打開(kāi)一個(gè)文件句柄時(shí)，就創(chuàng)建了一個(gè)新的文件，其屬性由一組新的句柄指定。,當(dāng)打開(kāi)一個(gè)文件時(shí)，文件名包括文件駐留的設(shè)備對(duì)象的名稱(chēng)。例如，名稱(chēng)DeviceFloppy0 myfile.dat 引用軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器A 上的文件 myfile.dat 。子字符串Device Floppy0 是Windows 2000 XP 內(nèi)部設(shè)備對(duì)象的名稱(chēng)，代表那個(gè)軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)打開(kāi)myfile.dat 文件時(shí)，I/O 管理器就創(chuàng)建一個(gè)文件對(duì)象，并在文件對(duì)象中存儲(chǔ)一個(gè) Floppy0設(shè)備的指針，然后，給調(diào)用者返回一個(gè)文件句柄。此后，當(dāng)調(diào)用者使用文件句柄時(shí)，I/O 管理器能夠直接找到 Floppy0 設(shè)備對(duì)象。,驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο蠛驮O(shè)備對(duì)象,當(dāng)線程為文件對(duì)象打開(kāi)一個(gè)句柄時(shí)，I/O 管理器必須根據(jù)文件對(duì)象名稱(chēng)來(lái)決定它將調(diào)用哪個(gè)或哪些驅(qū)動(dòng)程序來(lái)處理請(qǐng)求。而且，I/O 管理器必須在線程下一次使用同一個(gè)文件句柄時(shí)可以定位這個(gè)信息。 下面的系統(tǒng)對(duì)象滿(mǎn)足這些要求： 驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο蟠硐到y(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)程序，I/O 管理器從這些驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο笾蝎@得并且為 I/O 記錄每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)度例程的地址(入口點(diǎn)) 。,設(shè)備對(duì)象在系統(tǒng)中代表一個(gè)物理的、邏輯的或虛擬的設(shè)備并描述了它的特征，例如，它所需要的緩沖區(qū)的對(duì)齊方式和它用來(lái)保存即將到來(lái)的 I/O 請(qǐng)求包的設(shè) 備隊(duì)列的位置。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序被加載到系統(tǒng)中時(shí)，I/O 管理器將創(chuàng)建一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο?，然后，它調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的初始化例程，該例程把驅(qū)動(dòng)程序的入口點(diǎn)填放到該驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο笾?。初始化例程還創(chuàng)建用于每個(gè)設(shè)備的設(shè)備對(duì)象，這樣使設(shè)備對(duì)象脫離了驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο蟆?I/O請(qǐng)求包,IRP(I/O Request Packet)是 I/O 系統(tǒng)用來(lái)存儲(chǔ)處理 I O 請(qǐng)求所需信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)線程調(diào)用I/O 服務(wù)時(shí)，I/O 管理器就構(gòu)造一個(gè) IRP 來(lái)表示在整個(gè)系統(tǒng) I/O 進(jìn)展中要進(jìn)行的操作。I/O 管理器在 IRP 中保存一個(gè)指向調(diào)用者文件對(duì)象的指針。 IRP 由兩部分組成：固定部分(稱(chēng)作標(biāo)題)和一個(gè)或多個(gè)堆棧單元。固定部分信息包括：請(qǐng)求的類(lèi)型和大小、是同步請(qǐng)求還是異步請(qǐng)求、用于緩沖 I/O 的指向緩沖區(qū)的指針和隨著請(qǐng)求的進(jìn)展而變化的狀態(tài)信息。IRP 的堆棧單元包括一個(gè)功能碼、功能特定的參數(shù)和個(gè)指向調(diào)用者文件對(duì)象的指針。,3.Windows 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,Windows 2000/XP 支持多種類(lèi)型的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和編程環(huán)境，在同一種驅(qū)動(dòng)程序中也存在不同的編程環(huán)境，具體取決于硬件設(shè)備。這里主要討論核心模式的驅(qū)動(dòng)程序，核心驅(qū)動(dòng)程序的種類(lèi)很多，主要分為以下幾種： 文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序：接受訪問(wèn)文件的 I/O 請(qǐng)求，主要是針對(duì)大容量設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 同Windows 2000/XP 的PnP 管理器和電源管理器有關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：包括大容量存儲(chǔ)設(shè)備、協(xié)議棧和網(wǎng)絡(luò)適配器等。,為Windows NT 編寫(xiě)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：可以在 Windows 2000/XP 中工作，但 是一般不具備電源管理和 PnP 的支持，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的電源管理和PnP 管理的能力。 Win32 子系統(tǒng)顯示驅(qū)動(dòng)程序和打印驅(qū)動(dòng)程序：將把與設(shè)備無(wú)關(guān)的圖形(GD