Разработка драйверов для 64-битных версий Windows

24 Мар 2007

Автор: Евгений Рыжков

Введение
Основные положения
Потенциальные проблемы в коде
Инструменты
Заключение
Библиографический список

В статье рассматриваются вопросы, связанные с выпуском драйверов для 64-битных версий Windows. Приводятся типовые проблемы и пути их решения, а также рассматриваются инструменты, упрощающие процесс разработки драйверов.

Введение

Выход в 2005 году первой версии операционной системы Windows для 64-битных процессоров AMD64 поставил перед разработчиками драйверов новую задачу - выпуск драйверов и для 32-битных, и для 64-битных систем. В то время многие производители оказались не готовы к поддержке драйверов для двух систем, поэтому многие устройства так и не получили обновленных драйверов. Тогда это было оправдано, поскольку 64-битные системы были в новинку и не так уж много пользователей их оценило. Однако с выходом Windows Vista x64 ситуация резко изменилась. Теперь и домашние пользователи хотят иметь 64-битную операционную систему, и разработчикам уже необходимо в обязательном порядке задуматься о выпуске 64-битных версий драйверов.

Прежде всего, возникает вопрос: Нужно ли разрабатывать 64-битные драйверы для 64-битных версий Windows? Ответ однозначен: "Да, нужно!". Дело в том, что использовать 32-битные драйверы на 64-битной системе в режиме ядра невозможно.

При разработке драйверов для 64-битных систем нужно учесть некоторые особенности, игнорирование которых впоследствии может привести к долгим попыткам понять, почему те или иные вещи работают не так, как раньше. MSDN достаточно полно освещает вопрос разработки 64-битных драйверов. Однако, иногда информация оказывается слишком разрозненной. Поэтому в данной статье представлен обзор основных проблем и направлений для дальнейшего изучения вопроса.

Основные положения

При разработке драйверов для Win64 обычно желательно использовать тот же самый исходный код, что и для Win32. Различия в коде стоит выносить в отдельные секции под условной компиляцией.

Перечислим несколько наиболее важных положений, касающихся 64-битных драйверов:

Поддержка режима DMA (Direct Memory Access). Включение в драйвер поддержки 64-битной адресации позволяет значительно повысить производительность.
Поддержка 32-битного ввода-вывода. Если драйвер использует процедуры DMA корректно в Windows 2000, то драйвер будет нормально работать и в 64-битных системах.
Драйвер должен поддерживать как 32-битные так и 64-битные версии команд IOCTL.

Необходимо заметить, что Microsoft максимально возможно обеспечивает разработчиков руководствами по переносу кода в новых версиях Windows DDK.

Потенциальные проблемы в коде

Список потенциальных проблем при переносе кода приведен в [1, 2]. Однако, там лишь названы эти проблемы, мы же подробно рассмотрим варианты их решения.

Итак, MSDN рекомендует нам использовать:

Новые типы данных, безопасные с точки зрения Win64. Это, прежде всего, типы фиксированной длины, а также типы, предназначенные специально для хранения указателей.
Корректные строки формата в printf-подобных функциях. Поскольку размеры указателей на 32-битных и 64-битных системах разные, то использовать одну и ту же строку формата не получится. Идеальным решением здесь является отказ от использования таких функций взамен использования их более безопасных аналогов.
При необходимости обрезать указатель, использовать функции PtrToLong и PtrToUlong. Однако, лучше переписать код так, чтобы подобная операция вовсе не потребовалась. Дело в том, что указатель после такой операции станет уже некорректным.
Использовать макросы FIELD_OFFSET и TYPE_ALIGNMENT вместо явного вычисления позиции переменной в структуре или ручного учета выравнивания. Это связано опять же с различными типами выравнивания и размерами указателей.

Особое внимание следует обращать на:

Операции с участием знаковых и беззнаковых переменных. Вопросы приведения типов переменных часто вызывают непонимание, поэтому лучше стараться их избегать.
Вызовы функций, где один из параметров является указателем. Причем потенциальная ошибка может быть скрыта как внутри функции, так и вне ее, при использовании результата ее работы.
Использование магических констант, которые могут изменяться в зависимости от разрядности системы. Обратите внимание, что число -1 на 64-битной системе уже не равно 0xffffffff, как это было на 32-битной. Чему оно равно? Разумеется, 0xffffffffffffffff, в то время как 0xffffffff - это всего лишь 0x00000000ffffffff.
Структуры, содержащие указатели. Так как изменения адресного пространства, произошедшие на 64-битных системах, могут напрямую сказаться на работе драйверов.
Приведение указателей к каким-либо типам данных (int, long).

Инструменты

Для проверки работоспособности драйверов рекомендуется использовать соответствующие инструменты. Помимо включения максимального уровня диагностики в компиляторе (/W4 или даже /Wall) обязательно необходимо использовать другие возможности.

Прежде всего, посмотрите на бесплатный инструмент от Microsoft - анализатор PREfast, если Вы еще с ним не знакомы. Это статический анализатор кода, который обнаруживает некоторые классы ошибок, которые часто встречаются как в драйверах, так и в обычных C и C++ программах.

Статический анализатор кода общего назначения Gimpel Software PC-lint обнаруживает, помимо некоторых из перечисленных ошибок, еще и огромное количество ошибок, встречающихся в обычных программах.

Другой статический анализатор кода Viva64 предназначен для поиска ошибок в C++ программах, проявляющихся при переносе кода с 32-битных на 64-битные системы.

Заключение

Как видите, ничего страшного в разработке 64-битных драйверов нет и инструменты, облегчающие этот процесс, доступны. А значит откладывать это больше не стоит.