UEFI Handle与Protocol

最近看了一些UEFI中handle和protocol的资料，这里做一个整理，写一点自己的理解，想了想还是搬运过来了，因为写得比较认真，但是放github 博客上除了我应该没人看吧。

主要参考文章

UEFI Handle的来龙去脉

UEFI 协议与句柄

如何理解UEFI中handle和protocol的概念

Handle,Protocol和Interface是什么

EDK II UEFI Driver Writer’s Guide中对Handle和Protocol的描述如下：

Handles are a collection of one or more protocols and protocols are data structures named by a GUID. The data structure for a protocol may contain data fields, services, both or none at all.

Handle

Handle由一个或多个Ptotocol组成，但是这个看起来好像很抽象的样子，Handle到底是一个什么东西呢？找到一些相关的描述：

（1）每个uefi module都是一个image，而每个image对应都有一个ImageHandle，其实ImageHandle的类型就是EFI_HANDLE。

（2）EFI_HANDLE是指向某种对象的指针，UEFI用它来表示某个对象。……当我们将一个.efi文件加载到内存中时，UEFI也会为该文件建立一个Image对象（此Image非图像的意思），这个Image对象也是一个EFI_HANDLE对象。在UEFI内部，EFI_HANDLE被理解为IHANDLE

（3）比如定义一个变量EFI_HANDLE hExample，当你将它作为参数传递给service的时候，在service内部是这样使用它的：IHANDLE * Handle=(IHANDLE*)hExample。也就是说IHANDLE*才是handle的本来面目。为什么要弄的这么复杂呢？一是为了抽象以隐藏细节，二可能是为了安全。

并没有找到非常具体说Handle到底是什么的话，第一句话的原出处不知道在哪里了，第二句话是UEFI原理与编程里面的。第三句来自UEFI Handle的来龙去脉。

综合上面这几句描述，那么这里可以将handle简单理解为每个镜像文件都会有的一个句柄，用来指向这个镜像文件。镜像文件中可能会使用到很多外部的函数，而这个Handle的功能就是挂载镜像文件所需要的Protocol实例。

也有说“Handle其实就是一个不会重复的整型数字”，从IHandle的数据结构来看，也不是没有道理。

Protocol

感觉Protocol是什么都快要被讲烂了，Protocol本质是一个结构体，包含数据和服务(Service)，但是也可能是空的，但是每个Protocol都具有唯一的GUID，GUID相当于一个全局标识符，用于定位Protocol。

Protocol其实就相当于Library和libc的作用。

Interface

EDK II UEFI Driver Writer’s Guide中对Interface的描述：

The protocol is composed of a GUID and a protocol interface structure.
Many times, the UEFI driver that produces a protocol interface maintains additional private data fields. The protocol interface structure itself simply contains pointers to the protocol function.

Interface本质就是Protocol的实例，也很好理解，在使用Protocol的时候会有Install操作，这个操作就是生成PROTOCOL_INTERFACE结构体，再挂载到Handle上。一个Protocol可能具有很多不同的Interface，挂载在Handle上，所以其实Handle和Protocol并没有直接相连接。

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Handle,Protocol和Interface之间关系

如何理解UEFI中handle和protocol的概念中的这张图我觉得是目前画的最清晰的一张描述三者关系的图片。

原文提到

首先系统中有两个大的双向链表：
1.以gHandleList为表头的链表，链表中每个Entry为IHANDLE结构体，将系统中所有的handle链接到一起；
2.以mProtocolDatabase为表头的链表，链表中每个Entry为PROTOCOL_ENTRY结构体，用于将系统中所有的protocol链接到一起。

首先每个handle用一个IHANDLE结构体表示，IHANDLE中的Protocols指向一个双向链表（红色箭头表示），用于将所有install到该handle的所有protocol链接到一起，每一个install的protocol都由一个对应的PROTOCOL_INTERFACE结构体来表示。
其次，每个protocol由一个PROTOCOL_ENTRY来表示，一个protocol可能被install到多个handle中，所以每个HANDLE_ENTRY中的Protocols都由可能会由多个PROTOCOL_INTERFACE实例，并且这些PROTOCOL_INTERFACE实例也被链表链接起来（绿色箭头表示）。
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原文链接：https://blog.csdn.net/lindahui2008/article/details/78796550

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///
/// PROTOCOL_INTERFACE - each protocol installed on a handle is tracked
/// with a protocol interface structure
///
typedef struct {
  UINTN                       Signature;
  /// Link on IHANDLE.Protocols
  LIST_ENTRY                  Link;   
  /// Back pointer
  IHANDLE                     *Handle;  
  /// Link on PROTOCOL_ENTRY.Protocols
  LIST_ENTRY                  ByProtocol; 
  /// The protocol ID
  PROTOCOL_ENTRY              *Protocol;  
  /// The interface value
  VOID                        *Interface; 
  /// OPEN_PROTOCOL_DATA list
  LIST_ENTRY                  OpenList;       
  UINTN                       OpenListCount;

} PROTOCOL_INTERFACE;

PROTOCOL_INTERFACE是Interface的结构体。

其中的Link的类型是EFI_LIST_ENTRY，这个结构体里面就是前向指针和后向指针，就是将它和Handle和其他Interface链接起来。

ByProtocol就是指向Protocol中的Protocols，这个Protocols就是一条连接Protocol实现的所有Interface的链，本质就是图中的绿线。

*Protocol就是指向对应Protocol的指针。

///
/// PROTOCOL_ENTRY - each different protocol has 1 entry in the protocol
/// database.  Each handler that supports this protocol is listed, along
/// with a list of registered notifies.
///
typedef struct {
  UINTN               Signature;
  /// Link Entry inserted to mProtocolDatabase
  LIST_ENTRY          AllEntries;  
  /// ID of the protocol
  EFI_GUID            ProtocolID;  
  /// All protocol interfaces
  LIST_ENTRY          Protocols;     
  /// Registerd notification handlers
  LIST_ENTRY          Notify;                 
} PROTOCOL_ENTRY;

PROTOCOL_ENTRY就是Protocol的结构体。

AllEntries用于是Protocol Database的连接，Protocols是用于连接所有Interface的。

///
/// IHANDLE - contains a list of protocol handles
///
typedef struct {
  UINTN               Signature;
  /// All handles list of IHANDLE
  LIST_ENTRY          AllHandles;
  /// List of PROTOCOL_INTERFACE's for this handle
  LIST_ENTRY          Protocols;      
  UINTN               LocateRequest;
  /// The Handle Database Key value when this handle was last created or modified
  UINT64              Key;
} IHANDLE;

IHANDLE的结构体除了Protocols和一个Key也的确没有其他东西。AllHandles就是用于连接HandleList，Protocols是连接所有interface，Key目前没有看到太多使用的地方。

以上这些结构体都可以在edk2/MdeMoudulePkg/Core/Dxe/Hand/Handle.h中找到。

edk2/MdeMoudulePkg/Core/Dxe/Hand/Handle.c中就是具体Install、Find的实现了。源代码阅读这个不知道还会不会写。

小结

Protocol就是UEFI中提供Library功能的函数库，每个Image（.efi文件）在运行过程中会需要用到一些外部函数，所以每个Image就有一个Handle来Install所有需要的Protocol，这些Protocol实例化之后就是Interface，挂载在Handle上。mProtocolDatabase就是一条包含系统中所有Protocol的双向链表，gHandleList就是包含系统中所有Handle的双向链表。

感觉目前分析Handle和Protocol分析的好的文章还蛮多的，我好像也没有什么产出，不过还是想记录一下自己这段时间看的东西。