30. Понятие отложенной процедуры (dpc). Назначение отложенных процедур.

DPC (англ. Deferred procedure call — отложенный вызов процедуры) — специфический механизм вызова процедур в архитектуре Windows.

Суть DPC: При возникновении прерывания, управление передаётся обработчику прерывания. Существует ряд факторов, ограничивающих возможности кода обработчика прерывания:

Общей практикой является требование минимизации времени работы обработчика прерывания. Поэтому необходимо воздержаться от выполнения ресурсоёмких и долгих действий непосредственно внутри обработчика прерывания.

В Windows код обработчика прерывания выполняется на высоком IRQL, что сильно ограничивает набор доступных обработчику ядерных функций: многие функции требуют гораздо более низкого IRQL для своего вызова.

Решением этой проблемы является подход, при котором непосредственно в обработчике выполняются лишь самые критические операции, а остальные действия откладываются до тех пор, пока не появится относительно свободное процессорное время, а IRQL не опустится до допустимого значения (DISPATCH_LEVEL). Тогда эти действия будут выполнены в рамках вызова отложенной (её выполнение было отложено до этого момента) процедуры.

В отличие от обычного вызова процедуры, при котором, фактически, управление сразу же передаётся коду вызываемой процедуры, при DPC-вызове передача управления вызываемой процедуре не происходит — вместо этого адрес вызываемой процедуры и параметры помещаются в специальную очередь, называемую DPC Queue. Когда наступает «благоприятное» время, отложенная процедура вызывается «по-настоящему».

Таким образом, обработчик прерывания выполняет только самые необходимые действия и осуществляет отложенный вызов процедуры, которая выполнит все остальные действия, нужные в рамках обработки прерывания, но не требующие повышенной срочности.

Управление DPC: Для того, чтобы осуществлять отложенные вызовы, необходимо сперва создать объект DPC при помощи ядерной функции KeInitializeDpc.

Созданному объекту DPC можно изменить приоритет при помощи функци KeSetImportanceDpc, а также переназначить процессор, в очередь которого будет помещён отложенный вызов, с помощью KeSetTargetProcessorDpc.

Постановка DPC в очередь осуществляется вызовом ядерной функции KeInsertQueueDpc.

Помещённый в очередь DPC можно убрать из очереди вызовом функции KeRemoveQueueDpc.

Поскольку механизм DPC используется главным образом в рамках обработки запросов ввода/вывода, существуют специальные функции-обёртки с префиксом Io для управления отложенными вызовами. В частности, обработчики прерываний, согласно документации, должны использовать именно эти функции.

31. Понятие асинхронной процедуры (apc). Назначение асинхронных процедур. Асинхронные процедуры режима ядра и пользовательского режима.

Прерывания APC(asynchronous procedure call) позволяет выполнять пользовательские программы и системный код в контексте конкретного пользовательского потока (а значит, и в адресном пространстве конкретного процесса). Поскольку для выполнения в контексте конкретного потока APC ставятся в очередь и выполняются при IRQL ниже «DPC/dispatch», на их работу не налагаются ограничения, свойственные DPC. APC‑процедура может обращаться к ресурсам (объектам), ждать освобождения описателей объектов, генерировать ошибки страниц и вызывать системные сервисы.

APC описывается управляющим объектом ядра — APC объектом. APC, ждущие выполнения, находятся в очереди APC (APC queue), управляемой ядром. Очереди APC — в отличие от общесистемной очереди DPC — специфичны для конкретного потока, так как у каждого потока своя очередь APC.

APC бывают двух видов: режима ядра и пользовательского режима. APC режима ядра для выполнения в контексте целевого потока не нужно «разрешение» со стороны этого потока, тогда как для APC пользовательского режима это обязательно. APC режима ядра прерывает поток и выполняет процедуру без вмешательства или согласия потока.

APC режима ядра тоже бывают двух типов: обычные (normal) и специальные (special). Поток может отключить все APC режима ядра, повысив IRQL до уровня APC_LEVEL или вызвав KeEnterGuardedRegion, которая впервые появилась в Windows Server2003.

Исполнительная система использует APC режима ядра для тех задач операционной системы, которые нужно выполнить в адресном пространстве (контексте) конкретного потока. Так, через специальные APC режима ядра она может указать потоку прекратить выполнение системного сервиса, допускающего прерывание, или записать результаты операции асинхронного ввода‑вывода в адресное пространство этого потока. Подсистемы окружения используют такие APC, чтобы приостановить поток или завершить себя, а также чтобы получить или установить контекст пользовательского потока. Драйверы устройств также применяют APC режима ядра.

Некоторые Windows‑функции вроде ReadFileEx, WriteFileEx и QueueUser APC вызывают APC пользовательского режима. Так, функции ReadFileEx и WriteFileEx позволяют вызывающей программе указать процедуру завершения ввода-вывода (completion procedure), которая будет вызвана по окончании операции ввода-вывода. Процедура завершения ввода-вывода реализуется помещением APC в очередь потока, выдавшего запрос на ввод-вывод.

Однако обратный вызов процедуры завершения не обязательно происходит в момент постановки APC в очередь, поскольку APC пользовательского режима передаются потоку, только если он находится в состоянии тревожного ожидания (alertable wait state). Поток может перейти в такое состояние, вызвав одну из Windows‑функций: либо WaitForMultipleObjectsEx, либо SleepEx. В обоих случаях, как только в очереди появится APC пользовательского режима, ядро прервет поток, передаст управление APC‑процедуре и возобновит его выполнение лишь после завершения APC‑процедуры.

В отличие от APC режима ядра, которые выполняются на уровне «APC», APC пользовательского режима выполняются на уровне «passive». Появление APC может переупорядочить очереди ожидания — списки, определяющие, какие потоки ждут, в каком порядке и на каких объектах. Если в момент появления APC поток находится в состоянии ожидания, то после обработки APC‑процедуры поток возвращается в состояние ожидания, но перемещается в конец списка потоков, ждущих те же объекты.