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I/O 系统

Windows 如何将 API 请求转换为 IRP、驱动栈工作以及设备操作。

本分支中的引导学习路径

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I/O 与驱动

从 I/O Manager 和 IRP，到驱动栈以及 PnP 电源管理。

该路径共 5 步，当前第 1 步

1. I/O 系统2. I/O Manager3. 驱动与设备栈4. 即插即用与电源管理5. 文件系统

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Microsoft 官方文档

Microsoft Learn 上与此主题最相关的官方参考资料。

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Microsoft Learn

Windows kernel-mode I/O manager

learn.microsoft.com

](https://learn.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/kernel/windows-kernel-mode-i-o-manager)[

Microsoft Learn

I/O request packets

learn.microsoft.com

](https://learn.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/gettingstarted/i-o-request-packets)

为什么它很重要

I/O 系统是用户意图与设备、驱动交汇的地方。如果你想要理解文件、磁盘、键盘或者网络，最终都需要掌握 I/O 流水线。

思维模型

Windows I/O 是一套路由请求系统：应用发起任务请求，I/O Manager 将请求封装，分层驱动协同完成该请求。

Windows 基础组件

可在任务管理器、资源管理器或者文档中查到的名称与路径。

  • ComponentI/O Manager

    IRP 的路由与完成

深入一层

给希望在打开子主题前获取更精确信息的读者提供额外细节。

  • IRPs 可以同步完成、通过回调挂起，或者向下转发至驱动栈。
  • I/O completion ports 为高并发服务器提供可伸缩的线程池。

工作原理

  1. 1用户态 API 调用进入内核，转换为 I/O request packet (IRP)。
  2. 2I/O Manager 将 IRP 下发至一个或多个设备栈。
  3. 3驱动根据自身角色，处理、转换、转发或者完成该请求。

关键术语

IRP

I/O Request Packet；用于表示一次 I/O 操作的核心内核结构体。

Driver stack

有序驱动集合，协同处理设备请求。

Device object

I/O 系统内部代表一个设备实例的内核对象。

应用程序打开文件

一次简单的文件打开操作，在用户态看起来只是一次 API 调用，但 Windows 会将其转换为 I/O 请求，该请求需要穿越多层组件，之后文件系统或设备才会响应。

常见误区

驱动并不总是请求的最终持有者。很多请求在完成前会经过多个驱动。