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window 显示驱动开发-线程和同步级别为零级

news 来源：原创 2025/8/21 3:09:42

在零级线程处理和同步中，WDDM 允许以可重入的方式对显示微型端口驱动程序进行零级 DxgkDdi*Xxx 调用。 也就是说，多个线程可以通过调用零级 DDI 同时进入驱动程序。

驱动程序应预期系统中的任何线程会传入，并应相应地保护该线程的数据。

尽管驱动程序中可以同时运行两个或多个线程，但不能有两个线程属于单个进程。

级别零是默认的线程和同步级别，包括以下函数：

  • DxgkDdiCheckMultiPlaneOverlaySupport3 (或 DxgkDdiCheckMultiPlaneOverlaySupport2/DxgkDdiCheckMultiPlaneOverlaySupport)
  • DxgkDdiCloseAllocation
  • DxgkDdiCollectDbgInfo。 此函数应收集各种故障的调试信息，并且可以随时在高 IRQL (调用，也就是说， DxgkDdiCollectDbgInfo 运行所在的 IRQL 通常) 未定义。 在所有情况下， DxgkDdiCollectDbgInfo 都必须验证所需调试信息和正确同步的可用性。 但是，如果 pCollectDbgInfo 参数指向的 DXGKARG_COLLECTDBGINFO 结构的 Reason 成员设置为 VIDEO_TDR_TIMEOUT_DETECTED 或 VIDEO_ENGINE_TIMEOUT_DETECTED，则驱动程序必须确保 DxgkDdiCollectDbgInfo 可分页、在 IRQL = PASSIVE_LEVEL 运行并支持零级同步。
  • DxgkDdiControlEtwLogging
  • DxgkDdiCreateAllocation
  • DxgkDdiCreateContext
  • DxgkDdiCreateDevice
  • DxgkDdiDescribeAllocation
  • DxgkDdiDestroyAllocation
  • DxgkDdiDestroyContext
  • DxgkDdiDestroyDevice
  • DxgkDdiDpcRoutine
  • DxgkDdiEnumVidPnCofuncModality
  • DxgkDdiGetScanLine
  • DxgkDdiGetStandardAllocationDriverData
  • DxgkDdiInterruptRoutine
  • DxgkDdiIsSupportedVidPn
  • DxgkDdiMiracastCreateContext
  • DxgkDdiMiracastDestroyContext
  • DxgkDdiMiracastIoControl
  • DxgkDdiMiracastQueryCaps
  • DxgkDdiOpenAllocation
  • DxgkDdiPresent
  • DxgkDdiQueryAdapterInfo
  • DxgkDdiQueryCurrentFence
  • DxgkDdiRecommendFunctionalVidPn
  • DxgkDdiRecommendVidPnTopology
  • DxgkDdiRender
  • DxgkDdiRenderKm
  • DxgkDdiResetDevice

1. 零级同步的核心特性

(1) 可重入性（Reentrancy）

  • 多个线程可同时调用零级 DDI 函数，但 同一进程的两个线程不能同时进入驱动程序（跨进程允许并发）。
  • 驱动程序必须 自行保护共享数据（如全局状态、硬件寄存器等），避免竞争条件。

(2) 默认同步级别

  • 零级是 默认级别，适用于大多数常规 DDI 调用。
  • 相比 Level 1/2/3，零级同步限制最少，但要求驱动程序 自行管理线程安全。

(3) IRQL 限制

  • 大多数零级函数可以在 任意 IRQL（中断请求级别）运行，但某些特殊情况（如 DxgkDdiCollectDbgInfo 处理超时）必须在 PASSIVE_LEVEL（低 IRQL）执行。

2. 零级包含的主要函数

以下是常见的零级 DDI 函数： 

函数描述
DxgkDdiCheckMultiPlaneOverlaySupport[2/3]检查硬件是否支持多平面覆盖（MPO）
DxgkDdiCloseAllocation关闭分配的资源（如显存）
DxgkDdiCollectDbgInfo调试信息收集（关键函数，见下文）

3. 特殊函数：DxgkDdiCollectDbgInfo

(1) 一般情况

  • 可以在 任意 IRQL 调用（包括 DISPATCH_LEVEL 或更高）。
  • 必须验证数据可用性（如内存是否可分页）。
  • 必须同步访问共享资源（如日志缓冲区）。

(2) 超时检测（TDR/Engine Timeout）
当 DXGKARG_COLLECTDBGINFO.Reason 为以下值时：

  • VIDEO_TDR_TIMEOUT_DETECTED（GPU 超时）
  • VIDEO_ENGINE_TIMEOUT_DETECTED（引擎超时）

驱动必须：

  • 在 PASSIVE_LEVEL（低 IRQL）运行（可分页代码）。
  • 支持零级同步（允许多线程进入）。
  • 避免死锁（不能持有自旋锁等不可睡眠的锁）。

4. 线程安全实现建议

由于零级允许可重入调用，驱动程序必须：

使用适当的同步机制：

  • 自旋锁（Spin Lock）：适用于高 IRQL（如 DISPATCH_LEVEL）。
  • 互斥体（Mutex）：适用于 PASSIVE_LEVEL（可分页代码）。
  • 原子操作（Atomic Operations）：适用于简单状态更新（如引用计数）。

避免全局状态污染：

  • 使用 线程局部存储（TLS） 或 上下文结构体 隔离不同线程的数据。

5. 典型应用场景

多线程资源管理：

  • 线程A调用 DxgkDdiCloseAllocation 释放资源，同时线程B调用 DxgkDdiCheckMultiPlaneOverlaySupport3 检查 MPO 支持。

调试信息收集：

  • 系统在 GPU 超时（TDR）时调用 DxgkDdiCollectDbgInfo，同时其他线程可能仍在提交命令。

6. 总结

特性零级（Level 0）一级（Level 1）二级（Level 2）三级（Level 3）
可重入性✅ 允许（跨进程）❌ 类内禁止❌ 单线程❌ 单线程
默认级别✅ 是❌ 否❌ 否❌ 否
IRQL 限制大多数任意 IRQL通常 PASSIVE_LEVEL硬件空闲时硬件空闲时
同步要求驱动自行管理类内互斥WDDM 保证单线程WDDM 保证单线程

 零级同步适用于大多数常规操作，但驱动程序必须自行处理线程安全！

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