Windows драйверлік моделі (WDM) туралы

Кіріспе

Компьютерлік техникада Windows Driver Model (WDM), бір кезде Win32 Driver Model деп те белгілі болған, бұл құрылғы драйверлері үшін арналған негізгі құрылым. Ол Windows 98 және Windows 2000 жүйелерімен бірге енгізілді, бұрынғы Windows нұсқаларында, мысалы Windows 95 және Windows 3.1, сондай-ақ Windows NT Driver Model-де қолданылған VxD драйверін алмастыру мақсатында жасалды.

Шолу

WDM драйверлері қабаттасқан түрде жинақталып, бір-бірімен I/O сұрау пакеттері (IRP) арқылы байланысады. Microsoft Windows Driver Model талаптарды біркелкілендіру және жазуға қажетті код көлемін азайту арқылы Windows 9x және Windows NT өнімдері үшін драйвер модельдерін біріктірді. WDM драйверлері Windows 98 немесе Windows 2000-ден бұрынғы операциялық жүйелерде, мысалы, Windows 95 (WDM моделін қосатын OSR2 жаңартуынан бұрын), Windows NT 4.0 және Windows 3.1 жүйелерінде жұмыс істемейді. WDM стандартына сәйкес драйверлер Windows 98, Windows 98 екінші нұсқасы, Windows Me, Windows 2000, Windows XP, Windows Server 2003 және Windows Vista (кері үйлесімділік үшін) жүйелерінде x86 негізіндегі компьютерлерде екіұшты және бастапқы үйлесімді болуы мүмкін. WDM драйверлері болашаққа қарай үйлесімді болу үшін жасалған, сондықтан WDM драйвері бастапқыда жазылған Windows нұсқасынан кейінгі нұсқада жұмыс істей алады, бірақ бұл драйвердің жаңа нұсқада енгізілген жаңа мүмкіндіктерді пайдалана алмайтынын білдіреді. WDM әдетте кері үйлесімді емес, яғни WDM драйверінің Windows-тың ескі нұсқасында жұмыс істеуіне кепілдік жоқ. Мысалы, Windows XP Windows 2000 үшін жазылған драйверді пайдалана алады, бірақ Windows XP-де енгізілген жаңа WDM мүмкіндіктерін пайдаланбайды. Дегенмен, Windows XP үшін жазылған драйвер Windows 2000-де жүктелуі мүмкін немесе жүктелмеуі мүмкін. WDM Windows 2000 ядролық режиміндегі драйверлердің аралық қабатында орналасқан және Windows үшін драйверлерді жазудың функционалдығын және жеңілдігін арттыру мақсатымен енгізілді. WDM негізінен Windows 98 және Windows 2000 арасында екіұшты және бастапқы үйлесімділікке арналған, бірақ мұндай қажеттілік әрқашан тумайды, сондықтан нақты драйверлер екі операциялық жүйе үшін де жасалуы мүмкін.

Құрылғының ядролық режіміндегі драйверлер

Windows Drivers Model (WDM) құрылғылары үшін Microsoft Windows операциялық жүйелеріне ғана тән ядролық режимдегі драйверлерге тәсілді іске асырады. WDM құрылғы драйверлері үшін қабатты архитектураны іске асырады, ал компьютердің әрбір құрылғысы драйверлер стегімен қызмет көрсетеді. Алайда, осы стектегі әрбір драйвер аппараттық тәуелсіз мүмкіндіктерді жоғарыдағы және төмендегі драйверден тізбектеп оқшаулауға болады. Осылайша, стектегі драйверлердің бір-бірімен тікелей өзара әрекеттесуіне қажеті жоқ. WDM дисплей және желілік карта сияқты құрылғылардың кең ауқымы үшін архитектураны және құрылғы процедураларын анықтайды, бұл Желілік драйвер интерфейсінің спецификациясы (NDIS) деп аталады. NDIS архитектурасындағы қабатты желілік драйверлерге жабдықты басқаратын төменгі деңгейдегі драйверлер және желілік деректерді тасымалдауды іске асыратын жоғарғы деңгейдегі драйверлер кіреді, мысалы, Трансмиссияны басқару протоколы (TCP). WDM құрылғы драйверлерінің үш түрін анықтаса да, нақты құрылғы үшін барлық драйвер стектерінде құрылғы драйверлерінің барлық түрлері кездеспейді. WDM құрылғы драйверлерінің үш түрі:

Автобус драйвері: Негізгі платадағы әрбір автобус үшін бір автобус драйвері бар, ол осы автобусқа қосылған барлық құрылғыларды анықтау және қосылып-қосылмау оқиғаларына жауап беру үшін жауапты. Microsoft PCI, PnPISA, SCSI, USB және FireWire сияқты автобус драйверлерін операциялық жүйенің бір бөлігі ретінде ұсынады. Функционалдық драйвер: Бұл құрылғының басты драйвері және оқу және жазу операцияларын басқару арқылы құрылғының операциялық интерфейсін қамтамасыз етеді. Функционалдық драйверлерді құрылғы өндірушілері жазады және олардың аппараттық жабдықпен өзара әрекеттесуі үшін Windows операциялық жүйесінде белгілі бір автобус драйверінің болуы қажет. Сүзгі драйвері: Бұл драйвер міндетті емес, және құрылғының мінез-құлқын өзгерте алады, мысалы, кіріс және шығыс сұраныстарын. Бұл драйверлер төменгі және жоғарғы деңгейдегі сүзгі драйверлері ретінде іске асырылуы мүмкін.

Нысанға бағдарланған драйверлер стегі

Функционалдық драйверлер мен шина драйверлері көбінесе драйвер/мини-драйвер жұптары ретінде жүзеге асырылады, бұл практикада сынып немесе мини-сынып, немесе порт немесе минипорт жұбы болып табылады. Шинаға қосылған құрылғылар үшін шина драйверлері сыныптық драйверлер ретінде жүзеге асырылады және аппараттық тәуелсіз болып табылады. Олар белгілі бір құрылғы түрінің жұмысын қолдайды. Windows операциялық жүйелері kbdclass.sys драйвері сияқты бірнеше сыныптық драйверлерді қамтиды, ол пернетақталар үшін арналған. Miniclass драйверлерін құрылғы өндірушісі ұсынады және тек белгілі бір сыныптың нақты бір құрылғысы үшін құрылғыға қатысты операцияларды қолдайды. Порт драйверлері перифериялық аппараттық интерфейс үшін жалпы кіріс/шығыс (I/O) операцияларын қолдайды. Порт драйверлерінің негізгі функционалдығы операциялық жүйемен міндетті түрде анықталады, ал Windows операциялық жүйелері әртүрлі порт драйверлерін интеграциялайды. Мысалы, i8042prt.sys порт драйвері 8042 микроконтроллеріне PS/2 пернетақталарын негізгі платаның перифериялық шинасына қосады. Минипорт драйверлері, миникласс драйверлері сияқты, аппараттық өндірушілермен қамтамасыз етіледі және тек негізгі платадағы портқа қосылған перифериялық аппараттық құрылғылардың құрылғыға қатысты операцияларын қолдайды. Құрылғыға I/O сұранысын өңдейтін әрбір драйвердің негізгі жадқа жүктелетін сәйкес объектісі болады. Windows операциялық жүйесі құрылғы объектін байланысты сыныптан құрайды. Құрылғы объектілерінде олардың драйверіне нұсқаулар сақталатын DEVICE OBJECT типіндегі құрылымдар бар. Орындалу кезінде бұл нұсқаулар драйвердің диспетчерлік режімін және мүшелік функцияларын табу үшін қолданылады. WDM драйвер стегіндегі сүзгі драйвері құрылғы объектісі, жоғарғы сүзгі ретінде белгілі, I/O менеджерінен құрылғыға арналған I/O сұрау пакетін (IRP) алады. Егер жоғарғы сүзгі драйвері сұранысқа қызмет ете алмаса, ол драйвер стегінде бір қадам төмендегі драйвердің объектісін табады. IRP IoCallDrive функциясын шақыру арқылы драйвер стегіне жіберіледі және функциялық драйвер құрылғы объектісімен өңделеді, сонымен қатар функционалдық құрылғы объектісі деп те аталады. Функциялық драйвер құрылғысы өз кезегінде IRP-ні төменгі сүзгіге, басқа сүзгі құрылғы объектісіне жіберуі мүмкін. Содан кейін IRP физикалық құрылғы объектісі ретінде жұмыс істейтін шина драйверіне жіберілуі мүмкін. Шина драйвері объектісі драйвер стегінің ең төменгі жағында орналасқан және Windows операциялық жүйесінің ядросының бөлігі болып табылатын аппараттық абстракция қабатымен өзара әрекеттеседі, бұл Windows операциялық жүйелеріне әртүрлі процессорларда, әртүрлі жад басқару архитектураларында және әртүрлі I/O шина архитектуралары бар әртүрлі компьютерлік жүйелерде жұмыс істеуге мүмкіндік береді. IRP-нің орындалуы стектегі кез келген драйвер объектісі I/O менеджеріне сұранысты нәтижесімен және күй белгісімен қайтарғанда аяқталады.

Function drivers and bus drivers are often implemented as driver/minidriver pairs, which in practice is either a class or miniclass, or a port or miniport pair. Bus drivers for devices attached to a bus are implemented as class drivers and are hardware agnostic. They will support the operations of a certain type of device. Windows operating systems include a number of class drivers, such as the kbdclass. sys driver for keyboards. Miniclass drivers on the other hand are supplied by the vendor of a device, and only support device specific operations, for a particular device of a given class. Port drivers support general input/output (I/O) operations for a peripheral hardware interface. The core functionality of port drivers is mandated by the operating system, and Windows operating systems integrate a variety of port drivers. For example, the i8042prt. sys port driver for the 8042 microcontroller connects PS/2 keyboards to the mainboard peripheral bus. The miniport drivers, like the miniclass drivers, are supplied by the hardware vendors and support only device specific operations of peripheral hardware that is connected to a port on the mainboard. Each driver that processes an I/O request for a device has a corresponding object, which is loaded into main memory. A device object is created by the Windows operating system from the associated device class. Device objects contain structures of type DEVICE OBJECT, which store pointers to their driver. At run time these pointers are used to locate a driver's dispatch routine and member functions. In the WDM driver stack, the filter driver device object, known as the upper filter, will receive an I/O request packet (IRP) for a device from the I/O manager. If the upper filter driver can not serve the request, it will locate the object of the driver one step down in the driver stack. The IRP is passed down the driver stack by calling the function IoCallDrive , and processed by the function driver device object, also known as functional device object. The function driver device object in turn may pass the IRP to the lower filter, another filter device object. Then the IRP may be passed down to the bus driver, which operates as the physical device object. The bus driver object is at the bottom of the driver stack, and interacts with the hardware abstraction layer, which is part of the Windows operating system kernel and allows Windows operating systems to run on a variety of processors, different memory management unit architectures, and a variety of computer systems with different I/O bus architectures. The execution of an IRP is finished when any of the driver objects in the stack returns the request back to the I/O manager, with the result and a status flag.

Әр түрлі Windows операциялық жүйелері үшін құрылғы драйверлері

WDM құрылғысын Microsoft операциялық жүйе мен ядро ішіндегі драйверлер арасындағы байланысты жеңілдету үшін жасады. Windows операциялық жүйелерінде драйверлер Dynamic Link Libraries (DLL) немесе SYS файлдары түрінде жүзеге асырылады. WDM стандартына сәйкес келетін драйверлер жобалау, инициализациялау, қосылу және ажыратылу, қуатты басқару және жадты бөлу қағидаларын сақтауы керек. Іс жүзінде WDM драйверлерін бағдарламалаушылар жаңа объектіге бағытталған драйверлерді құрастырғанда үлкен код бөліктерін қайта пайдаланады. Бұл WDM стегіндегі драйверлерде техникалық сипаттамаларда көрсетілмеген қалдық функционалдық болуы мүмкін дегенді білдіреді. Microsoft сапа тестінен өткен драйверлерге Microsoft цифрлық қолтаңбасын қояды. Microsoft Hardware Compatibility Tests және Driver Development Kit сенімділік және жүктеме сынақтарын қамтиды. Нақты аппараттық компонент үшін жасалмаған құрылғы драйвері басқа құрылғының жұмыс істеуіне мүмкіндік беруі мүмкін. Себебі аппараттық құрылғы класының негізгі функционалдығы ұқсас. Мысалы, бейнекарта класының функционалдығы Microsoft Basic Display Adapter драйверіне көптеген түрлі бейнекарталармен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Дегенмен, құрылғыға қате драйверді орнату құрылғының толық функционалдығын пайдалану мүмкін еместігін және Windows операциялық жүйесінің нашар жұмыс істеуіне және тұрақсыздануына әкелуі мүмкін. Аппараттық құрылғы өндірушілері өнімділікті жақсарту, функционалдылықты қосу немесе қателерді түзету үшін нақты Windows операциялық жүйелері үшін жаңартылған құрылғы драйверлерін шығара алады. Егер құрылғы күтілгендей жұмыс істемесе, соңғы құрылғы драйверлерін өндірушінің веб-сайтынан жүктеп, орнату керек. Құрылғы драйверлері Windows операциялық жүйесінің нақты нұсқалары үшін жасалған, ал Windows-тың бұрынғы нұсқаларының драйверлері басқа нұсқалармен дұрыс немесе мүлдем жұмыс істемеуі мүмкін. Көптеген құрылғы драйверлері ядролық режимде жұмыс істейтіндіктен, операциялық жүйенің бұрынғы нұсқасына арналған драйверлерді орнату Windows операциялық жүйесінің тұрақсыздығына әкелуі мүмкін. Сондықтан Windows операциялық жүйесінің жаңа нұсқасына компьютерді көшіру барлық аппараттық компоненттер үшін жаңа құрылғы драйверлерін орнатуды талап етеді. Windows 10 үшін құрылғы драйверлерін жаңарту және орнату көшіру процесіне қиындықтарды әкелді. Көптеген құрылғы драйверлерінің үйлесімділік мәселелеріне мыналар жатады: 32 биттік Windows операциялық жүйесі үшін 32 биттік құрылғы драйвері, ал 64 биттік Windows операциялық жүйесі үшін 64 биттік құрылғы драйвері қажет. 64 биттік құрылғы драйверлері Microsoft-пен қолтаңбаланған болуы керек, өйткені олар ядролық режимде жұмыс істейді және компьютерлік аппаратқа шектеусіз қол жеткізеді. Windows 10-ға дейінгі операциялық жүйелер үшін Microsoft өндірушілерге 64 биттік драйверлеріне өздері қол қоюға рұқсат берді, егер өндірушілер үйлесімділік сынақтарын өткен болса. Алайда, Windows 10 64 биттік драйверлері енді Microsoft-пен қолтаңбаланған болуы керек. Сондықтан құрылғы өндірушілері драйверлерін Microsoft-қа тестілеу және бекіту үшін жіберуі керек. Драйверді орнату жиынтығына inf каталогындағы барлық файлдар кіреді және жиынтықтағы барлық файлдар орнатылуы керек, әйтпесе құрылғы драйверін орнату сәтсіз аяқталуы мүмкін. Windows 10-ға дейінгі операциялық жүйелер нұсқаларында драйверді орнатуға қажетті барлық файлдар жиынтыққа енгізілмеген, өйткені бұл талап тұрақты түрде орындалмаған. Кейбір құрылғы драйверлерін орнатушылар GUI пайдаланушы интерфейсіне ие, көбінесе пайдаланушыдан конфигурациялық мәліметтерді енгізуді қажет етеді. Пайдаланушы интерфейсінің болмауы құрылғы драйверін орнату сәтті болмайтынын білдірмейді. Сонымен қатар, Windows 10 құрылғы драйверлеріне пайдаланушы интерфейсін қосуға рұқсат етілмейді. Windows 10 операциялық жүйесі желілік құрылғылар үшін Network Driver Interface Specification (NDIS) 10.x стандартын қолданады. Windows XP желілік құрылғы драйверлері NDIS 5.x стандартын қолданады және кейінгі Windows операциялық жүйелерімен жұмыс істей алады, бірақ өнімділікті жақсарту үшін желілік құрылғы драйверлері NDIS 6.0 немесе одан жоғары нұсқаларын жүзеге асыруы керек. Сол сияқты, WDDM - бұл Windows Vista және одан жоғары нұсқалары үшін драйвер моделі, ол графикалық драйверлерде қолданылатын XPDM стандартын алмастырады.

The WDM framework was developed by Microsoft to simplify the communication between the operating system and drivers inside the kernel. In Windows operating systems, drivers are implemented as Dynamic Link Libraries DLL or SYS files. WDM compliant drivers must follow rules of design, initialisation, plug and play, power management and memory allocation. In practice WDM driver programmers reuse large pieces of code when building new object oriented drivers. This means that drivers in the WDM stack may contain residual functionality, which is not documented in specifications. Drivers that have passed the Microsoft quality test are digitally signed by Microsoft. The Microsoft Hardware Compatibility Tests and the Driver Development Kit include reliability and stress tests. A device driver that is not designed for a specific hardware component may allow another device to function. This is because the basic functionality of a hardware device class is similar. The functionality of the video card class, for example, allows the Microsoft Basic Display Adapter driver to work with a wide variety of video cards. However, installing the wrong driver for a device will mean that the full functionality of the device can not be used, and may result in poor performance and the destabilization of the Windows operating system. Hardware device vendors may release updated device drivers for particular Windows operating systems, to improve performance, add functionality or fix bugs. If a device is not working as expected the latest device drivers should be downloaded from the vendor website and installed. Device drivers are designed for particular Windows operating system versions, and device drivers for a previous version of Windows may not work correctly or at all with other versions. Because many device drivers run in kernel mode installing drivers for a previous operating system version may destabilise the Windows operating system. Migrating a computer to a higher version of a Windows operating system therefore requires that new device drivers are installed for all hardware components. Finding up to date device drivers and installing them for Windows 10 has introduced complications into the migration process. Common device driver compatibility issues include: a 32 bit device driver is required for a 32 bit Windows operating system, and a 64 bit device driver is required for a 64 bit Windows operating system. 64 bit device drivers must be signed by Microsoft, because they run in kernel mode and have unrestricted access to the computer hardware. For operating systems prior to Windows 10 Microsoft allowed vendors to sign their 64 bit drivers themselves, assuming vendors had undertaken compatibility tests. However, Windows 10 64 bit drivers now need to be signed by Microsoft. Therefore, device vendors have to submit their drivers to Microsoft for testing and approval. The driver installation package includes all files in the inf directory, and all files in the package need to be installed, otherwise the installation of the device driver may fail. For operating system versions before Windows 10 not all files necessary for the driver installation were included in the package, as this requirement was not consistently enforced. Some device driver installers have a user interface GUI, often requiring user configuration input. The absence of a user interface does not mean that the installation of the device driver is not successful. Besides, Windows 10 device drivers are not allowed to include a user interface. The Network Driver Interface Specification (NDIS) 10. x is used for network devices by the Windows 10 operating system. Network device drivers for Windows XP use NDIS 5. x and may work with subsequent Windows operating systems, but for performance reasons network device drivers should implement NDIS 6.0 or higher. Similarly, WDDM is the driver model for Windows Vista and up, which replaces XPDM used in graphics drivers.

Құрылғы менеджері

Құрылғылар менеджері — Microsoft Windows операциялық жүйелеріндегі Басқару тақтасының құралы. Ол пайдаланушыларға компьютерге қосылған аппараттық құрылғыларды көруге және басқаруға мүмкіндік береді. Пайдаланушылар аппараттық құрылғылардың қасиеттерін көруге және өзгертуге болады, сондай-ақ ол құрылғы драйверлерін басқару үшін негізгі құрал болып табылады.