I/O缓冲策略

I/O缓冲策略  
    很明显的，驱动程序和客户应用程序经常需要进行数据交换，但我们知道驱动程序和客户应用程序可能不在同一个地址空间，因此操作系统必须解决两者之间的数据交换。这就就设计到设备的I/O缓冲策略。 

读写请求的I/O缓冲策略  

    前面说到通过设置Device对象的Flag可以选择控制处理读写请求的I/O缓冲策略。下面对这些缓冲策略分别做一介绍。  
1、缓冲I/O(DO_BUFFERED_IO)  
    在读写请求的一开始，I/O管理器检查用户缓冲区的可访问性，然后分配与调用者的缓冲区一样大的非分页池，并把它的地址放在IRP的AssociatedIrp.SystemBuffer域中。驱动程序就利用这个域来进行实际数据的传输。  
    对于IRP_MJ_READ读请求，I/O管理器还把IRP的UserBuffer域设置 成调用者缓冲区的用户空间地址。当请求完成时，I/O管理器利用 这个地址将数据从驱动程序的系统空间拷贝回调用者的缓冲区。对 于IRP_MJ_WRITE写请求，UserBuffer被设置为NULL，并把用户缓冲 区的数据拷贝到系统缓冲区中。  
2、 直接I/O(DO_DIRECT_IO)  
    I/O管理器首先检查用户缓冲区的可访问性，并在物理内存中锁定它。然后它为该缓冲区创建一个内存描述表(MDL)，并把MDL的地址 存放在IRP的MdlAddress域中。AssociatedIrp.SystemBuffer和 UserBuffer都被设置为NULL。驱动程序可以调用函数 MmGetSystemAddressForMdl得到用户缓冲区的系统空间地址，从而 进行数据操作。这个函数将调用者的缓冲区映射到非份页的地址空 间。驱动程序完成I/O请求后，系统自动从系统空间解除缓冲区的映射。  
3、 这两种方法都不是  
    这种情况比较少用，因为这需要驱动程序自己来处理缓冲问题。 I/O管理器仅把调用者缓冲区的用户空间地址放到IRP的UserBuffer 域中。我们并不推荐这种方式。  


IOCTL缓冲区的缓冲策略
  
    IOCTL请求涉及来自调用者的输入缓冲区和返回到调用者的输出 缓冲区。为了理解IOCTL请求，我们先来看看WIN32 API DeviceIoControl函数的原型。  
BOOL DeviceIoControl (  
HANDLE hDevice, // 设备句柄  
DWORD dwIoControlCode, // IOCTL请求操作代码  
LPVOID lpInBuffer, // 输入缓冲区地址  
DWORD nInBufferSize, // 输入缓冲区大小  
LPVOID lpOutBuffer, // 输出缓冲区地址  
DWORD nOutBufferSize, // 输出缓冲区大小  
LPDWORD lpBytesReturned, // 存放返回字节数的指针  
LPOVERLAPPED lpOverlapped // 用于同步操作的Overlapped结构体指针  
);  
IOCTL请求有四种缓冲策略，下面一一介绍。  
1、 输入输出缓冲I/O(METHOD_BUFFERED)  
I/O管理器首先分配一个非分页池，它足够大地存放调用者的输入或输出缓冲区(不管哪个更大)。非分页缓冲区的地址放在IRP的AssociatedIrp.SystemBuffer域中，然后把IOCTL的输入数据拷贝 到这个非份页缓冲区中，并把IRP的UserBuffer域设置成调用者输出缓冲区的用户空间地址。当驱动程序完成IOCTL请求时，I/O管理器将这个非份页缓冲区中的数据拷贝到调用者的输出缓冲区。注意这里同一个非份页池同时用于输入和输出缓冲区，因此驱动程序在向缓冲区写东西之前应该把输入的所有数据读出来。  
2、 直接输入缓冲输出I/O(METHOD_IN_DIRECT)  
I/O管理器首先检查调用者输入缓冲区的可访问性，并在物理内存中将其锁定。然后为该输入缓冲区创建一个MDL，并把指定该MDL的指针存放到IRP的MdlAddress域中。同时，I/O管理器还在非份页池中分配一输出缓冲区，并把这个缓冲区的地址存放在IRP的AssociatedIrp.SystemBuffer域中，并把IRP的UserBuffer域设置成调用者输出缓冲区的用户空间地址。当驱动程序完成IOCTL请求时，I/O管理器将非份页缓冲区中的数据拷贝到调用者的输出缓冲区。 
3、 缓冲输入直接输出I/O(METHOD_OUT_DIRECT)  
I/O管理器首先检查调用者输出缓冲区的可访问性，并在物理内存中将其锁定。然后为该输出缓冲区创建一个MDL，并把指定该MDL的指针存放到IRP的MdlAddress域中。同时，I/O管理器还在非份页池中分配一输入缓冲区，并把这个缓冲区的地址存放在IRP的AssociatedIrp.SystemBuffer域中， 同时把调用者用户输入缓冲区中的数据拷贝到系统缓冲区中，并把IRP的 UserBuffer域设置为NULL。  
4、 上面三种方法都不是(METHOD_NEITHER)  
I/O管理器把调用者的输入缓冲区的地址放到IRP当前I/O堆栈单元的Parameters.Devi ceIoControl.TypeInputBuffer域中，把输出缓冲 区的地址存放到IRP的UserBuffer域中。这两个地址都是用户空间地 址。  

    从上面的说明可以看出，在执行缓冲I/O时，I/O管理器将在非份页池 中分配内存，如果调用者的缓冲区比较大时，分配的非份页池也将 比较大。非份页池是系统比较宝贵的资源，因此，如果调用者的缓 冲区比较大时，我们一般采用直接I/O的方式(例如磁盘读写请求等)， 这样不仅节省系统资源，另一方面由于省去了I/O管理器在系统缓冲 区和调用者缓冲区之间的数据拷贝，也提高了效率，这对存在大量 数据传送的驱动程序尤其明显。  
可以注意到DDK中的Samples下，几乎所有的例程的读写请求都是直 接I/O的，而对于IOCTL请求则是缓冲区I/O的居多