chapter 2.5: 内核模式编程基础

要特别注意page fault，会引起系统崩溃。

中断和IRQL
中断：对应于每个硬件事件。软件也可以生成软件中断（DPC），可以用来处理硬件中断。
    windows把中断传给处理器。
    windows对已有线程进行中断来处理中断。
IRQL：所有中断都对应着中断级别，越高越优先。
    **注意中断优先级和线程优先级的不同
    PASSIVE_LEVEL:
        最低的IRQL，正常线程的默认运行级别，不能产生中断，可以调用所有windows核心服务。
    DISPATCH_LEVEL:
        软件中断中的最高级别中断，可以调用有限的windows核心服务。
    DIRQL：
        驱动级别的中断，device-IRQLs，可以调用一些windows核心服务。
    **要选择正确的中断级别，Driver Verifier和SDV可以用来协助解决这些错误。

并行和同步
线程和同步在驱动级别的机制和应用级别不同。
线程：
    驱动不会创建线程或者在某一个具体的线程上运行。
驱动例程不会知道具体在哪个进程的哪个线程中运行。
    系统只是借用已有的线程来执行驱动例程。
    线程的借用：
        1.应用程序在线程A中调用DeviceIoControl来向驱动发起请求。
        2.I/O manager在线程A中调用dispatch routine
        3.驱动处理请求，返回线程的控制权给应用程序
        4.设备处理完请求后，产生硬件中断，选择一个arbitrary thread context由ISR处理，具体的线程无法由驱动决定。
        5.ISR产生一个DPC进入队列，在一个更低级别的IRQL中选择一个arbitrary thread context处理DPC。
    arbitrary thread context的实现：
        1.选择不同的例程和不同的线程。
        2.例程和线程停止，借给操作系统让更低级别IRQL运行。
同步：
    用来防止race conditions
    内核模式的同步和用户模式不同。
PASSIVE_LEVEL的同步
    1.使用Kernel dispatcher objects
        objects-event，semaphore，mutex
    2.Fast mutex和resource objects
High-IRQL同步
    spin lock：
        当一个线程拥有spin lock时，其他要获取spin lock的线程等待。
        可以在DISPATCH_LEVEL及below使用spin lock
        创建对象时，可以使用spin lock对象保护该对象，并保存spin lock备用。
        使用spin lock时IRQL必须升到DISPATCH_LEVEL
    interrupt spin lock:
        ISR需要对相关的DPC或其他ISRs同步
        DIRQL中不能用spin lock，只能用interrupt spin lock
        用法和spin lock一样
        使用interrupt spin lock时IRQL必须升到DIRQL
Race Conditions和Dead locks
    防止的两种方法：同步（使用同步对象）和序列化（序列化请求）
    在free build更容易产生race condition


内核区域的内存
用户模式类似：都使用虚拟地址空间
用户模式区别：
    所有内核模式驱动共享一个虚拟地址空间
    用户模式进程不能访问内核模式空间
    内核模式进程可以访问用户模式地址空间
内核进程访问用户空间需要一个安全的访问方法保证有效性：
    驱动可以探测和锁定用户模式里的缓存。
内存管理
    共同点：都要分配和释放内存，使用栈，处理faults
    不同点，page faults 问题：
        IRQL>=DISPATCH_LEVEL:page fault会产生bug check(IRQL_NOT_LESS_OR_EQUAL)，可以使用PREfast和SDV差错
        IRQL<DISPATCH_LEVEL:page fault只会产生延迟，但是会产生deadlock和double-fault crash
内存池：
    驱动必须使用的内存池分配内存。
    1.Paged pool：可以被paged out，用来存储<DISPATCH_LEVEL相关的数据。
    2.Nonpaged pool：不能被paged out，空间有限，用来存储>=DISPATCH_LEVEL相关的数据。
kernel stack
    很小而且不会增加，需要小心使用：
        1.递归例程最好别使用kernel stack
        2.disk I/O path对kernel stack使用很敏感
        3.不要把大量数据放入stack，而是指针。
4.怎样不使用kernel stack：http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=79604
MDLs
    内核数据缓冲经常会以MDL方式使用，包括buffer和组成buffer的locked pages的列表