windows的IO管理器内核实现机制原理分析

    IO管理器的任务就是管理IO，本质上windows的IO操作都是异步的，这是由IO流的分层下递和IRQL共同决定的，效果就是IO流被处理的每一个步骤都可能在任意线程上下文中进行，那么如果最下面的驱动完成了一个irp，这个怎么让上面的驱动知道呢？当然方法很多，比如上层驱动等待在一个   event上，而microsoft的作法显然更好，就是为每一个irp流经的每一个设备提供了一个选择，该设备的驱动可以提供一个回调函数，以便下层驱动完成请求的时候通知该层，这就是IO完成回调函数，按照常规理解，这个函数应该由下层的驱动调用，而实际上这样做的话，实现就不是那么“结构化”了， 驱动的开发者就必须负责去手工调用该函数，失去了回调本来的含义，增加了驱动开发者的负担，因此这个回调函数就由IO管理器来调用，这里的说法仅仅是按照模块化思想来的，在整个windows内核中你实际上看不到一个叫做IO管理器的模块的，所谓的IO管理器就是一系列函数接口，对于IO完成回调函数的调用，你只需要调用一个IofCompleteRequest就可以了，而这个接口的实现就是IO管理器的重要内容，那么它是怎么实现的呢？如果不看ReactOS的代码，也不反汇编windows内核的话，还有一种情况能够得到它的实现，那就是自己想，我就是这么干的，没想到还真蒙对了。

    在分层的驱动逐次往下层的设备递交irp的过程中，只要有一个分发函数调用了IofCompleteRequest，那么该irp就不会再往下走了，而是顺着来的方向的反方向逐个的调用irp栈上的IO完成回调函数，因此IofCompleteRequest的实现首先就是遍历所有的irp栈帧，然后在每一个上执行其IO完成回调函数即可，这只是最简单的方式，windows内核的逻辑也是这么来的，但是往往自己能想到的都是最简单的，扩展开来的话会有很多自己想不到的，比如：有一种情况就是irp栈某一层完成了io，IO管理器调用了上层的io完成回调，接下来该回调返回以后，IO管理器会接着调用上上层的io完成回调，然而如果这个上层的io完成回调中如果一个数据没有准备好，而上上层io完成回调中又需要这个数据的话，这就会引起问题，IO管理器直接 调用了上上层的io完成回调，而实际上这个上层的io还没有完成呢（一个数据没有到位）。以上这种情况是很常见的，毕竟windows内核是一个本质上异步的操作系统内核，一个irp到达某个层次后可能为了实现某项功能会进行一些别的操作，比如查询一些信息，比如和别的内核模块进行交互，这都会产生另外的 irp，而这些irp是和上层没有关系的，是在本层产生并下发的，因此如果这些irp不完成，那个本来的irp也就算没有完成，因此虽然下层完成了这个本来的irp，只因为这些额外的我们自己在本层生成的irp还没有完成，这就意味着IO完成不能这么简单的逆流而上，实际上最简单的方式就是告诉IO管理器，也就是告诉IofCompleteRequest不要继续逆流而上了，等到时机成熟的时候，我自己逆流而上，这就是IO完成回调函数 STATUS_MORE_PROCESSING_REQUIRED返回值的含义，IofCompleteRequest一旦接收到某个回调函数的返回值是这个，那么就终止循环，然后退出IO管理器，等到这个层次的所有数据都准备好之后，该驱动自行调用IofCompleteRequest，这将重复同样的过程，只是起点变化了，不是最底层的驱动了，而是该层驱动，也就是因为数据而等待的驱动，数据可以在io完成中被准备好，也可以是别的，这就是另外的话题了。

    最终irp会回到它生成的地方，到这里之后，大多数情况下仍然是任意线程上下文，因为最底层驱动的完成是靠中断触发，所以一系列的逆流而上就是在DPC中执行的（DPC在cpu的队列中排队，为了延迟执行硬中断任务，而APC在线程队列中排队，执行线程上下文中执行的任务），因此为了将完成消息通知到发出请求的线程，就需要将最后的irp层次的io完成回调函数排入到该线程的apc队列中，然后最终在该线程的上下文中被执行，实际上排入apc队列的是 IopCompleteRequest函数。底层驱动不能立马完成的irp，返回时一定要设置pending状态，这样上层才可以正确处理完成回调函数， 注意，这个pending和STATUS_MORE_PROCESSING_REQUIRED的含义是不同 的，STATUS_MORE_PROCESSING_REQUIRED是自己来处理接下来的完成回调，而pending则是指示io还没有完成，可是完成 回调却要调用，为了防止阻塞，真正的完成操作将在dpc/apc中进行。