IRQL(轉載 自 windows核心情景分析)
與此相關,Windows為CPU的執行狀態定義了許多“IRQ級別”,即IRQL。在任一時間中,CPU總是運行於其中的某一個級別,這個級別就表明了什麼事情可以做、什麼事情不可以做。下面是這些級別的定義:
#define PASSIVE_LEVEL 0
#define LOW_LEVEL 0
#define APC_LEVEL 1
#define DISPATCH_LEVEL 2
#define PROFILE_LEVEL 27
#define CLOCK1_LEVEL 28
#define CLOCK2_LEVEL 28
#define IPI_LEVEL 29
#define POWER_LEVEL 30
#define HIGH_LEVEL 31
其基本的意圖是,如果CPU從而一個執行緒已經處於某個級別,其操作就不能受同級或更低級別的操作所幹擾。
這裡的PASSIVE_LEVEL是級別最低的,但是卻對應著系統結構中較高的層次。當CPU運行於使用者空間,或者雖然進入了核心但還只是運行於管理層的時候,其執行級別就是PASSIVE_LEVEL。比其略高的是APC_LEVEL,那是在(核心中)為APC函式(見本書“程序與執行緒”一章)的執行進行準備時的執行級別,APC請求相當於對使用者空間程式的(軟體)中斷。注意IRQL在x86系統結構中並沒有硬體的支援(CPU中並沒有這麼一個暫存器)而只是一個變數。與CPU只能通過特殊的指令或中斷/異常才能進入系統態不同,IRQL是CPU可以自由設定的,每當CPU進入更底層、更核心的層次時就提高IRQL,反之則降低IRQL。不過,表明IRQL的變數在核心中,運行於使用者空間時是無法改變IRQL的。
再高一級是DISPATCH_LEVEL,這大致相當於CPU運行於Windows核心中的核心層,即“核心”層。執行緒的切換隻能發生於CPU行將從DISPATCH_LEVEL級別下降的時候。
IRQL級別3及以上用於硬體中斷。顯然,設計者的意圖是採用中斷優先順序,即優先順序較高的中斷源可以中斷優先順序較低的中斷服務。但是x86的系統結構並不支援中斷優先順序,所以這實際上是來自VMS的遺蹟,因為VAX和PDP的系統結構都是支援中斷優先順序的。
回到頁面換出的問題上,只要CPU的IRQL級別不高於APC_LEVEL的層次,其程式碼都是允許倒換的,但是從DISPATCH_LEVEL開始就不允許了。顯然,如果在這一點上搞錯了,後果是很嚴重的。所以在管理層的程式碼中幾乎每個函式的開頭都要放上一個巨集操作PAGED_CODE(),說明程式碼作者的意圖是讓這個函式所佔的頁面可以被倒換出去。這個巨集操作的定義如下:
#ifdef DBG
#define PAGED_CODE() { "
if (KeGetCurrentIrql() > APC_LEVEL) { "
KdPrint( ("NTDDK: Pageable code called at IRQL > APC_LEVEL (%d)"n",
KeGetCurrentIrql() )); "
ASSERT(FALSE); "
} "
}
#else
#define PAGED_CODE()
#endif
在Debug模式下,這個巨集操作檢查CPU當前的執行級別,如果發現高於APC_LEVEL就說明這個函式有可能在DISPATCH_LEVEL或更高的級別上受到呼叫,因而是不應該被倒換出去的,所以就發出警告。至於在正式執行的版本中,則這個巨集操作定義為空。
當然,光是在程式中引用巨集操作PAGED_CODE()不會使一個函式所在的頁面可倒換,真正使其可倒換的是編譯指示“#pragma alloc_text()”。例如NtQueryObject()中的第一行就是PAGED_CODE(),與此相應,這個函式所在的原始檔中就有這麼一行:
#pragma alloc_text(PAGE, NtQueryObject)
正是這一行編譯指示讓編譯工具將為此函式生成的可執行程式碼放在可被倒換的區間。
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