操作系统实现：设备请求控制块

设备请求控制块（Device Request Control Block，DRCB）是Hello China的IO管理框架中的核心数据结构（对象），该对象用来跟踪所有对设备的请求操作，一般由IOManager创建，然后通过设备驱动程序提供的服务函数（比如DeviceRead、DeviceWrite等）传递给设备驱动程序。设备驱动程序根据DRCB里面的参数确定本次操作的一些特定数据，比如设备读取的开始地址、读取数据的长度以及数据读取后应存放的缓冲区位置等。DRCB是贯穿Hello China设备管理框架的核心数据结构。

该对象（数据结构）的定义如下。

在这个对象的定义中，大多数成员意义很明确，下列三个数据成员需要着重说明一下。

●WaitForCompletion

●OnCompletion

●OnCancel

它们都是函数指针，指向了驱动程序管理框架实现的三个函数，这三个函数分别被驱动程序调用。其中，第一个函数（WaitForCompletion）用于等待请求的操作完成，比如，设备驱动程序根据DRCB对象提供的信息，提交了一个物理设备读取请求，由于这个物理设备的执行速度比CPU慢很多，因此，设备驱动程序不能一直忙等待操作完成，因为这样会浪费很多CPU资源，而是采用中断的方式来等待完成结果。即设备操作完成之后，设备通过中断通知设备驱动程序，然后设备驱动程序再采取进一步的动作。而这个函数（WaitForCompletion）就是用于这个目的，该函数调用后，相应的用户线程（发起IO请求的线程）就会进入阻塞状态，直到对应的操作完成（中断发生）。显然，这样做的好处是大大节约了CPU的资源。

第二个函数是与第一个函数对应的，这个函数由设备驱动程序在完成设备操作后调用，一般情况下是在设备驱动程序的中断处理函数中调用的。这个函数执行后，就会唤醒原来等待IO操作完成的线程（即调用WaitForCompletion函数进入阻塞状态的用户线程），这样当下一次调度的时候，如果这个线程（发起IO请求的线程）的优先级足够高，那么该线程就可以被调度执行。

为了帮助读者进一步理解上述过程和配合关系，下面举一个硬盘读/写的例子。假设用户线程想读取一个文件，于是发起了一个ReadFile的函数调用，后续执行过程如下。

（1）IOManager创建一个DRCB对象，根据ReadFile函数的参数对该对象进行初始化，然后再根据文件对象句柄，找到合适的文件对象（其实是一个设备对象），并调用对应的驱动程序（文件系统驱动程序）提供的DeviceRead函数（以创建的DRCB对象为参数）。

（2）DeviceRead函数根据传递过来的DRCB对象以及设备对象，找到实际的硬盘设备，然后文件系统驱动程序另外创建一个DRCB对象，初始化这个DRCB对象，再以这个新创建的DRCB对象为参数调用硬盘设备对象的DeviceRead函数。注意，这里的DeviceRead函数是由硬盘设备驱动程序提供的，而前一个DeviceRead函数是由文件系统驱动程序提供的。

（3）硬盘设备对象的DeviceRead函数根据传递过来的DRCB对象，初始化一个硬盘读请求事务，并把该DRCB对象放到硬盘驱动程序的等待队列中，然后调用DRCB对象中的WaitForCompletion函数。这时用户线程（即调用ReadFile的线程）会进入阻塞状态。

（4）硬盘驱动器（控制器）执行实际的读操作，完成以后给CPU发一个中断。

（5）中断调度机制根据中断号调用实际的中断处理函数（硬盘驱动程序的中断处理函数），中断处理函数从硬盘控制器读取数据，填充在DRCB指定的缓冲区内，然后把该DRCB对象从等待队列中删除，并调用OnCompletion函数。

（6）OnCompletion函数唤醒等待的用户线程（返回到硬盘驱动程序的DeviceRead函数继续执行），于是DeviceRead函数把从硬盘上读取的数据填充到IOManager发送过来的DRCB对象中，销毁自己创建的DRCB，并返回。

（7）IOManager把从硬盘读取的数据填充到用户线程指定的缓冲区内，然后从ReadFile函数返回。

可以看出，这个过程比较复杂，而且在上面的描述中，省略了数据尺寸不匹配的情况（比如，用户请求4KB的数据，而硬盘驱动程序一次只能读取一个扇区的字节，一般情况下为512B，这种情况下，就需要文件系统驱动程序对原始请求进行分割），因此实际情况可能比上述情况更加复杂。(www.xing528.com)

最后一个函数（OnCancel）用于取消一个IO请求。一般情况下，设备驱动程序可能维护了多个IO请求任务（比如系统中多个线程同时读取同一个硬盘上的文件），这些IO请求任务使用DRCB对象进行跟踪，并被设备驱动程序以队列的形式进行维护。这样可能出现一种情况，就是一个请求任务可能被取消（比如对应的用户线程取消了读取请求），这时设备驱动程序就可以直接把对应的DRCB对象从等待队列中删除，然后调用OnCancel函数，来通知上层模块（IOManager）这个取消请求动作。在HelloChina的当前版本实现中，暂不支持IO请求的取消服务。

需要说明的是，上述三个函数的参数，都是其所在的DRCB对象。比如可以这样调用OnCompletion函数。

由于DRCB对象中包含了发起该IO请求的线程对象（lpKernelThread成员）和一个事件同步对象（lpSynObject），所以这些函数很容易实现线程的阻塞、唤醒等操作。

另外，为了标识DRCB对象的状态，定义了dwDrcbStatus变量，这个变量可以取下列值：

（1）DRCB_STATUS_INITIALIZED：DRCB对象已经被初始化，但尚未被任何线程应用。一个DRCB对象刚被创建后，就被设置为该状态。

（2）DRCB_STATUS_PENDING：DRCB处于排队状态，等待对应的操作完成。比如读取磁盘上的一个数据块，相应的设备操作命令已经发出，但还没有收到最终响应，这个时候，dwDrcbStatus被设置为该值。

（3）DRCB_STATUS_COMPLETED：DRCB对象跟踪的设备请求操作已经成功完成。

（4）DRCB_STATUS_FAILED：DRCB对象跟踪的设备请求操作失败，比如设备在长时间内没有响应，会导致这种情况出现。

（5）DRCB_STATUS_CANCELED：DRCB对象跟踪的设备请求，在完成前被用户取消。比如，用户读取一个硬盘上的数据，驱动程序已经发出请求（这时候，DRCB对象的状态设置为DRCB_STATUS_PENDING），在完成前，用户取消了该读取操作，这时候，操作系统会把该DRCB对象的状态设置为DRCB_STATUS_CANCELED。

另外一个比较重要的成员变量，是dwRequestMode，该变量指明了该DRCB跟踪的请求类型，可以取下列值。

（1）DRCB_REQUEST_MODE_READ：该DRCB对象跟踪的请求类型是一个读取操作，比如读取存储设备上的一块数据。

（2）DRCB_REQUEST_MODE_WRITE：对应写入设备的操作，欲写入设备的具体数据由dwInputLen和lpInputBuffer两个参数指定。

（3）DRCB_REQUEST_MODE_CONTROL：IO Control操作，dwCtrlCommand指明了具体的操作类型，一般情况下，dwCtrlCommand取值的具体含义由设备驱动程序自己定义。

（4）DRCB_REQUEST_MODE_SEEK：在调用DeviceSeek函数的时候，设定该值。

（5）DRCB_REQUEST_FLUSH：在调用DeviceFlush函数的时候，设定该值。

总之，DRCB是从最初的用户请求，到最终的物理设备操作的核心对象。在文件系统的实现中，将会进一步介绍该对象的应用。