DPC(延迟过程调用)的技术细节

-DPC(延迟过程调用)的细节

NTINSIDER，16卷，1期，1至2月2009

延迟过程调用（DPC）是一种Windows常用功能。用途是广泛和多样的，但最常用的是我们通常所说的“ISR完成”和WindowsTimer底层技术。

   如果DPC常用，为什么还要写此篇？我们发现，大多数人并不真正了解DPC工作的底层实现细节。并且，事实证明，一个深入的理解，在选择选项创建DPC的调试方案中也至关重要。

简介

本文并不意味着是一个全面的DPC应用文档。它假定读者已经知道DPC是什么，更甚，在驱动中已作应用。如果你不属于这一类，查阅MSDN吧。

此外，ThreadedDPCs，这是一种特殊类型的DPC。可用于WindowsVista和以后，将不包括任何细节。

作为我们讨论的基础，让我们简要回顾一些基本的DPC概念。

DPC的定义是一种可以请求一个回调到任意线程上下文，在dispatch级别的IRQL。DPC对象本身仅是一个list_entry数据结构，一个回调指针，一些回调上下文，和一位的控制数据：

typedef struct _KDPC {
    UCHAR Type;
    UCHAR Importance;
    USHORT Number;
    LIST_ENTRY DpcListEntry;
    PKDEFERRED_ROUTINE DeferredRoutine;
    PVOID DeferredContext;
    PVOID SystemArgument1;
    PVOID SystemArgument2;
    __volatile PVOID DpcData;
} KDPC, *PKDPC, *PRKDPC;

你来初始化一个DPC对象采用keinitializedpc和队列keinsertqueuedpc此DPC对象。驱动程序使用DPC进行更多的工作比是适当的一个中断服务程序，DPC的对象嵌入在设备对象。使DPC对象被排队通过调用函数IoRequestDpc（在内部调用keinsertqueuedpc）。一旦排到队列，在将来的某个时候你的DPC例程将被任意线程上下文IRQL级别 dispatch_level调用。

    有了这些基本的信息，我们现在可以覆盖DPC排队列细节都和传输机制。这将导致我们讨论如何控制DPCs行为，这些选项有什么影响。

DPC队列

如前所述，DPCs排列（直接或间接）通过KeInsertQueueDpc DDI：
NTKERNELAPI

BOOLEAN
keinsertqueuedpc（
__inout prkdpc DPC，
__in_opt PVOID systemargument1，
__in_opt PVOID systemargument2
）；

DPCs实际上是排队到一个特定的处理器，这是通过将DPC对象为DPC连接到DPC队列，位于目标处理器控制块(PRCB)。对OS而言确定该DPC对象队列，对处理器是相当容易的。默认情况下，DPC是排队列到处理器，KeInsertQueueDpc被调用（“当前处理器”）。然而，驱动可以指示一个给定的处理器被用于一个特定的DPC对象，使用例程KesetTargetProcessorDpc。

在一个特定的处理器用WinDbg查看DPC列表很容易。当DPC列表实际上是包含在PRCB，PRCB是处理器的控制区域的扩展（PCR）。通过观察PCR！PCR命令我们能看到的任何DPC目前处理器的队列：

0:kd> !pcr 0
KPCR for Processor 0 at ffdff000:
    Major 1 Minor 1
 NtTib.ExceptionList: 8054f624
     NtTib.StackBase: 805504f0
    NtTib.StackLimit: 8054d700
  NtTib.SubSystemTib: 00000000
       NtTib.Version: 00000000
   NtTib.UserPointer: 00000000
       NtTib.SelfTib: 00000000

            SelfPcr: ffdff000
               Prcb: ffdff120
               Irql: 00000000
                IRR: 00000000
                IDR: ffffffff
       InterruptMode: 00000000
                IDT: 8003f400
                GDT: 8003f000
                TSS: 80042000

      CurrentThread: 8055ae40
          NextThread: 81bc0a90
          IdleThread: 8055ae40

           DpcQueue:  0x8055b4a0 0x805015ae [Normal]nt!KiTimerExpiration
                     0x81b690a4 0xf9806990 [Normal] atapi!IdePortCompletionDpc
                     0x818a12cc 0xf96c5ee0 [Normal] NDIS!ndisMDpcX

   要注意的是，一旦一个DPC对象已排队列到一个处理器，再试图对此DPC排队列被忽略，直到DPC对象已出队（Windows的回调函数的执行）。这就是keinsertqueuedpc返回的布尔值的意义。

 

TRUE意味着Windows已排队此DPC到目标处理器，FALSE意味DPC对象已排队到另一些处理器。从编程的角度来看，作为数据结构DPC只有一个LIST_ENTRY域，因此一次只能出现在一个单一的队列。

关于优先权？

在DPC在那里被放置于目标处理器？ DPC List是一个有趣的问题。一个DPC对象插入到目标处理器的开始或结束？ DPC List优先功能的一个方面。你可以设置一个给定的DPC对象重要性，使用函数kesetimportancedpc。这个DDI让你表明DPC对象是低，中，或高重要性。同时，在Vista中，以后你可以设置的重要性“中高”。低，中，中高重要性和被放置在DPC队列的末尾，而高的重要性，被放置在队列的前面。在这一点上，问你自己，“在低，中和中高重要性有什么区别？”，我们会很快回答这个问题。

Dispatch_level软件中断

一旦DPC排队到目标处理器，一个dispatch_level软件中断通常在处理器生成的。选择是否请求dispatch_level软件中断时，DPC对象是排队在很大程度上是基于四个因素：重要性的DPC，DPC处理器的目标，在目标处理器的DPC列表的深度，和在目标处理器的DPC列表“流失率”。

如果DPC对象的目标处理器是目前的处理器，该dispatch_level软件中断请求发生，如果DPC对象是除了low之外的重要性。对low重要性DPC，软件中断发生，如果O / S认为处理器没有服务DPCs足够快，要么因为DPC队列已成为大或不以足够快的速度。如果这些都是真的，中断请求即使DPC是low重要性。

    如果对DPC的目标处理器不是当前的处理器，其决策过程是不同的。因为请求中断的处理器将涉及昂贵的处理器间中断（IPI）的情况下，它是所要求的限制。在Vista中，IPI请求只会如果DPC是高重要性或如果在目标处理器的DPC队列已变得太深。Vista添加中高重要性DPCs检查和进一步降低IPIS数量要求目标处理器被闲置的dispatch_level软件中断请求（见一个高层次的分解表1）。


DPC传递：

一旦DPC已排队到处理器，在某种程度上它必须出队和回调执行。记住，有两种情况，在DPC排队到处理器的出现，无论是否dispatch_level软件中断。

从软件断服务程序传递

为了让事情简单，我们将限制讨论，排队DPC对象到当前的处理器的情况下。从IRQL级别 dispatch_level软件中断请求开始。当时keinsertqueuedpc调用，有两种情况下的系统可能是：首先将运行在一个IRQL小于dispatch_level，在这种情况下，dispatch_level中断会立即交付。第二个案例将如果当前处理器的IRQL > = dispatch_level，在这种情况下，中断将保持等待直到IRQL即将回到
在任一情况下，曾经为dispatch_level服务程序中断开始执行，它会检查是否有排队和当前处理器。如果DPC队列非空，Windows将在从服务例程返回循环和完全运行DPC列表流。

在排放前DPC列表，要确保它的DPC例程运行在一个新的执行堆栈。这可能会降低发生堆栈溢出的情况下，当前堆栈没有多少剩余空间。因此，每一个PRCB还包含一个指针指向先前分配的DPC堆栈,Windows切换到在调用任何DPCs之前：

0: kd> dtnt!_KPRCB DpcStack
   +0x868 DpcStack : Ptr32 Void

 如果我们在一个DPC程序设置断点，将看到调试器中的开关的证据。在这里，我们选择了从ATAPI驱动一个DPC：

0: kd> bp atapi!IdePortCompletionDpc
0: kd> g
Breakpoint 1 hit
atapi!IdePortCompletionDpc:
f9806990 8bff           mov     edi,edi
0: kd> k
ChildEBP RetAddr  
f9dc7fcc 80544e5fatapi!IdePortCompletionDpc
f9dc7ff4 805449cbnt!KiRetireDpcList+0x61
f9dc7ff8 f9a2b9e0nt!KiDispatchInterrupt+0x2b
WARNING: Frame IP not in any known module. Following frames may be wrong.
805449cb 00000000 0xf9a2b9e0

 注意到奇怪的调用堆栈，似乎在KiDispatchInterrupt调用之后消失。问题是，WinDBG已不再能够清晰显示调用堆栈，由于堆栈交换。我们在这里看到的是DPC堆栈的调用堆栈。如果我们尝试匹配的EBP地址显示与当前堆栈限制，我们将看到差异：

 

 

0: kd> !thread
THREAD 81964770  Cid 028c.02b8  Teb:7ffd8000 Win32Thread: e1873008 RUNNING on processor 0
IRP List:
    8195b870: (0006,0190) Flags:00000970  Mdl: 00000000
    819128b0: (0006,0190) Flags:00000970  Mdl: 00000000
Not impersonating
DeviceMap                e1001980
OwningProcess           818d5978      Image:         csrss.exe
AttachedProcess         N/A           Image:         N/A
Wait Start TickCount     6779           Ticks: 0
Context Switch Count     4104                LargeStack
UserTime                 00:00:00.000
KernelTime               00:00:00.265
Start Address 0x75b67cd7
Stack Init f9a2c000 Current f9a2ba58 Base f9a2c000 Limit f9a29000 Call0

从空闲(Idle)线程传递：但对于那些低重要性和或有目标DPC不要求dispatch_level软件中断？谁处理这些？嗯，实际上有两种方式，他们会处理的。另一个DPC会沿着这将要求dispatch_level中断，DPC将被随后的流水队列拾起，或空闲循环会出现，请注意，DPC队列是非空的。

部分空闲循环的工作是检查DPC队列和确定它是否为空。如果发现队列不是空的，它开始流水队列采用出队头并调用回调函数。我们可以在不同的调用堆栈看到这些。但使用前例相同的DPC程序：

Breakpoint 1 hit
atapi!IdePortCompletionDpc:
f98069908bff           mov     edi,edi
0:kd> k
ChildEBPRetAddr  
8055042880544e5f atapi!IdePortCompletionDpc
8055045080544d44 nt!KiRetireDpcList+0x61
8055045400000000 nt!KiIdleLoop+0x28

 

Idle 循环自己使用很少的线程堆栈，未用到很多地俄Swappingstacks。

结论：希望澄清了一些DPC误解，它们是如何被系统处理。