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出版者:電子工業齣版社

作者:張帆

出品人:

頁數:530

译者:

出版時間:2008-1

價格:65.00元

裝幀:16開

isbn號碼:9787121068461

叢書系列:

圖書標籤:

驅動
Windows
計算機
編程
kernel
驅動開發
Windows編程
【技術】底層探索
Windows驅動開發
驅動程序
WDM
KMDF
UMDF
內核編程
係統編程
Windows內核
設備驅動
驅動調試

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具體描述

本書由淺入深、循序漸進地介紹瞭Windows驅動程序的開發方法與調試技巧。本書共分23章，內容涵蓋瞭Windows操作係統的基本原理、NT驅動程序與WDM驅動程序的構造、驅動程序中的同步異步處理方法、驅動程序中即插即用功能、驅動程序的各種調試技巧等。同時，還針對流行的PCI驅動程序、USB驅動程序、虛擬串口驅動程序、攝像頭驅動程序、SDIO驅動程序進行瞭詳細的介紹，本書最大的特色在於每一節的例子都是經過精挑細選的，具有很強的針對性。力求讓讀者通過親自動手實驗，掌握各類Windows驅動程序的開發技巧，學習盡可能多的Windows底層知識。

本書適用於中、高級係統程序員，同時也可用做高校計算機專業操作係統實驗課的補充教材。

深入探索現代操作係統內核架構與高效能係統編程本書旨在為資深軟件工程師、係統架構師以及對操作係統底層機製有深入興趣的技術人員，提供一套全麵、深入且高度實用的現代操作係統內核架構剖析與高性能係統編程實踐指南。我們將聚焦於超越傳統錶層知識的深度理解，著重探討操作係統如何以最高效能管理硬件資源、調度復雜任務，以及構建穩健、可擴展的軟件棧。本書內容架構圍繞以下幾個核心支柱展開，每一部分都力求提供最前沿的理論支撐和可操作的實踐案例： --- 第一部分：現代操作係統核心架構的深度剖析本部分將徹底解構主流操作係統（如Linux內核、類Unix係統及其衍生體）在設計哲學和具體實現層麵的精妙之處。我們不僅僅關注“做什麼”，更深入探究“為什麼是這樣設計”以及“如何實現最高效率”。 1.1 內核與用戶空間的交互模型進化史與未來趨勢係統調用（Syscall）機製的細緻考察：深入分析現代CPU架構（如x86-64的`syscall`/`sysenter`指令）如何優化上下文切換的開銷。對比不同代係統調用接口的演進，探討零拷貝（Zero-Copy）技術在係統調用層麵的實現細節，例如`sendfile()`和現代IO_Uring的底層映射機製。虛擬內存管理的精微調優：剖析MMU（內存管理單元）的工作原理，重點講解TLB（轉換後援緩衝器）的衝突、抖動（Thrashing）現象的成因分析與緩解策略。深入研究巨型頁（Huge Pages）的使用場景、配置優化，以及非均勻內存訪問（NUMA）架構下內存頁的分配策略，確保跨節點訪問的性能最小化。內核態與用戶態邊界的模糊化探索：探討eBPF（擴展的Berkeley數據包過濾器）技術如何賦能內核內編程，實現用戶級應用的邏輯在內核空間安全高效地運行，以及它對傳統內核模塊設計思路的顛覆性影響。 1.2 先進進程與綫程調度算法的工程實踐公平性與延遲的權衡藝術：詳細分析CFS（完全公平調度器）的紅黑樹結構如何保證時間片分配的精確性與公平性，並探討實時（RT）調度策略（如SCHED_FIFO/RR）在關鍵任務中的應用邊界。多核與異構計算環境下的挑戰：討論負載均衡算法（如CPU親和性、緩存感知調度）在超多核處理器上的局限性。深入研究如何利用硬件特性（如Intel的Thread Director或類似的混閤架構調度策略）來優化任務放置，減少跨核通信延遲。上下文切換的性能瓶頸分析：對比不同粒度綫程（內核級、用戶級/綠色綫程）的上下文切換成本，探討硬件輔助的綫程切換機製（如Intel的TSX或特定指令集優化）。 --- 第二部分：高性能並發控製與同步原語的底層構建本部分專注於操作係統如何處理並行訪問共享資源的問題，側重於原子操作、鎖機製的設計原理及其在多核環境下的性能錶現。 2.1 無鎖（Lock-Free）與無等待（Wait-Free）數據結構的構建原子操作與內存屏障的威力：深入講解C11/C++20標準下的原子操作語義（Acquire/Release/SeqCst），並詳細闡述不同架構下的內存屏障（Memory Barrier）指令集（如`mfence`, `lfence`, `sfence`）的精確作用域和成本。經典無鎖算法的性能陷阱：剖析基於CAS（Compare-and-Swap）的經典數據結構（如無鎖隊列、棧）在ABA問題和內存迴收（Hazard Pointers, RCU）中的復雜性與解決方案。並發控製的未來：探討事務性內存（Transactional Memory）的理論基礎及其在實際操作係統中的應用嘗試與挑戰。 2.2 鎖機製的細粒度優化與設計模式內核級自鏇鎖與互斥鎖的實現原理：對比Ticket Lock、MCS Lock等先進鎖機製與傳統Spinlock的性能差異，尤其在高競爭場景下的錶現分析。讀寫鎖與條件變量的效率優化：探討如何設計高效的讀寫鎖以最大化並發讀取，以及條件變量（Condition Variables）在內核中如何通過等待隊列實現綫程間的精確同步，避免不必要的忙等待。 --- 第三部分：現代文件係統、IO子係統與網絡棧優化本部分將從操作係統的I/O路徑入手，探討數據如何在存儲介質和網絡接口之間高效流動，並著重於麵嚮高吞吐量和低延遲的係統設計。 3.1 塊設備與高性能存儲交互模型異步I/O機製的革命：深度解析Linux中的AIO、libaio，並重點研究IO_Uring的設計哲學。分析IO_Uring如何通過共享環形緩衝區減少內核上下文切換，實現應用層對I/O的精細控製。文件係統緩存策略的藝術：剖析Page Cache、Buffer Cache的協同工作機製。探討寫迴（Writeback）策略、延遲分配（Delayed Allocation）對磁盤I/O性能的影響，以及如何為特定應用（如數據庫）配置專屬的I/O調度器（如Deadline, Noop, BFQ）。持久化存儲的可靠性保障：探討Journaling、Copy-on-Write（如ZFS, Btrfs）等技術如何確保數據的一緻性與持久性。 3.2 網絡協議棧的深度優化內核網絡棧的性能瓶頸識彆：追蹤數據包從硬件中斷到用戶空間Socket的完整生命周期，識彆並分析中斷處理、軟中斷（SoftIRQ）、NAPI（新的API）機製對延遲的影響。零拷貝技術在網絡傳輸中的應用：詳細講解如TCP/IP協議棧中`splice()`和`sendfile()`如何繞過用戶態緩衝區，直接在內核空間完成數據在頁緩存和網絡緩衝區之間的移動。 DPDK與內核旁路（Bypass）技術：介紹用戶態網絡框架（如DPDK）的設計原理，分析它們如何在特定場景下通過繞過或精簡內核協議棧來實現極低的延遲和極高的包處理速率。 --- 第四部分：係統安全、可觀測性與調試技術構建健壯的係統離不開強大的調試和安全保障能力。本部分聚焦於現代係統工程中不可或缺的工程化技術。 4.1 內核運行時環境的隔離與安全增強地址空間布局隨機化（ASLR）的深入機製：分析ASLR如何隨機化棧、堆和庫的加載地址，以及對特定應用場景下的性能影響。安全增強技術（如KASLR, SMEP/SMAP）：探討這些硬件/軟件特性如何限製內核代碼對用戶空間內存的非法訪問，以及如何在不犧牲過多性能的前提下部署這些防護措施。容器化技術下的資源隔離：深入分析cgroups和namespaces如何共同作用，實現對CPU、內存、I/O的嚴格資源限製和隔離，並討論這些隔離機製對底層調度和性能的影響。 4.2 高效的係統級調試與性能分析追蹤技術（Tracing）的精細化應用：不僅僅停留在`strace`，而是深入講解基於DTrace/SystemTap/eBPF的動態追蹤技術。如何構建自定義探針（Probes），對復雜並發問題進行時間序列分析。性能剖析工具的原理：詳細解讀`perf`工具的工作原理，包括硬件性能計數器（PMC）的使用、采樣（Sampling）與確定性（Deterministic）追蹤的優劣，以及如何通過火焰圖（Flame Graphs）進行高效的性能歸因。崩潰轉儲（Core Dump）與內核調試：掌握使用GDB配閤KDB/KGDB進行內核級斷點調試的技巧，以及如何高效分析大型內核崩潰轉儲文件以定位罕見錯誤。 --- 目標讀者：具備紮實的C/C++編程基礎，對數據結構、算法有深刻理解，並希望從應用層深入到操作係統內核設計層麵，以構建下一代高性能、高可靠性軟件係統的專業人士。本書的知識深度和廣度，將為讀者在係統級軟件開發領域構建起堅實的、不易過時的技術護城河。

作者簡介

目錄資訊

第1篇入門篇
第1章從兩個最簡單的驅動談起 2
1.1 DDK的安裝 2
1.2 第一個驅動程序HelloDDK的代碼分析 3
1.2.1 HelloDDK的頭文件 4
1.2.2 HelloDDK的入口函數 5
1.2.3 創建設備例程 6
1.2.4 卸載驅動例程 8
1.2.5 默認派遣例程 9
1.3 HelloDDK的編譯和安裝 9
1.3.1 用DDK環境編譯HelloDDK 9
1.3.2 用VC集成開發環境編譯HelloDDK 11
1.3.3 HelloDDK的安裝 14
1.4 第二個驅動程序HelloWDM的代碼分析 16
1.4.1 HelloWDM的頭文件 16
1.4.2 HelloWDM的入口函數 17
1.4.3 HelloWDM的AddDevice例程 18
1.4.4 HelloWDM處理PNP的迴調函數 20
1.4.5 HelloWDM對PNP的默認處理 22
1.4.6 HelloWDM對IRP_MN_REMOVE_DEVICE的處理 23
1.4.7 HelloWDM對其他IRP的迴調函數 23
1.4.8 HelloWDM的卸載例程 24
1.5 HelloWDM的編譯和安裝 24
1.5.1 用DDK編譯環境編譯HelloWDM 24
1.5.2 HelloWDM的編譯過程 25
1.5.3 安裝HelloWDM 25
1.6 小結 29
第2章 Windows操作驅動的基本概念 31
2.1 Windows操作係統概述 31
2.1.1 Windows傢族 31
2.1.2 Windows特性 32
2.1.3 用戶模式和內核模式 34
2.1.4 操作係統與應用程序 36
2.2 操作係統分層 37
2.2.1 Windows操作係統總體架構 37
2.2.2 應用程序與Win32子係統 38
2.2.3 其他環境子係統 40
2.2.4 Native API 41
2.2.5 係統服務 41
2.2.6 執行程序組件 42
2.2.7 驅動程序 44
2.2.8 內核 44
2.2.9 硬件抽象層 45
2.2.10 Windows與微內核 45
2.3 從應用程序到驅動程序 46
2.4 小結 48
第3章 Windows驅動編譯環境配置、安裝及調試 49
3.1 用C語言還是用C++語言 49
3.1.1 調用約定 50
3.1.2 函數的導齣名 52
3.1.3 運行時函數的調用 53
3.2 用DDK編譯環境編譯驅動程序 54
3.2.1 編譯版本 55
3.2.2 nmake工具 55
3.2.3 build工具 56
3.2.4 makefile文件 57
3.2.5 dirs文件 58
3.2.6 sources文件 58
3.2.7 makefile.inc文件 59
3.2.8 build工具的環境變量 60
3.2.9 build工具的命令行參數 61
3.3 用VC編譯驅動程序 62
3.3.1 建立驅動程序工程 62
3.3.2 修改編譯選項 62
3.3.3 修改鏈接選項 63
3.3.4 其他修改 64
3.3.5 VC編譯小結 65
3.4 查看調試信息 66
3.4.1 打印調試語句 66
3.4.2 查看調試語句 67
3.5 手動加載NT式驅動 68
3.6 編寫程序加載NT式驅動 68
3.6.1 SCM組件和Windows服務 69
3.6.2 加載NT驅動的代碼 71
3.6.3 卸載NT驅動的代碼 74
3.6.4 實驗 76
3.7 WDM式驅動的加載 78
3.7.1 WDM的手動安裝 78
3.7.2 簡單的INF文件剖析 79
3.8 WDM設備安裝在注冊錶中的變化 81
3.8.1 硬件子鍵 81
3.8.2 類子鍵 83
3.8.3 服務子鍵 85
3.9 小結 86
第4章驅動程序的基本結構 87
4.1 Windows驅動程序中重要的數據結構 87
4.1.1 驅動對象（DRIVER_OBJECT） 87
4.1.2 設備對象（DEVICE_OBJECT） 89
4.1.3 設備擴展 91
4.2 NT式驅動的基本結構 92
4.2.1 驅動加載過程與驅動入口函數（DriverEntry） 92
4.2.2 創建設備對象 95
4.2.3 DriverUnload例程 97
4.2.4 用WinObj觀察驅動對象和設備對象 98
4.2.5 用DeviceTree觀察驅動對象和設備對象 101
4.3 WDM式驅動的基本結構 102
4.3.1 物理設備對象與功能設備對象 102
4.3.2 WDM驅動的入口程序 104
4.3.3 WDM驅動的AddDevice例程 105
4.3.4 DriverUnload例程 107
4.3.5 對IRP_MN_REMOVE_DEVICE IRP的處理 108
4.3.6 用Device Tree查看WDM設備對象棧 109
4.4 設備的層次結構 110
4.4.1 驅動程序的垂直層次結構 111
4.4.2 驅動程序的水平層次結構 112
4.4.3 驅動程序的復雜層次結構 112
4.5 實驗 114
4.5.1 改寫HelloDDK查看驅動結構 114
4.5.2 改寫HelloWDM查看驅動結構 116
4.6 小結 117
第5章 Windows內存管理 118
5.1 內存管理概念 118
5.1.1 物理內存概念（Physical Memory Address） 118
5.1.2 虛擬內存地址概念（Virtual Memory Address） 119
5.1.3 用戶模式地址和內核模式地址 120
5.1.4 Windows驅動程序和進程的關係 121
5.1.5 分頁與非分頁內存 122
5.1.6 分配內核內存 123
5.2 在驅動中使用鏈錶 124
5.2.1 鏈錶結構 124
5.2.2 鏈錶初始化 125
5.2.3 從首部插入鏈錶 126
5.2.4 從尾部插入鏈錶 126
5.2.5 從鏈錶刪除 127
5.2.6 實驗 129
5.3 Lookaside結構 130
5.3.1 頻繁申請內存的弊端 130
5.3.2 使用Lookaside 130
5.3.3 實驗 132
5.4 運行時函數 133
5.4.1 內存間復製（非重疊） 133
5.4.2 內存間復製（可重疊） 134
5.4.3 填充內存 134
5.4.4 內存比較 135
5.4.5 關於運行時函數使用的注意事項 135
5.4.6 實驗 137
5.5 使用C++特性分配內存 137
5.6 其他 139
5.6.1 數據類型 139
5.6.2 返迴狀態值 140
5.6.3 檢查內存可用性 142
5.6.4 結構化異常處理（try-except塊） 142
5.6.5 結構化異常處理（try-finally塊） 144
5.6.6 使用宏需要注意的地方 146
5.6.7 斷言 147
5.7 小結 147
第6章 Windows內核函數 148
6.1 內核模式下的字符串操作 148
6.1.1 ASCII字符串和寬字符串 148
6.1.2 ANSI_STRING字符串與UNICODE_STRING字符串 149
6.1.3 字符初始化與銷毀 151
6.1.4 字符串復製 152
6.1.5 字符串比較 153
6.1.6 字符串轉化成大寫 154
6.1.7 字符串與整型數字相互轉換 155
6.1.8 ANSI_STRING字符串與UNICODE_STRING字符串相互轉換 157
6.2 內核模式下的文件操作 158
6.2.1 文件的創建 158
6.2.2 文件的打開 161
6.2.3 獲取或修改文件屬性 163
6.2.4 文件的寫操作 166
6.2.5 文件的讀操作 167
6.3 內核模式下的注冊錶操作 169
6.3.1 創建關閉注冊錶 170
6.3.2 打開注冊錶 172
6.3.3 添加、修改注冊錶鍵值 173
6.3.4 查詢注冊錶 175
6.3.5 枚舉子項 178
6.3.6 枚舉子鍵 180
6.3.7 刪除子項 182
6.3.8 其他 183
6.4 小結 185
第7章派遣函數 186
7.1 IRP與派遣函數 186
7.1.1 IRP 186
7.1.2 IRP類型 188
7.1.3 對派遣函數的簡單處理 188
7.1.4 通過設備鏈接打開設備 190
7.1.5 編寫一個更通用的派遣函數 191
7.1.6 跟蹤IRP的利器IRPTrace 193
7.2 緩衝區方式讀寫操作 196
7.2.1 緩衝區設備 196
7.2.2 緩衝區設備讀寫 197
7.2.3 緩衝區設備模擬文件讀寫 200
7.3 直接方式讀寫操作 203
7.3.1 直接讀取設備 204
7.3.2 直接讀取設備的讀寫 205
7.4 其他方式讀寫操作 207
7.4.1 其他方式設備 207
7.4.2 其他方式讀寫 208
7.5 IO設備控製操作 209
7.5.1 DeviceIoControl與驅動交互 209
7.5.2 緩衝內存模式IOCTL 210
7.5.3 直接內存模式IOCTL 212
7.5.4 其他內存模式IOCTL 214
7.6 小結 216
第2篇進階篇
第8章驅動程序的同步處理 218
8.1 基本概念 218
8.1.1 問題的引齣 218
8.1.2 同步與異步 219
8.2 中斷請求級 219
8.2.1 中斷請求（IRQ）與可編程中斷控製器（PIC） 220
8.2.2 高級可編程控製器（APIC） 221
8.2.3 中斷請求級（IRQL） 221
8.2.4 綫程調度與綫程優先級 222
8.2.5 IRQL的變化 223
8.2.6 IRQL與內存分頁 223
8.2.7 控製IRQL提升與降低 224
8.3 自鏇鎖 224
8.3.1 原理 224
8.3.2 使用方法 225
8.4 用戶模式下的同步對象 225
8.4.1 用戶模式的等待 226
8.4.2 用戶模式開啓多綫程 226
8.4.3 用戶模式的事件 227
8.4.4 用戶模式的信號燈 229
8.4.5 用戶模式的互斥體 230
8.4.6 等待綫程完成 232
8.5 內核模式下的同步對象 232
8.5.1 內核模式下的等待 232
8.5.2 內核模式下開啓多綫程 234
8.5.3 內核模式下的事件對象 236
8.5.4 驅動程序與應用程序交互事件對象 237
8.5.5 驅動程序與驅動程序交互事件對象 239
8.5.6 內核模式下的信號燈 240
8.5.7 內核模式下的互斥體 241
8.5.8 快速互斥體 243
8.6 其他同步方法 244
8.6.1 使用自鏇鎖進行同步 245
8.6.2 使用互鎖操作進行同步 247
8.7 小結 249
第9章 IRP的同步 250
9.1 應用程序對設備的同步異步操作 250
9.1.1 同步操作與異步操作原理 250
9.1.2 同步操作設備 252
9.1.3 異步操作設備（方式一） 253
9.1.4 異步操作設備（方式二） 254
9.2 IRP的同步完成與異步完成 256
9.2.1 IRP的同步完成 256
9.2.2 IRP的異步完成 257
9.2.3 取消IRP 262
9.3 StartIO例程 264
9.3.1 並行執行與串行執行 264
9.3.2 StartIO例程 265
9.3.3 示例 267
9.4 自定義的StartIO 270
9.4.1 多個串行化隊列 270
9.4.2 示例 271
9.5 中斷服務例程 273
9.5.1 中斷操作的必要性 273
9.5.2 中斷優先級 274
9.5.3 中斷服務例程（ISR） 274
9.6 DPC例程 275
9.6.1 延遲過程調用例程（DPC） 275
9.6.2 DpcForISR 275
9.7 小結 276
第10章定時器 277
10.1 定時器實現方式一 277
10.1.1 I/O定時器 277
10.1.2 示例代碼 278
10.2 定時器實現方式二 280
10.2.1 DPC定時器 280
10.2.2 示例代碼 282
10.3 等待 284
10.3.1 第一種方法：使用KeWaitForSingleObject 284
10.3.2 第二種方法：使用KeDelayExecutionThread 285
10.3.3 第三種方法：使用KeStallExecutionProcessor 285
10.3.4 第四種方法：使用定時器 286
10.4 時間相關的其他內核函數 286
10.4.1 時間相關函數 286
10.4.2 示例代碼 288
10.5 IRP的超時處理 289
10.5.1 原理 289
10.5.2 示例代碼 289
10.6 小結 291
第11章驅動程序調用驅動程序 292
11.1 以文件句柄形式調用其他驅動程序 292
11.1.1 準備一個標準驅動 292
11.1.2 獲得設備句柄 294
11.1.3 同步調用 295
11.1.4 異步調用方法一 297
11.1.5 異步調用方法二 299
11.1.6 通過符號鏈接打開設備 301
11.2 通過設備指針調用其他驅動程序 303
11.2.1 用IoGetDeviceObjectPointer獲得設備指針 304
11.2.2 創建IRP傳遞給驅動的派遣函數 305
11.2.3 用IoBuildSynchronousFsdRequest創建IRP 306
11.2.4 用IoBuildAsynchronousFsdRequest創建IRP 308
11.2.5 用IoAllocateIrp創建IRP 311
11.3 其他方法獲得設備指針 314
11.3.1 用ObReferenceObjectByName獲得設備指針 314
11.3.2 剖析IoGetDeviceObjectPointer 317
11.4 小結 318
第12章分層驅動程序 319
12.1 分層驅動程序概念 319
12.1.1 分層驅動程序的概念 319
12.1.2 設備堆棧與掛載 321
12.1.3 I/O堆棧 322
12.1.4 嚮下轉發IRP 323
12.1.5 掛載設備對象示例 324
12.1.6 轉發IRP示例 325
12.1.7 分析 326
12.1.8 遍曆設備棧 327
12.2 完成例程 330
12.2.1 完成例程概念 330
12.2.2 傳播Pending位 332
12.2.3 完成例程返迴STATUS_SUCCESS 333
12.2.4 完成例程返迴STATUS_MORE_PROCESSING_REQUIRED 334
12.3 將IRP分解成多個IRP 336
12.3.1 原理 336
12.3.2 準備底層驅動 337
12.3.3 讀派遣函數 338
12.3.4 完成例程 341
12.3.5 分析 342
12.4 WDM驅動程序架構 344
12.4.1 WDM與分層驅動程序 344
12.4.2 WDM的加載方式 345
12.4.3 功能設備對象 346
12.4.4 物理設備對象 346
12.4.5 物理設備對象與即插即用 348
12.5 小結 349
第13章讓設備實現即插即用 350
13.1 即插即用概念 350
13.1.1 曆史原因 350
13.1.2 即插即用的目標 351
13.1.3 Windows中即插即用相關組件 351
13.1.4 遺留驅動程序 352
13.2 即插即用IRP 352
13.2.1 即插即用IRP的功能代碼 353
13.2.2 處理即插即用IRP的派遣函數 353
13.3 通過設備接口尋找設備 356
13.3.1 設備接口 356
13.3.2 WDM驅動中設置接口 357
13.3.3 應用程序尋找接口 359
13.3.4 查看接口設備 360
13.4 啓動和停止設備 361
13.4.1 為一個實際硬件安裝HelloWDM 362
13.4.2 啓動設備 364
13.4.3 轉發並等待 366
13.4.4 獲得設備相關資源 367
13.4.5 枚舉設備資源 368
13.4.6 停止設備 372
13.5 即插即用的狀態轉換 373
13.5.1 狀態轉換圖 373
13.5.2 IRP_MN_QUERY_STOP_DEVICE 374
13.5.3 IRP_MN_QUERY_REMOVE_DEVICE 374
13.6 其他即插即用IRP 375
13.6.1 IRP_MN_FILTER_RESOURCE_REQUIREMENTS 375
13.6.2 IRP_MN_QUERY_CAPABILITIES 376
13.7 小結 377
第14章電源管理 378
14.1 WDM電源管理模型 378
14.1.1 概述 378
14.1.2 熱插拔 378
14.1.3 電源狀態 379
14.1.4 設備狀態 379
14.1.5 狀態轉換 380
14.2 處理IRP_MJ_POWER 381
14.3 處理IRP_MN_QUERY_CAPABILITIES 381
14.3.1 DEVICE_CAPABILITIES 381
14.3.2 一個試驗 382
14.4 小結 384
第3篇實用篇
第15章 I/O端口操作 386
15.1 概述 386
15.1.1 從DOS說起 386
15.1.2 匯編實現 387
15.1.3 DDK實現 389
15.2 工具軟件WinIO 390
15.2.1 WinIO簡介 390
15.2.2 使用方法 390
15.3 端口操作實現方法一 391
15.3.1 驅動端程序 391
15.3.2 應用程序端程序 393
15.4 端口操作實現方法二 394
15.4.1 驅動端程序 394
15.4.2 應用程序端程序 396
15.5 端口操作實現方法三 397
15.5.1 驅動端程序 397
15.5.2 應用程序端程序 398
15.6 端口操作實現方法四 399
15.6.1 原理 399
15.6.2 驅動端程序 400
15.6.3 應用程序端程序 401
15.7 驅動PC喇叭 402
15.7.1 可編程定時器 402
15.7.2 PC喇叭 403
15.7.3 操作代碼 404
15.8 操作並口設備 405
15.8.1 並口設備簡介 405
15.8.2 並口寄存器 406
15.8.3 並口設備操作 408
15.9 小結 410
第16章 PCI設備驅動 411
16.1 PCI總綫協議 411
16.1.1 PCI總綫簡介 411
16.1.2 PCI配置空間簡介 412
16.2 訪問PCI配置空間方法一 414
16.2.1 兩個重要寄存器 414
16.2.2 示例 415
16.3 訪問PCI配置空間方法二 417
16.3.1 DDK函數讀取配置空間 417
16.3.2 示例 418
16.4 訪問PCI配置空間方法三 419
16.4.1 通過即插即用IRP獲得PCI配置空間 420
16.4.2 示例 420
16.5 訪問PCI配置空間方法四 421
16.5.1 創建IRP_MN_READ_CONFIG 422
16.5.2 示例 422
16.6 PCI設備驅動開發示例 423
16.6.1 開發步驟 424
16.6.2 中斷操作 424
16.6.3 操作設備物理內存 425
16.6.4 示例 426
16.7 小結 429
第17章 USB設備驅動 430
17.1 USB總綫協議 430
17.1.1 USB設備簡介 430
17.1.2 USB連接拓撲結構 431
17.1.3 USB通信的流程 433
17.1.4 USB四種傳輸模式 435
17.2 Windows下的USB驅動 438
17.2.1 觀察USB設備的工具 438
17.2.2 USB設備請求 440
17.2.3 設備描述符 440
17.2.4 配置描述符 442
17.2.5 接口描述符 443
17.2.6 端點描述符 443
17.3 USB驅動開發實例 444
17.3.1 功能驅動與物理總綫驅動 444
17.3.2 構造USB請求包 445
17.3.3 發送USB請求包 446
17.3.4 USB設備初始化 447
17.3.5 USB設備的插拔 447
17.3.6 USB設備的讀寫 448
17.4 小結 450
第18章 SDIO設備驅動 451
18.1 SDIO協議 451
18.1.1 SD內存卡概念 451
18.1.2 SDIO卡概念 452
18.1.3 SDIO總綫 452
18.1.4 SDIO令牌 453
18.1.5 SDIO令牌格式 455
18.1.6 SDIO的寄存器 456
18.1.7 CMD52命令 458
18.1.8 CMD53命令 459
18.2 SDIO卡驅動開發框架 459
18.2.1 SDIO Host Controller驅動 459
18.2.2 SDIO卡的初始化 460
18.2.3 中斷迴調函數 461
18.2.4 獲得和設置屬性 462
18.2.5 CMD52 464
18.2.6 CMD53 465
18.3 SDIO開發實例 467
18.4 小結 467
第19章虛擬串口設備驅動 469
19.1 串口簡介 469
19.2 DDK串口開發框架 470
19.2.1 串口驅動的入口函數 470
19.2.2 應用程序與串口驅動的通信 473
19.2.3 寫的實現 475
19.2.4 讀的實現 477
19.3 小結 478
第20章攝像頭設備驅動程序 479
20.1 WDM攝像頭驅動框架 479
20.1.1 類驅動與小驅動 479
20.1.2 攝像頭的類驅動與小驅動 480
20.1.3 編寫小驅動程序 480
20.1.4 小驅動的流控製 481
20.2 虛擬攝像頭開發實例 482
20.2.1 編譯和安裝 482
20.2.2 虛擬攝像頭入口函數 484
20.2.3 對STREAM_REQUEST_BLOCK的處理函數 485
20.2.4 打開視頻流 487
20.2.5 對視頻流的讀取 488
20.3 小結 489
第4篇提高篇
第21章再論IRP 492
21.1 轉發IRP 492
21.1.1 直接轉發 492
21.1.2 轉發並且等待 492
21.1.3 轉發並且設置完成例程 494
21.1.4 暫時掛起當前IRP 495
21.1.5 不轉發IRP 496
21.2 創建IRP 496
21.2.1 IoBuildDeviceIoControlRequest 497
21.2.2 創建有超時的IOCTL IRP 498
21.2.3 用IoBuildSynchronousFsdRequest創建IRP 499
21.2.4 關於IoBuildAsynchronousFsdRequest 501
21.2.5 關於IoAllocateIrp 502
21.3 小結 505
第22章過濾驅動程序 506
22.1 文件過濾驅動程序 506
22.1.1 過濾驅動程序概念 506
22.1.2 過濾驅動程序的入口函數 506
22.1.3 U盤過濾驅動程序 509
22.1.4 過濾驅動程序加載方法一 510
22.1.5 過濾驅動程序加載方法二 511
22.1.6 過濾驅動程序的AddDevice例程 512
22.1.7 磁盤命令過濾 513
22.2 NT式過濾驅動程序 516
22.2.1 NT式過濾驅動程序 516
22.2.2 NT過濾驅動的入口函數 517
22.2.3 掛載過濾驅動 517
22.2.4 過濾鍵盤讀操作 518
22.3 小結 520
第23章高級調試技巧 521
23.1 一般性調試技巧 521
23.1.1 打印調試信息 521
23.1.2 存儲dump信息 521
23.1.3 使用WinDbg調試工具 522
23.2 高級內核調試技巧 524
23.2.1 安裝VMWare 525
23.2.2 在虛擬機上加載驅動程序 526
23.2.3 VMWare和WinDbg聯閤調試驅動程序 527
23.3 用IRPTrace調試驅動程序 528
23.4 小結 530
· · · · · · (收起)

讀後感

評分☆☆☆☆☆

P231第四行：主要获得了互斥体——只要获得了互斥体 P254第12行这里没有设置---这里设置 P316的代码段里：构造设备名字符串，而下面的代码：RtlInitUnicodeString( &DeviceName, L"\??\HelloDDKA" );这是构造设备符号链接字符串，最后一行：此段代码在Test7目录下找到，实际...

評分☆☆☆☆☆

再一次让我对大陆的IT书籍失望，看来这又是一本滥竽充数、混著作数评级的书。本来看了目录觉得还不错，再加上说是“via工程师的心得之作”，但书到手以后。。。这回购书得到的经验：以后再买书，看目录的时候，不仅要看内容安排，还要看看他的页数。现在看起来觉得自己很...

評分☆☆☆☆☆

尊敬的博文视点的工作人员：您好! 我是一名华中科技大学的研究生。最近在网上看到了博文视点推出的新书《windows设备驱动开发技术详解》。看过网上的介绍后，觉得该书脉络清晰，讲解循序渐进，细致入微，是一本国内不可多得的驱动开发的经典。恰好，我正在...

評分☆☆☆☆☆

art baker的nt驱动我是看过的，walter oney 的那本wdm看过3遍以上了，但是真正好的还是这本。就像作者说的那样，“写这本书，是为了一个梦”。我要感谢作者，感谢这本书。

評分☆☆☆☆☆

用戶評價

评分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的最大價值，在於它係統性地建立瞭我對Windows內核對象和通信機製的理解。在開始閱讀之前，我對進程、綫程、內核對象之間的關係一直感到模糊，更不用說如何在驅動程序中正確地使用它們瞭。這本書用大量篇幅詳細闡述瞭內核對象的生命周期、訪問控製以及它們在驅動程序中的作用。例如，關於IRP（I/O Request Packet）的講解，可以說是這本書的靈魂之一。我深刻理解瞭IRP是如何在用戶模式和內核模式之間傳遞I/O請求的，以及驅動程序如何處理這些IRP。書中對IRP的各個字段的解釋，以及如何創建、傳遞和完成IRP，都讓我豁然開朗。此外，書中對Windows內核同步機製的深入剖析，也讓我受益匪淺。我之前對自鏇鎖、互斥鎖、事件對象等概念的理解非常片麵，而這本書通過生動的示例，讓我明白瞭它們各自的適用場景以及在使用時需要注意的細節。尤其是在講解如何避免死鎖和競態條件時，作者提供的分析方法和實踐建議，對我來說是無價的。我感覺這本書不僅僅是在教授技術，更是在培養一種嚴謹的編程思維，一種對係統安全和穩定性負責的態度。讀完之後，我不僅能夠更清晰地理解現有的驅動程序代碼，也能夠更有信心地去編寫自己的驅動程序，解決那些曾經讓我頭疼不已的同步和並發問題。

评分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的驚喜，在於它能夠如此詳盡地闡述Windows設備的枚舉和管理機製。作為一名長期從事硬件集成工作的工程師，我深知設備在整個係統中的重要性，而驅動程序正是這一切的關鍵。在閱讀這本書之前，我對Windows如何識彆和加載硬件設備感到非常好奇，但始終找不到一個清晰的答案。這本書則用非常清晰的邏輯，一步步揭開瞭這個神秘的麵紗。它詳細介紹瞭即插即用（Plug and Play）管理器的工作原理，解釋瞭硬件ID、兼容ID等概念是如何幫助Windows識彆設備的。我尤其欣賞書中對設備樹（Device Tree）和硬件注冊錶（Hardware Registry）的講解，讓我明白瞭Windows是如何維護一個設備信息的完整數據庫的。更重要的是，書中還深入探討瞭驅動程序的加載和卸載過程，以及如何處理設備的熱插拔事件。這些內容對於我理解和調試實際的硬件設備驅動程序非常有幫助。我能夠理解為什麼某些設備在插入後會自動安裝驅動，為什麼有些設備在係統啓動時會提前加載。作者還分享瞭許多實用的調試技巧，比如如何使用Driver Verifier來檢測驅動程序中的潛在錯誤，以及如何分析DbgView的輸齣信息。這些實用的經驗，讓我感覺自己不僅僅是在學習理論，更是在學習如何成為一名更優秀的驅動程序開發者。這本書讓我對Windows的底層運作有瞭更深層次的理解，也讓我對如何高效地開發和管理設備驅動程序有瞭更清晰的思路。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在嵌入式領域摸爬滾打瞭多年的開發者，雖然接觸過一些底層編程，但對Windows驅動開發一直心存畏懼。這本書的齣現，徹底改變瞭我的看法。它沒有一開始就用那些讓人望而生畏的內核API轟炸我，而是從更宏觀的視角，將Windows操作係統比作一個龐大而精密的組織，而驅動程序則是這個組織中負責與外部世界（硬件）溝通的各個部門。這種類比非常形象，讓我能夠快速理解驅動程序在整個係統架構中的定位和作用。更重要的是，書中對於如何管理硬件資源，如何與硬件交互的講解，非常貼閤實際。例如，在講解I/O空間和內存映射I/O時，作者通過詳細的例子，讓我明白瞭如何通過讀寫特定的內存地址來控製硬件設備。書中對DMA（直接內存訪問）的解釋也尤為精彩，它讓我理解瞭為什麼某些高性能設備能夠繞過CPU直接進行數據傳輸，以及這其中涉及到的復雜機製。我還特彆喜歡書中關於電源管理和即插即用（PnP）的章節。這些都是在實際産品開發中非常重要的部分，而這本書為我提供瞭非常清晰的思路。它不僅講解瞭相關的原理，還提供瞭如何在驅動程序中實現這些功能的指導，這對於我這樣希望將驅動開發技能應用到實際産品中的開發者來說，無疑是雪中送炭。我感覺自己不再是那個對Windows驅動開發一無所知的新手，而是已經擁有瞭一套強大的工具和思維方式，能夠自信地去應對各種挑戰。

评分☆☆☆☆☆

這本書為我打開瞭Windows網絡驅動開發的新世界。作為一名長期從事網絡應用開發的程序員，我一直對網絡協議棧以及驅動程序在其中扮演的角色感到好奇。這本書以一種非常係統的方式，將驅動程序與網絡協議棧的各個層次聯係起來，讓我得以一窺其中奧秘。我特彆欣賞作者在講解NDIS（Network Driver Interface Specification）時的詳盡程度。它不僅僅是介紹NDIS的API，而是深入到NDIS的架構設計，解釋瞭NDIS如何提供一個標準化的接口，使得各種網絡硬件廠商能夠方便地開發驅動程序。書中對OIDs（Object Identifiers）的解釋，讓我明白瞭驅動程序如何嚮NDIS報告設備狀態和接收控製命令。此外，書中對數據包的封裝和解封裝過程的詳細描述，也讓我對網絡通信有瞭更深的理解。我能夠理解數據包是如何從應用程序層一層層嚮下傳遞，並在驅動程序中被添加瞭各種頭部信息的。書中關於TCP/IP協議棧在驅動程序中的實現，也讓我對網絡傳輸的細節有瞭更清晰的認識。我感覺自己不僅僅是在學習驅動開發技術，更是在學習網絡通信的底層原理。這本書無疑為我提供瞭一個寶貴的學習資源，讓我能夠更自信地去探索網絡驅動開發的領域，甚至能夠嘗試自己去開發和優化網絡驅動程序。

评分☆☆☆☆☆

這本書對於我理解Windows的內存管理和虛擬化技術，起到瞭至關重要的作用。在我看來，驅動程序開發中最具挑戰性的部分之一就是對內存的精細控製。而這本書則以一種前所未有的深度，剖析瞭驅動程序如何在Windows環境中進行內存分配、映射和管理。我特彆贊賞作者對於頁錶、段頁式管理以及物理內存和虛擬內存之間轉換機製的詳細講解。它不僅僅是羅列API函數，而是深入到CPU和操作係統層麵，解釋瞭內存管理背後的復雜原理。書中對非分頁池（Non-paged Pool）和分頁池（Paged Pool）的區彆以及它們的使用場景的闡述，讓我對驅動程序中的內存安全有瞭更深的認識。我還注意到，書中對DMA（Direct Memory Access）的講解非常透徹。我一直對DMA感到好奇，因為它能夠極大地提高設備的數據傳輸效率，但其背後的機製卻相當復雜。這本書通過詳細的圖示和代碼示例，讓我理解瞭DMA如何繞過CPU直接進行數據傳輸，以及驅動程序如何配置和管理DMA通道。此外，書中關於內存映射文件（Memory-Mapped Files）的介紹，也為我提供瞭另一種高效的數據訪問方式。這些內容不僅拓寬瞭我的技術視野，更重要的是，它幫助我培養瞭一種對內存的敬畏之心，以及如何在驅動程序開發中更加審慎地使用和管理內存資源。

评分☆☆☆☆☆

對於我這樣一個在軟件開發領域摸索瞭多年，但從未深入接觸過操作係統底層的人來說，這本書簡直像一本“啓濛聖經”。它並沒有以高高在上的姿態去俯視讀者，而是非常耐心地引導我一步步走進Windows驅動程序的奇妙世界。我尤其喜歡作者在講解“驅動程序模型”時的切入點。他沒有直接拋齣復雜的API，而是先用類比的方式，將驅動程序比作一個“服務提供者”，而操作係統內核則是“請求者”。這種由淺入深、由錶及裏的講解方式，讓我能夠迅速建立起對驅動程序整體框架的認知，而不是被各種零散的API函數淹沒。書中對WDM（Windows Driver Model）的介紹，更是讓我眼前一亮。它清晰地展示瞭驅動程序如何與操作係統內核進行交互，如何響應各種I/O請求，以及如何管理硬件設備。尤其是對IRP（I/O Request Packet）的處理流程的詳細講解，讓我理解瞭驅動程序是如何被動的接收和處理來自用戶模式的請求的。作者不僅解釋瞭IRP的結構和內容，還深入剖析瞭驅動程序如何通過傳遞IRP鏈條來實現復雜的功能。此外，書中對設備對象、驅動對象、控製設備等核心概念的闡述，也給瞭我非常清晰的理解。我感覺自己不再是那個對Windows內核一片迷茫的探索者，而是已經找到瞭正確的方嚮，並且掌握瞭必要的工具和方法，能夠 confidently 地去探索更深層次的驅動開發技術。

评分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都令我感到驚喜，它沒有迴避驅動開發中那些最棘手的問題，而是以一種非常務實和有條理的方式將其一一展現。我特彆欣賞作者在講解中斷處理和同步機製時的細緻入微。這些內容往往是新手最容易感到睏惑的地方，但在這本書中，作者通過大量的圖示和清晰的解釋，將這些復雜的概念梳理得一清二楚。我能夠理解為什麼在多綫程環境下，數據訪問需要加鎖，為什麼中斷會打斷正常的執行流程，以及如何在這些場景下保證係統的穩定性和數據的完整性。書中對綫程優先級、進程間通信以及各種同步原語（如自鏇鎖、互斥鎖、事件等）的講解，都給我留下瞭深刻的印象。它不僅介紹瞭這些機製的功能，更重要的是，它解釋瞭在實際的驅動程序開發中，如何根據具體的需求來選擇和使用它們，以及在使用過程中需要注意的陷阱。我還注意到，書中對於錯誤處理和調試技巧也給予瞭相當大的篇幅。這對於驅動開發來說至關重要，因為驅動程序的任何一個微小錯誤都可能導緻整個係統崩潰。作者提供瞭一係列實用的調試方法和工具，並且鼓勵讀者在開發過程中主動進行測試和驗證，這種注重實際操作和質量保證的理念，讓我受益匪淺。我感覺自己不僅僅是在學習理論知識，更是在學習一種嚴謹的開發態度和解決問題的能力。這本書讓我意識到，驅動開發不僅僅是編寫代碼，更是一門關於係統理解、資源管理和問題診斷的藝術。

评分☆☆☆☆☆

這本書真的給瞭我一個全新的視角來理解Windows底層運作的奧秘。我一直對操作係統內核和硬件交互充滿瞭好奇，但苦於沒有一本係統性的入門教材。市麵上雖然不乏相關的書籍，但很多要麼過於理論化，要麼過於碎片化，很難建立起完整的知識體係。直到我翻開這本書，纔發現我的睏惑得到瞭解答。它並沒有直接拋齣大量的API函數或者復雜的代碼片段，而是從一個更宏觀的角度，描繪瞭驅動程序在整個Windows架構中所扮演的角色。我開始明白，為什麼某些應用程序會時不時齣現崩潰，為什麼有些硬件設備的工作狀態不如預期，很多時候根源都隱藏在驅動程序這個我們通常不太關注的層麵。作者的敘述方式非常引人入勝，就像是在娓娓道來一個復雜的故事，將抽象的概念具象化。比如，在講解設備模型時，它會用生動的比喻來解釋物理設備、邏輯設備和驅動程序之間的層層剝離，讓我能夠輕鬆地把握住核心概念，而不至於被術語淹沒。而且，書中對上下文的鋪墊做得非常到位，每次引入一個新的技術點，都會詳細解釋它齣現的背景、解決的問題以及它在整體框架中的位置，這使得我在學習過程中能夠始終保持一種全局觀，而不是陷入孤立的細節中。即使是對於我這樣剛開始接觸驅動開發的人來說，這本書也提供瞭非常清晰的學習路徑，讓我知道應該從哪裏入手，如何一步步深入。它不僅僅是一本技術書籍，更像是一位經驗豐富的老師，引領我一步步走進Windows驅動開發的殿堂，讓我感受到前所未有的學習樂趣和成就感。我甚至開始主動去思考，如果我遇到一個特定的硬件需求，應該如何去設計一個驅動程序來滿足它，這種思維模式的轉變，纔是這本書最寶貴的價值所在。

评分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的最大啓發，在於它能夠如此深入地剖析Windows的安全模型和驅動程序中的安全考量。在過去，我一直認為安全更多的是應用層麵的問題，但這本書讓我深刻認識到，驅動程序作為操作係統的核心組成部分，其安全性至關重要。書中對訪問控製列錶（ACL）、安全描述符以及權限檢查的講解，讓我明白瞭Windows是如何保護係統資源，以及驅動程序如何配閤這些機製來確保數據的安全。我特彆欣賞作者在講解輸入驗證（Input Validation）和防止緩衝區溢齣（Buffer Overflow Prevention）方麵的實踐建議。這些都是驅動程序開發中必須高度重視的安全問題。書中提供的代碼示例和分析，讓我能夠理解這些漏洞是如何被利用的，以及如何通過良好的編程習慣來規避它們。此外，書中對數字簽名（Digital Signing）和驅動程序驗證（Driver Verification）的討論，也讓我對Windows係統的安全機製有瞭更深的認識。我明白瞭為什麼隻有經過簽名的驅動程序纔能被加載，以及這些機製是如何防止惡意軟件的。總而言之，這本書不僅僅是在教授驅動開發的技術，更是在培養一種安全意識，一種對係統穩定性和用戶數據負責的態度。它讓我明白，開發一個可靠的驅動程序，必須將安全性放在首位。

评分☆☆☆☆☆

這本書最讓我贊賞的一點，是它能夠將抽象的理論知識與具體的實踐操作完美地結閤起來。我是一名動手能力較強的開發者，我更喜歡通過實際操作來加深對技術的理解。這本書在這方麵做得非常齣色。它沒有僅僅停留在理論層麵，而是提供瞭大量的代碼示例，並且這些示例都經過瞭精心設計，能夠清晰地展示各種驅動程序開發的技術點。我尤其喜歡書中關於如何編寫簡單的字符設備驅動程序，以及如何通過WinDbg進行調試的章節。這些實用的操作指南，讓我能夠快速地將學到的知識應用到實踐中。我能夠理解如何創建設備對象，如何處理IRP，以及如何與用戶模式應用程序進行通信。而且，書中還提供瞭許多關於如何優化驅動程序性能的技巧，例如如何有效地管理內存，如何減少不必要的係統調用等。這些寶貴的經驗，讓我能夠在實際的開發過程中編寫齣更高效、更穩定的驅動程序。我感覺自己不僅僅是在閱讀一本技術書籍，更是在進行一次完整的驅動開發實訓。通過這本書，我不僅掌握瞭驅動開發的技術，更培養瞭解決實際問題的能力，這種通過實踐獲得的成長，纔是最讓我感到欣喜和滿足的。

评分☆☆☆☆☆

比較詳細

评分☆☆☆☆☆

驅動開發入門經典!通俗易懂!

评分☆☆☆☆☆

介紹這方麵的書不多，想研究這方麵的可以看，內容不錯。但小女子我再也不想看這種高深技術書瞭。

评分☆☆☆☆☆

感覺寫的順序都點亂，初看的時候一頭霧水。。。

评分☆☆☆☆☆

作者對概念理解不夠深入，與PROGRAMMING WINDOWS DRIVER MODEL相比還是有差距。