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[25698] 2016-11-09_Linux与Windows的设备驱动模型对比：架构、API和开发环境比较

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2016-11-09_Linux与Windows的设备驱动模型对比：架构、API和开发环境比较 0 8 % 0 9 % 1 6 % 2 2 % 4 7 % 5 1 % 2 7 % 3 3 % 2 3 % 2 7 % 4 2 % 5 6 % 5 6 % 6 0 % 5 6 % 6 5 % 6 9 % 7 2 % 7 9 % 7 9 % 8 4 % 8 8 % 9 2 % L i n u x   与   W i n d o w s   的 设 备 驱 动 模 型 对 比 ： 架 构 、 A P I   和 开 发 环 境 比 较 F r a n k X i n q i & Y a n g Y   L i n u x 中 国   2 0 1 6 - 1 1 - 0 9 本 文 导 航 - 1 .   设 备 驱 动 架 构 - 1 . 1 .   W i n d o w s   驱 动 架 构 - 1 . 2 .   L i n u x   驱 动 架 构 - 2 .   设 备 驱 动   A P I - W i n d o w s   上 的 驱 动 程 序   I / O   模 式 - L i n u x   上 的 驱 动 程 序   I / O   模 式 - 在   W i n d o w s   上 注 册 设 备 - 在   L i n u x   上 注 册 设 备 - 2 . 1 .   初 始 化 - 2 . 2 .   命 名 和 声 明 设 备 - 2 . 3 .   交 换 数 据 - 3 .   设 备 驱 动 开 发 环 境 - W i n d o w s   驱 动 程 序 工 具 包 - L i n u x   源 代 码 - 3 . 1 .   设 备 驱 动 框 架 - 3 . 2 .   为 设 备 驱 动 构 建 系 统 - 3 . 3 .   文 档 支 持 - 3 . 4 .   调 试 支 持 - 4 .   设 备 驱 动 分 发 - 4 . 1 .   安 装 设 备 驱 动 - 4 . 2 .   更 新 设 备 驱 动 - 4 . 3 .   安 全 方 面 的 考 虑 - 5 .   结 论 名 词 缩 写 ： A p p l i c a t i o n   P r o g r a m   I n t e r f a c e A P I   应 用 程 序 接 口 A p p l i c a t i o n   B i n a r y   I n t e r f a c e A B I   应 用 系 统 二 进 制 接 口 设 备 驱 动 是 操 作 系 统 的 一 部 分 ， 它 能 够 通 过 一 些 特 定 的 编 程 接 口 便 于 硬 件 设 备 的 使 用 ， 这 样 软 件 就 可 以 控 制 并 且 运 行 那 些 设 备 了 。 因 为 每 个 驱 动 都 对 应 不 同 的 操 作 系 统 ， 所 以 你 就 需 要 不 同 的   L i n u x 、 W i n d o w s   或   U n i x   设 备 驱 动 ， 以 便 能 够 在 不 同 的 计 算 机 上 使 用 你 的 设 备 。 这 就 是 为 什 么 当 你 雇 佣 一 个 驱 动 开 发 者 或 者 选 择 一 个 研 发 服 务 商 提 供 者 的 时 候 ， 查 看 他 们 为 各 种 操 作 系 统 平 台 开 发 驱 动 的 经 验 是 非 常 重 要 的 。
驱 动 开 发 的 第 一 步 是 理 解 每 个 操 作 系 统 处 理 它 的 驱 动 的 不 同 方 式 、 底 层 驱 动 模 型 、 它 使 用 的 架 构 、 以 及 可 用 的 开 发 工 具 。 例 如 ， L i n u x   驱 动 程 序 模 型 就 与   W i n d o w s   非 常 不 同 。 虽 然   W i n d o w s   提 倡 驱 动 程 序 开 发 和 操 作 系 统 开 发 分 别 进 行 ， 并 通 过 一 组   A B I   调 用 来 结 合 驱 动 程 序 和 操 作 系 统 ， 但 是   L i n u x   设 备 驱 动 程 序 开 发 不 依 赖 任 何 稳 定 的   A B I   或   A P I ， 所 以 它 的 驱 动 代 码 并 没 有 被 纳 入 内 核 中 。 每 一 种 模 型 都 有 自 己 的 优 点 和 缺 点 ， 但 是 如 果 你 想 为 你 的 设 备 提 供 全 面 支 持 ， 那 么 重 要 的 是 要 全 面 的 了 解 它 们 。 在 本 文 中 ， 我 们 将 比 较   W i n d o w s   和   L i n u x   设 备 驱 动 程 序 ， 探 索 不 同 的 架 构 ， A P I ， 构 建 开 发 和 分 发 ， 希 望 让 您 比 较 深 入 的 理 解 如 何 开 始 为 每 一 个 操 作 系 统 编 写 设 备 驱 动 程 序 。 1 .   设 备 驱 动 架 构 设 备 驱 动 架 构 W i n d o w s   设 备 驱 动 程 序 的 体 系 结 构 和   L i n u x   中 使 用 的 不 同 ， 它 们 各 有 优 缺 点 。 差 异 主 要 受 以 下 原 因 的 影 响 ： W i n d o w s   是 闭 源 操 作 系 统 ， 而   L i n u x   是 开 源 操 作 系 统 。 比 较   L i n u x   和   W i n d o w s   设 备 驱 动 程 序 架 构 将 帮 助 我 们 理 解   W i n d o w s   和   L i n u x   驱 动 程 序 背 后 的 核 心 差 异 。 1 . 1 .   W i n d o w s   驱 动 架 构 驱 动 架 构 虽 然   L i n u x   内 核 分 发 时 带 着   L i n u x   驱 动 ， 而   W i n d o w s   内 核 则 不 包 括 设 备 驱 动 程 序 。 与 之 不 同 的 是 ， 现 代   W i n d o w s   设 备 驱 动 程 序 编 写 使 用   W i n d o w s   驱 动 模 型 （ W D M ） ， 这 是 一 种 完 全 支 持 即 插 即 用 和 电 源 管 理 的 模 型 ， 所 以 可 以 根 据 需 要 加 载 和 卸 载 驱 动 程 序 。 处 理 来 自 应 用 的 请 求 ， 是 由   W i n d o w s   内 核 的 中 被 称 为   I / O   管 理 器 的 部 分 来 完 成 的 。 I / O   管 理 器 的 作 用 是 是 转 换 这 些 请 求 到 I O   R e q u e s t   P a c k e t s I / O   请 求 数 据 包 （ I R P ） ， I R P   可 以 被 用 来 在 驱 动 层 识 别 请 求 并 且 传 输 数 据 。 W i n d o w s   驱 动 模 型   W D M   提 供 三 种 驱 动 ，   它 们 形 成 了 三 个 层 ： F i l t e r 过 滤 驱 动 提 供 关 于   I R P   的 可 选 附 加 处 理 。
F u n c t i o n 功 能 驱 动 是 实 现 接 口 和 每 个 设 备 通 信 的 主 要 驱 动 。 B u s 总 线 驱 动 服 务 不 同 的 配 适 器 和 不 同 的 总 线 控 制 器 ， 来 实 现 主 机 模 式 控 制 设 备 。 一 个   I R P   通 过 这 些 层 就 像 它 们 经 过   I / O   管 理 器 到 达 底 层 硬 件 那 样 。 每 个 层 能 够 独 立 的 处 理 一 个   I R P   并 且 把 它 们 送 回   I / O   管 理 器 。 在 硬 件 底 层 中 有 硬 件 抽 象 层 （ H A L ） ， 它 提 供 一 个 通 用 的 接 口 到 物 理 设 备 。 1 . 2 .   L i n u x   驱 动 架 构 驱 动 架 构 相 比 于   W i n d o w s   设 备 驱 动 ， L i n u x   设 备 驱 动 架 构 根 本 性 的 不 同 就 是   L i n u x   没 有 一 个 标 准 的 驱 动 模 型 也 没 有 一 个 干 净 分 隔 的 层 。 每 一 个 设 备 驱 动 都 被 当 做 一 个 能 够 自 动 的 从 内 核 中 加 载 和 卸 载 的 模 块 来 实 现 。 L i n u x   为 即 插 即 用 设 备 和 电 源 管 理 设 备 提 供 一 些 方 式 ， 以 便 那 些 驱 动 可 以 使 用 它 们 来 正 确 地 管 理 这 些 设 备 ， 但 这 并 不 是 必 须 的 。 模 式 输 出 那 些 它 们 提 供 的 函 数 ， 并 通 过 调 用 这 些 函 数 和 传 入 随 意 定 义 的 数 据 结 构 来 沟 通 。 请 求 来 自 文 件 系 统 或 网 络 层 的 用 户 应 用 ， 并 被 转 化 为 需 要 的 数 据 结 构 。 模 块 能 够 按 层 堆 叠 ， 在 一 个 模 块 进 行 处 理 之 后 ， 另 外 一 个 再 处 理 ， 有 些 模 块 提 供 了 对 一 类 设 备 的 公 共 调 用 接 口 ， 例 如   U S B   设 备 。 L i n u x   设 备 驱 动 程 序 支 持 三 种 设 备 ： 实 现 一 个 字 节 流 接 口 的 C h a r a c t e r 字 符 设 备 。 用 于 存 放 文 件 系 统 和 处 理 多 字 节 数 据 块   I O   的 B l o c k 块 设 备 。 用 于 通 过 网 络 传 输 数 据 包 的 N e t w o r k 网 络 接 口 。 L i n u x   也 有 一 个 硬 件 抽 象 层 （ H A L ） ， 它 实 际 扮 演 了 物 理 硬 件 的 设 备 驱 动 接 口 。 2 .   设 备 驱 动 设 备 驱 动   A P I L i n u x   和   W i n d o w s   驱 动   A P I   都 属 于 事 件 驱 动 类 型 ： 只 有 当 某 些 事 件 发 生 的 时 候 ， 驱 动 代 码 才 执 行 — — 当 用 户 的 应 用 程 序 希 望 从 设 备 获 取 一 些 东 西 ， 或 者 当 设 备 有 某 些 请 求 需 要 告 知 操 作 系 统 。 2 . 1 .   初 始 化 初 始 化 在   W i n d o w s   上 ， 驱 动 被 表 示 为     结 构 ， 它 在     函 数 的 执 行 过 程 中 被 初 始 化 。 这 些 入 口 点 也 注 册 一 些 回 调 函 数 ， 用 来 响 应 设 备 的 添 加 和 移 除 、 驱 动 卸 载 和 处 理 新 进 入 的 I R P 。 当 一 个 设 备 连 接 的 时 候 ， W i n d o w s   创 建 一 个 设 备 对 象 ， 这 个 设 备 对 象 在 设 备 驱 动 后 面 处 理 所 有 应 用 请 求 。 相 比 于   W i n d o w s ， L i n u x   设 备 驱 动 生 命 周 期 由 内 核 模 块 的     和   D r i v e r O b j e c t D r i v e r E n t r y m o d u l e _ i n i t m o d u l e _ e x i t
  函 数 负 责 管 理 ， 它 们 分 别 用 于 模 块 的 加 载 和 卸 载 。 它 们 负 责 注 册 模 块 来 通 过 使 用 内 核 接 口 来 处 理 设 备 的 请 求 。 这 个 模 块 需 要 创 建 一 个 设 备 文 件 （ 或 者 一 个 网 络 接 口 ） ， 为 其 所 希 望 管 理 的 设 备 指 定 一 个 数 字 识 别 号 ， 并 注 册 一 些 当 用 户 与 设 备 文 件 交 互 的 时 候 所 使 用 的 回 调 函 数 。 2 . 2 .   命 名 和 声 明 设 备 命 名 和 声 明 设 备 在 在   W i n d o w s   上 注 册 设 备 上 注 册 设 备 W i n d o w s   设 备 驱 动 在 新 连 接 设 备 时 是 由 回 调 函 数     通 知 的 。 它 接 下 来 就 去 创 建 一 个 d e v i c e   o b j e c t 设 备 对 象 ， 用 于 识 别 该 设 备 的 特 定 的 驱 动 实 例 。 取 决 于 驱 动 的 类 型 ， 设 备 对 象 可 以 是 P h y s i c a l   D e v i c e   O b j e c t 物 理 设 备 对 象 （ P D O ） ， F u n c t i o n   D e v i c e   O b j e c t 功 能 设 备 对 象 （ F D O ） ， 或 者 F i l t e r   D e v i c e   O b j e c t 过 滤 设 备 对 象 （ F I D O ） 。 设 备 对 象 能 够 堆 叠 ， P D O   在 底 层 。 设 备 对 象 在 这 个 设 备 连 接 在 计 算 机 期 间 一 直 存 在 。   结 构 能 够 被 用 于 关 联 到 一 个 设 备 对 象 的 全 局 数 据 。 设 备 对 象 可 以 有 如 下 形 式 的 名 字   ， 这 被 系 统 用 来 识 别 和 定 位 它 们 。 应 用 可 以 使 用     A P I   函 数 来 打 开 一 个 有 上 述 名 字 的 文 件 ， 获 得 一 个 可 以 用 于 和 设 备 交 互 的 句 柄 。 然 而 ， 通 常 只 有   P D O   有 自 己 的 名 字 。 未 命 名 的 设 备 能 够 通 过 设 备 级 接 口 来 访 问 。 设 备 驱 动 注 册 一 个 或 多 个 接 口 ， 以   1 2 8   位 全 局 唯 一 标 识 符 （ G U I D ） 来 标 示 它 们 。 用 户 应 用 能 够 使 用 已 知 的   G U I D   来 获 取 一 个 设 备 的 句 柄 。 在 在   L i n u x   上 注 册 设 备 上 注 册 设 备 在   L i n u x   平 台 上 ， 用 户 应 用 通 过 文 件 系 统 入 口 访 问 设 备 ， 它 通 常 位 于     目 录 。 在 模 块 初 始 化 的 时 候 ， 它 通 过 调 用 内 核 函 数     创 建 了 所 有 需 要 的 入 口 。 应 用 可 以 发 起     系 统 调 用 来 获 取 一 个 文 件 描 述 符 来 与 设 备 进 行 交 互 。 这 个 调 用 后 来 被 发 送 到 回 调 函 数 ， 这 个 调 用 （ 以 及 将 来 对 该 返 回 的 文 件 描 述 符 的 进 一 步 调 用 ， 例 如   、   或 ） 会 被 分 配 到 由 该 模 块 安 装 到     或 者   这 样 的 数 据 结 构 中 的 回 调 函 数 。 A d d D e v i c e D e v i c e E x t e n s i o n D e v i c e D e v i c e N a m e C r e a t e F i l e / d e v r e g i s t e r _ c h r d e v o p e n r e a d w r i t e c l o s e f i l e _ o p e r a t i o n s b l o c k _ d e v i c e _ o p e r a t i o n s
设 备 驱 动 模 块 负 责 分 配 和 保 持 任 何 需 要 用 于 操 作 的 数 据 结 构 。 传 送 进 文 件 系 统 回 调 函 数 的     结 构 有 一 个     字 段 ， 它 可 以 被 用 来 存 放 指 向 具 体 驱 动 数 据 的 指 针 。 块 设 备 和 网 络 接 口   A P I   也 提 供 类 似 的 字 段 。 虽 然 应 用 使 用 文 件 系 统 的 节 点 来 定 位 设 备 ， 但 是   L i n u x   在 内 部 使 用 一 个 m a j o r   n u m b e r s 主 设 备 号 和 m i n o r   n u m b e r s 次 设 备 号 的 概 念 来 识 别 设 备 及 其 驱 动 。 主 设 备 号 被 用 来 识 别 设 备 驱 动 ， 而 次 设 备 号 由 驱 动 使 用 来 识 别 它 所 管 理 的 设 备 。 驱 动 为 了 去 管 理 一 个 或 多 个 固 定 的 主 设 备 号 ， 必 须 首 先 注 册 自 己 或 者 让 系 统 来 分 配 未 使 用 的 设 备 号 给 它 。 目 前 ， L i n u x   为 m a j o r - m i n o r   p a i r s 主 次 设 备 对 使 用 一 个   3 2   位 的 值 ， 其 中   1 2   位 分 配 主 设 备 号 ， 并 允 许 多 达   4 0 9 6   个 不 同 的 设 备 。 主 次 设 备 对 对 于 字 符 设 备 和 块 设 备 是 不 同 的 ， 所 以 一 个 字 符 设 备 和 一 个 块 设 备 能 使 用 相 同 的 设 备 对 而 不 导 致 冲 突 。 网 络 接 口 是 通 过 像 e t h 0   的 符 号 名 来 识 别 ， 这 些 又 是 区 别 于 主 次 设 备 的 字 符 设 备 和 块 设 备 的 。 2 . 3 .   交 换 数 据 交 换 数 据 L i n u x   和   W i n d o w s   都 支 持 在 用 户 级 应 用 程 序 和 内 核 级 驱 动 程 序 之 间 传 输 数 据 的 三 种 方 式 ： B u f f e r e d   I n p u t - O u t p u t 缓 冲 型 输 入 输 出 它 使 用 由 内 核 管 理 的 缓 冲 区 。 对 于 写 操 作 ， 内 核 从 用 户 空 间 缓 冲 区 中 拷 贝 数 据 到 内 核 分 配 的 缓 冲 区 ， 并 且 把 它 传 送 到 设 备 驱 动 中 。 读 操 作 也 一 样 ， 由 内 核 将 数 据 从 内 核 缓 冲 区 中 拷 贝 到 应 用 提 供 的 缓 冲 区 中 。 D i r e c t   I n p u t - O u t p u t 直 接 型 输 入 输 出   它 不 使 用 拷 贝 功 能 。 代 替 它 的 是 ， 内 核 在 物 理 内 存 中 钉 死 一 块 用 户 分 配 的 缓 冲 区 以 便 它 可 以 一 直 留 在 那 里 ， 以 便 在 数 据 传 输 过 程 中 不 被 交 换 出 去 。 M e m o r y   m a p p i n g 内 存 映 射   它 也 能 够 由 内 核 管 理 ， 这 样 内 核 和 用 户 空 间 应 用 就 能 够 通 过 不 同 的 地 址 访 问 同 样 的 内 存 页 。 W i n d o w s   上 的 驱 动 程 序 上 的 驱 动 程 序   I / O   模 式 模 式 支 持 缓 冲 型   I / O   是   W D M   的 内 置 功 能 。 缓 冲 区 能 够 被 设 备 驱 动 通 过 在   I R P   结 构 中 的     字 段 访 问 。 当 需 要 和 用 户 空 间 通 讯 的 时 候 ， 驱 动 只 需 从 这 个 缓 冲 区 中 进 行 读 写 操 作 。 W i n d o w s   上 的 直 接   I / O   由 m e m o r y   d e s c r i p t o r   l i s t s 内 存 描 述 符 列 表 （ M D L ） 介 导 。 这 种 半 透 明 的 结 构 是 通 过 在   I R P   中 的     字 段 来 访 问 的 。 它 们 被 用 来 定 位 由 用 户 应 用 程 序 分 配 的 缓 冲 区 的 物 理 地 址 ， 并 在   I / O   请 求 期 间 钉 死 不 动 。 在   W i n d o w s   上 进 行 数 据 传 输 的 第 三 个 选 项 称 为   。   在 这 种 情 况 下 ， 内 核 需 要 传 送 用 户 空 间 的 输 入 输 出 缓 冲 区 的 虚 拟 地 址 给 驱 动 ， 而 不 需 要 确 定 它 们 有 效 或 者 保 证 它 们 映 射 到 一 个 可 以 由 设 备 驱 动 访 问 的 物 理 内 存 地 址 。 设 备 驱 动 负 责 处 理 这 些 数 据 传 输 的 细 节 。 L i n u x   上 的 驱 动 程 序 上 的 驱 动 程 序   I / O   模 式 模 式 L i n u x   提 供 许 多 函 数 例 如 ， f i l e p r i v a t e _ d a t a A s s o c i a t e d I r p . S y s t e m B u f f e r M d l A d d r e s s M E T H O D _ N E I T H E R c l e a r _ u s e r
、 、   和 一 些 其 它 的 用 来 在 内 核 和 用 户 内 存 之 间 进 行 缓 冲 区 数 据 传 输 的 函 数 。 这 些 函 数 保 证 了 指 向 数 据 缓 存 区 指 针 的 有 效 ， 并 且 通 过 在 内 存 区 域 之 间 安 全 地 拷 贝 数 据 缓 冲 区 来 处 理 数 据 传 输 的 所 有 细 节 。 然 而 ， 块 设 备 的 驱 动 对 已 知 大 小 的 整 个 数 据 块 进 行 操 作 ， 它 可 以 在 内 核 和 用 户 地 址 区 域 之 间 被 快 速 移 动 而 不 需 要 拷 贝 它 们 。 这 种 情 况 是 由   L i n u x   内 核 来 自 动 处 理 所 有 的 块 设 备 驱 动 。 块 请 求 队 列 处 理 传 送 数 据 块 而 不 用 多 余 的 拷 贝 ， 而   L i n u x   系 统 调 用 接 口 来 转 换 文 件 系 统 请 求 到 块 请 求 中 。 最 终 ， 设 备 驱 动 能 够 从 内 核 地 址 区 域 分 配 一 些 存 储 页 面 （ 不 可 交 换 的 ） 并 且 使 用     函 数 来 直 接 映 射 这 些 页 面 到 用 户 进 程 的 地 址 空 间 。 然 后 应 用 能 获 取 这 些 缓 冲 区 的 虚 拟 地 址 并 且 使 用 它 来 和 设 备 驱 动 交 流 。 3 .   设 备 驱 动 开 发 环 境 设 备 驱 动 开 发 环 境 3 . 1 .   设 备 驱 动 框 架 设 备 驱 动 框 架 W i n d o w s   驱 动 程 序 工 具 包 驱 动 程 序 工 具 包 W i n d o w s   是 一 个 闭 源 操 作 系 统 。 M i c r o s o f t   提 供   W i n d o w s   驱 动 程 序 工 具 包 以 方 便 非   M i c r o s o f t   供 应 商 开 发   W i n d o w s   设 备 驱 动 。 工 具 包 中 包 含 开 发 、 调 试 、 检 验 和 打 包   W i n d o w s   设 备 驱 动 等 所 需 的 所 有 内 容 。 W i n d o w s   D r i v e r   M o d e l W i n d o w s   驱 动 模 型 （ W D M ） 为 设 备 驱 动 定 义 了 一 个 干 净 的 接 口 框 架 。 W i n d o w s   保 持 这 些 接 口 的 源 代 码 和 二 进 制 的 兼 容 性 。 编 译 好 的   W D M   驱 动 通 常 是 前 向 兼 容 性 ： 也 就 是 说 ， 一 个 较 旧 的 驱 动 能 够 在 没 有 重 新 编 译 的 情 况 下 在 较 新 的 系 统 上 运 行 ， 但 是 它 当 然 不 能 够 访 问 系 统 提 供 的 新 功 能 。 但 是 ， 驱 动 不 保 证 后 向 兼 容 性 。 L i n u x   源 代 码 源 代 码 和   W i n d o w s   相 对 比 ， L i n u x   是 一 个 开 源 操 作 系 统 ， 因 此   L i n u x   的 整 个 源 代 码 是 用 于 驱 动 开 发 的   S D K 。 没 有 驱 动 设 备 的 正 式 框 架 ， 但 是   L i n u x   内 核 包 含 许 多 提 供 了 如 驱 动 注 册 这 样 的 通 用 服 务 的 子 系 统 。 这 些 子 系 统 的 接 口 在 内 核 头 文 件 中 描 述 。 尽 管   L i n u x   有 定 义 接 口 ， 但 这 些 接 口 在 设 计 上 并 不 稳 定 。 L i n u x   不 提 供 有 关 前 向 和 后 向 兼 容 的 任 何 保 证 。 设 备 驱 动 对 于 不 同 的 内 核 版 本 需 要 重 新 编 译 。 没 有 稳 定 性 的 保 证 可 以 让   L i n u x   内 核 进 行 快 速 开 发 ， 因 为 开 发 人 员 不 必 去 支 持 旧 的 接 口 ， 并 且 能 够 使 用 最 好 的 方 法 解 决 手 头 的 这 些 问 题 。 当 为   L i n u x   写 i n - t r e e 树 内 （ 指 当 前   L i n u x   内 核 开 发 主 干 ） 驱 动 程 序 时 ， 这 种 不 断 变 化 的 环 境 不 会 造 成 任 何 问 题 ， 因 为 它 们 作 为 内 核 源 代 码 的 一 部 分 ， 与 内 核 本 身 同 步 更 新 。 然 而 ， 闭 源 驱 动 必 须 单 独 开 发 ， 并 且 在 o u t - o f - t r e e 树 外 ， 必 须 维 护 它 们 以 支 持 不 同 的 内 核 版 本 。 因 此 ， L i n u x   鼓 励 设 备 驱 动 程 序 开 发 人 员 在 树 内 维 护 他 们 的 驱 动 。 3 . 2 .   为 设 备 驱 动 构 建 系 统 为 设 备 驱 动 构 建 系 统 c l e a r _ u s e r c o p y _ t o _ u s e r s t r n c p y _ f r o m _ u s e r r e m a p _ p f n _ r a n g e
W i n d o w s   驱 动 程 序 工 具 包 为   M i c r o s o f t   V i s u a l   S t u d i o   添 加 了 驱 动 开 发 支 持 ， 并 包 括 用 来 构 建 驱 动 程 序 代 码 的 编 译 器 。 开 发 W i n d o w s   设 备 驱 动 程 序 与 在   I D E   中 开 发 用 户 空 间 应 用 程 序 没 有 太 大 的 区 别 。 M i c r o s o f t   提 供 了 一 个 企 业   W i n d o w s   驱 动 程 序 工 具 包 ， 提 供 了 类 似 于   L i n u x   命 令 行 的 构 建 环 境 。 L i n u x   使 用   M a k e f i l e   作 为 树 内 和 树 外 系 统 设 备 驱 动 程 序 的 构 建 系 统 。 L i n u x   构 建 系 统 非 常 发 达 ， 通 常 是 一 个 设 备 驱 动 程 序 只 需 要 少 数 行 就 产 生 一 个 可 工 作 的 二 进 制 代 码 。 开 发 人 员 可 以 使 用 任 何   I D E ， 只 要 它 可 以 处 理   L i n u x   源 代 码 库 和 运 行     ， 他 们 也 可 以 很 容 易 地 从 终 端 手 动 编 译 驱 动 程 序 。 3 . 3 .   文 档 支 持 文 档 支 持 W i n d o w s   对 于 驱 动 程 序 的 开 发 有 良 好 的 文 档 支 持 。 W i n d o w s   驱 动 程 序 工 具 包 包 括 文 档 和 示 例 驱 动 程 序 代 码 ， 通 过   M S D N   可 获 得 关 于 内 核 接 口 的 大 量 信 息 ， 并 存 在 大 量 的 有 关 驱 动 程 序 开 发 和   W i n d o w s   底 层 的 参 考 和 指 南 。 L i n u x   文 档 不 是 描 述 性 的 ， 但 整 个   L i n u x   源 代 码 可 供 驱 动 开 发 人 员 使 用 缓 解 了 这 一 问 题 。 源 代 码 树 中 的   D o c u m e n t a t i o n   目 录 描 述 了 一 些   L i n u x   的 子 系 统 ， 但 是 有 几 本 书 [ 1 ] 介 绍 了 关 于   L i n u x   设 备 驱 动 程 序 开 发 和   L i n u x   内 核 概 览 ， 它 们 更 详 细 。 L i n u x   没 有 提 供 设 备 驱 动 程 序 的 指 定 样 本 ， 但 现 有 生 产 级 驱 动 程 序 的 源 代 码 可 用 ， 可 以 用 作 开 发 新 设 备 驱 动 程 序 的 参 考 。 3 . 4 .   调 试 支 持 调 试 支 持 L i n u x   和   W i n d o w s   都 有 可 用 于 追 踪 调 试 驱 动 程 序 代 码 的 日 志 机 制 。 在   W i n d o w s   上 将 使 用   函 数 ， 而 在   L i n u x   上 使 用 的 函 数 称 为   。 然 而 ， 并 不 是 每 个 问 题 都 可 以 通 过 只 使 用 日 志 记 录 和 源 代 码 来 解 决 。 有 时 断 点 更 有 用 ， 因 为 它 们 允 许 检 查 驱 动 代 码 的 动 态 行 为 。 交 互 式 调 试 对 于 研 究 崩 溃 的 原 因 也 是 必 不 可 少 的 。 W i n d o w s   通 过 其 内 核 级 调 试 器     支 持 交 互 式 调 试 。 这 需 要 通 过 一 个 串 行 端 口 连 接 两 台 机 器 ： 一 台 计 算 机 运 行 被 调 试 的 内 核 ， 另 一 台 运 行 调 试 器 和 控 制 被 调 试 的 操 作 系 统 。 W i n d o w s   驱 动 程 序 工 具 包 包 括   W i n d o w s   内 核 的 调 试 符 号 ， 因 此   W i n d o w s   的 数 据 结 构 将 在 调 试 器 中 部 分 可 见 。 L i n u x   还 支 持 通 过     和     进 行 的 交 互 式 调 试 。 调 试 支 持 可 以 内 置 到 内 核 ， 并 可 在 启 动 时 启 用 。 之 后 ， 可 以 直 接 通 过 物 理 键 盘 调 试 系 统 ， 或 通 过 串 行 端 口 从 另 一 台 计 算 机 连 接 到 它 。 K D B   提 供 了 一 个 简 单 的 命 令 行 界 面 ， 这 是 唯 一 的 在 同 一 台 机 器 上 来 调 试 内 核 的 方 法 。 然 而 ， K D B   缺 乏 源 代 码 级 调 试 支 持 。 K G D B   通 过 串 行 端 口 提 供 了 一 个 更 复 杂 的 接 口 。 它 允 许 使 用 像   G D B   这 样 标 准 的 应 用 程 序 调 试 器 来 调 试   L i n u x   内 核 ， 就 像 任 何 其 它 用 户 空 间 应 用 程 序 一 样 。 4 .   设 备 驱 动 分 发 设 备 驱 动 分 发 m a k e D b g P r i n t p r i n t k W i n D b g K D B K G D B
4 . 1 .   安 装 设 备 驱 动 安 装 设 备 驱 动 在   W i n d o w s   上 安 装 的 驱 动 程 序 ， 是 由 被 称 为 为   I N F   的 文 本 文 件 描 述 的 ， 通 常 存 储 在   目 录 中 。 这 些 文 件 由 驱 动 供 应 商 提 供 ， 并 且 定 义 哪 些 设 备 由 该 驱 动 程 序 服 务 ， 哪 里 可 以 找 到 驱 动 程 序 的 二 进 制 文 件 ， 和 驱 动 程 序 的 版 本 等 。 当 一 个 新 设 备 插 入 计 算 机 时 ， W i n d o w s   通 过 查 看 已 经 安 装 的 驱 动 程 序 并 且 选 择 适 当 的 一 个 加 载 。 当 设 备 被 移 除 的 时 候 ， 驱 动 会 自 动 卸 载 它 。 在   L i n u x   上 ， 一 些 驱 动 被 构 建 到 内 核 中 并 且 保 持 永 久 的 加 载 。 非 必 要 的 驱 动 被 构 建 为 内 核 模 块 ， 它 们 通 常 是 存 储 在     目 录 中 。 这 个 目 录 还 包 含 各 种 配 置 文 件 ， 如   ， 用 于 描 述 内 核 模 块 之 间 的 依 赖 关 系 。 虽 然   L i n u x   内 核 可 以 在 自 身 启 动 时 加 载 一 些 模 块 ， 但 通 常 模 块 加 载 由 用 户 空 间 应 用 程 序 监 督 。 例 如 ，   进 程 可 能 在 系 统 初 始 化 期 间 加 载 一 些 模 块 ，   守 护 程 序 负 责 跟 踪 新 插 入 的 设 备 并 为 它 们 加 载 适 当 的 模 块 。 4 . 2 .   更 新 设 备 驱 动 更 新 设 备 驱 动 W i n d o w s   为 设 备 驱 动 程 序 提 供 了 稳 定 的 二 进 制 接 口 ， 因 此 在 某 些 情 况 下 ， 无 需 与 系 统 一 起 更 新 驱 动 程 序 二 进 制 文 件 。 任 何 必 要 的 更 新 由   W i n d o w s   U p d a t e   服 务 处 理 ， 它 负 责 定 位 、 下 载 和 安 装 适 用 于 系 统 的 最 新 版 本 的 驱 动 程 序 。 然 而 ， L i n u x   不 提 供 稳 定 的 二 进 制 接 口 ， 因 此 有 必 要 在 每 次 内 核 更 新 时 重 新 编 译 和 更 新 所 有 必 需 的 设 备 驱 动 程 序 。 显 然 ， 内 置 在 内 核 中 的 设 备 驱 动 程 序 会 自 动 更 新 ， 但 是 树 外 模 块 会 产 生 轻 微 的 问 题 。   维 护 最 新 的 模 块 二 进 制 文 件 的 任 务 通 常 用   D K M S [ 2 ]   来 解 决 ： 这 是 一 个 当 安 装 新 的 内 核 版 本 时 自 动 重 建 所 有 注 册 的 内 核 模 块 的 服 务 。 4 . 3 .   安 全 方 面 的 考 虑 安 全 方 面 的 考 虑 所 有   W i n d o w s   设 备 驱 动 程 序 在   W i n d o w s   加 载 它 们 之 前 必 须 被 数 字 签 名 。 在 开 发 期 间 可 以 使 用 自 签 名 证 书 ， 但 是 分 发 给 终 端 用 户 的 驱 动 程 序 包 必 须 使 用   M i c r o s o f t   信 任 的 有 效 证 书 进 行 签 名 。 供 应 商 可 以 从   M i c r o s o f t   授 权 的 任 何 受 信 任 的 证 书 颁 发 机 构 获 取 S o f t w a r e   P u b l i s h e r   C e r t i f i c a t e 软 件 出 版 商 证 书 。 然 后 ， 此 证 书 由   M i c r o s o f t   交 叉 签 名 ， 并 且 生 成 的 交 叉 证 书 用 于 在 发 行 之 前 签 署 驱 动 程 序 包 。 L i n u x   内 核 也 能 配 置 为 在 内 核 模 块 被 加 载 前 校 验 签 名 ， 并 禁 止 不 可 信 的 内 核 模 块 。 被 内 核 所 信 任 的 公 钥 集 在 构 建 时 是 固 定 的 ， 并 且 是 完 全 可 配 置 的 。 由 内 核 执 行 的 检 查 ， 这 个 检 查 严 格 性 在 构 建 时 也 是 可 配 置 的 ， 范 围 从 简 单 地 为 不 可 信 模 块 发 出 警 告 ， 到 拒 绝 加 载 有 效 性 可 疑 的 任 何 东 西 。 5 .   结 论 结 论 C : W i n d o w s I N F / l i b / m o d u l e s / k e r n e l - v e r s i o n m o d u l e s . d e p i n i t u d e v
如 上 所 示 ， W i n d o w s   和   L i n u x   设 备 驱 动 程 序 基 础 设 施 有 一 些 共 同 点 ， 例 如 调 用   A P I   的 方 法 ， 但 更 多 的 细 节 是 相 当 不 同 的 。 最 突 出 的 差 异 源 于   W i n d o w s   是 由 商 业 公 司 开 发 的 封 闭 源 操 作 系 统 这 个 事 实 。 这 使 得   W i n d o w s   上 有 好 的 、 文 档 化 的 、 稳 定 的 驱 动   A B I   和 正 式 框 架 ， 而 在   L i n u x   上 ， 更 多 的 是 源 代 码 做 了 一 个 有 益 的 补 充 。 文 档 支 持 也 在   W i n d o w s   环 境 中 更 加 发 达 ， 因 为 M i c r o s o f t   具 有 维 护 它 所 需 的 资 源 。 另 一 方 面 ， L i n u x   不 会 使 用 框 架 来 限 制 设 备 驱 动 程 序 开 发 人 员 ， 并 且 内 核 和 产 品 级 设 备 驱 动 程 序 的 源 代 码 可 以 在 需 要 的 时 候 有 所 帮 助 。 缺 乏 接 口 稳 定 性 也 有 其 作 用 ， 因 为 它 意 味 着 最 新 的 设 备 驱 动 程 序 总 是 使 用 最 新 的 接 口 ， 内 核 本 身 承 载 较 小 的 后 向 兼 容 性 负 担 ， 这 带 来 了 更 干 净 的 代 码 。 了 解 这 些 差 异 以 及 每 个 系 统 的 具 体 情 况 是 为 您 的 设 备 提 供 有 效 的 驱 动 程 序 开 发 和 支 持 的 关 键 的 第 一 步 。 我 们 希 望 这 篇 文 章 对   W i n d o w s   和   L i n u x   设 备 驱 动 程 序 开 发 做 的 对 比 ， 有 助 于 您 理 解 它 们 ， 并 在 设 备 驱 动 程 序 开 发 过 程 的 研 究 中 ， 将 此 作 为 一 个 伟 大 的 起 点 。 v i a :   h t t p : / / x m o d u l o . c o m / l i n u x - v s - w i n d o w s - d e v i c e - d r i v e r - m o d e l . h t m l 作 者 ： D e n n i s   T u r p i t k a [ 3 ]   译 者 ： F r a n k X i n q i   & Y a n g Y a n g   校 对 ： w x y 本 文 由   L C T T [ 4 ]   原 创 编 译 ， L i n u x 中 国   荣 誉 推 出 推 荐 文 章 滑 动 查 看 更 多 输 入 文 章   I D   或 长 按 二 维 码 直 达 [ 1 ] :   h t t p : / / x m o d u l o . c o m / g o / l i n u x _ d e v i c e _ d r i v e r _ b o o k s [ 2 ] :   h t t p : / / x m o d u l o . c o m / b u i l d - k e r n e l - m o d u l e - d k m s - l i n u x . h t m l [ 3 ] :   h t t p : / / x m o d u l o . c o m / a u t h o r / d e n n i s [ 4 ] :   h t t p s : / / g i t h u b . c o m / L C T T / T r a n s l a t e P r o j e c t 阅 读 原 文
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