内核架构性能优化内核技术

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mob64ca1405d568 2023-12-16 16:41:12

文章标签 内核架构性能优化初始化驱动程序互斥 文章分类 架构后端开发

1.事件对象

可以使用事件对象同步完成IRP，或者驱动线程间同步执行某些操作。

首先调用KeInitializeEvent IoCreateNotificationEvent或IoCreateSynchronizationEvent初始化事件。

流程：

驱动的一个线程调用KeWaitForSingleObject等待已初始化的事件

当操作完成后，该事件被置信号（调用KeSetEvent），等待线程进入准备执行状态。

内核执行线程分发，原本等待时间的线程开始执行。

2.信号灯对象

任何驱动都可以使用信号灯对象在驱动线程和处理例程之间同步I/O操作。

首先调用KeInitializeSemaphore 函数初始化信号灯。

流程：

驱动程序的一个线程调用KeWaitForSingleObject等待信号灯有信号。

当驱动程序接受到一个IRP请求后，相应处理例程将该IRP排入队列，并调用KeReleaseSemaphore函数增加一个信号灯，随后等待线程满足等待条件，准备执行。

线程分发，原等待线程开始执行。

3.互斥体对象

初始化：KeInitializeMutex

用来确保对共享资源互斥访问的同步机制。其中还有快速互斥体Fast Mutex和受限互斥体Guarded Mutex。互斥体可以递归请求（KeWaitForSingleObject）拥有对一个互斥体对象的所属权。只有完全释放 (KeReleaseMutex)所属权，互斥体对象才会有信号。

4.定时器对象

驱动程序可以使用定时器对象执行一个定时的操作。定时器对象包括DPC定时器和I/O定时器。IO定时器固定时间为1s，不可以改变。

首先调用KeInitializeTimer或KeInitializeTimerEx来初始化定时器。Ex函数比普通函数多一个TYPE参数，用来指定DPC定时器响应类型是NotificationTimer（需要显式的设置为无信号。调用KeSetTimer）或者 SynchronizationTimer（自动变更为无信号状态）。KeInitializeTimer设置的为NotificationTimer。

1 #include "ntddk.h"
 2  
 3 #ifdef __cplusplus
 4 extern "C" NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, IN PUNICODE_STRING  RegistryPath);
 5 #endif
 6  
 7 void DPCDemoUnload(PDRIVER_OBJECT DriverObject);
 8 VOID ThreadStart(PVOID StartContext);
 9 VOID CustomDpc(struct _KDPC *Dpc, PVOID DeferredContext, PVOID SystemArgument1, PVOID SystemArgument2);
10  
11 KTIMER Timer;
12  
13 NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, IN PUNICODE_STRING RegistryPath)
14 {
15     HANDLE hThread;
16     OBJECT_ATTRIBUTES ObjectAttributes;
17     CLIENT_ID CID;
18     NTSTATUS status;
19      
20  
21     KdPrint(("[DriverEntry]DriverEntry Current Process:%s Current IRQL: %d\n", (char*)((ULONG)IoGetCurrentProcess()+0x174),KeGetCurrentIrql()));
22      
23     //初始化定时器
24     KeInitializeTimer(&Timer);
25  
26     DriverObject->DriverUnload = DPCDemoUnload;
27  
28     InitializeObjectAttributes(&ObjectAttributes, NULL, OBJ_KERNEL_HANDLE, NULL, NULL);
29  
30     //创建一个系统线程
31     status = PsCreateSystemThread(&hThread,
32                                     GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
33                                     &ObjectAttributes,
34                                     NtCurrentProcess(),
35                                     &CID,
36                                     (PKSTART_ROUTINE)ThreadStart,
37                                     NULL);
38     if (!NT_SUCCESS(status))
39     {
40         KdPrint(("PsCreateSystemThread failed!\n"));
41         return 0;
42     }
43     ZwClose(hThread);
44     KdPrint(("Exit DriverEntry!\n"));
45     return STATUS_SUCCESS;
46 }
47  
48 VOID ThreadStart(PVOID StartContext)
49 {
50     LARGE_INTEGER DueTime;
51     KDPC Dpc;
52  
53     KdPrint(("Current Process: %s  IRQL:%d\n", (char*)((ULONG)IoGetCurrentProcess()+0x174), KeGetCurrentIrql()));
54  
55     DueTime = RtlConvertLongToLargeInteger(-1000000);
56  
57     //初始化一个DPC
58     KeInitializeDpc(&Dpc, (PKDEFERRED_ROUTINE)CustomDpc, NULL);
59  
60     //设置DPC定时器
61     KeSetTimer(&Timer, DueTime, &Dpc);
62  
63     //等待定时器
64     KeWaitForSingleObject(&Timer, Executive, KernelMode, FALSE, NULL);
65  
66     KdPrint(("ThreadStart time expire!\n"));
67  
68     return;
69 }
70  
71 VOID CustomDpc(struct _KDPC *Dpc, PVOID DefferedContext, PVOID SystemArgument1, PVOID systemArgument2)
72 {
73     KdPrint(("Current Process: %s  IRQL:%d\n", (char*)((ULONG)IoGetCurrentProcess()+0x174), KeGetCurrentIrql()));
74  
75     return;
76 }
77  
78 void DPCDemoUnload(PDRIVER_OBJECT DriverObject)
79 {
80  
81     return;
82 }

5.自旋锁

是一种内核模式专用的同步机制，可以在并行访问时保护共享数据。

当某个函数在获取自旋锁的过程中，不可以有如下行为：

触发硬件或者软件异常。

试图访问分页内存

可能造成死锁的递归或者把持自旋锁超过25微秒

调用可能引起以上三条的外部函数

使用KeInitialiezeSpinLock初始化自旋锁

使用KeAcquireSpinLock获取自旋锁

使用KeReleaseSpinLock释放自旋锁

KeAcquireInStackQueuedSpinLock和KeReleaseInStackQueuedSpinLock来获取和释放排队自旋锁。

6.回调对象