윈도우 드라이버 모델

3. WDM 드라이버의 종류

WDM은 세 가지 유형의 장치 드라이버를 정의하지만, 특정 장치에 대한 모든 드라이버 스택이 모든 유형의 장치 드라이버를 포함하는 것은 아니다. WDM 장치 드라이버의 세 가지 유형은 다음과 같다.^[1]

• '''버스 드라이버''': 버스에 연결된 모든 장치를 식별하고 플러그 앤 플레이 이벤트를 처리한다. 마이크로소프트는 PCI, PnPISA, SCSI, USB, FireWire와 같은 버스 드라이버를 제공한다.^[1]
• '''기능 드라이버''': 장치의 주요 드라이버로, 읽기 및 쓰기 작업을 처리하여 장치에 대한 운영 인터페이스를 제공한다.^[1]
• '''필터 드라이버''': 입출력 요청과 같은 장치의 동작을 수정하는 선택적 드라이버이다. 하위 레벨 및 상위 레벨 필터 드라이버로 구현될 수 있다.^[1]

3. 1. 기능 드라이버

3. 1. 1. 클래스 드라이버

3. 1. 2. 미니포트 드라이버

3. 2. 버스 드라이버

3. 3. 필터 드라이버

3. 3. 1. 장치 서비스

4. 객체 지향 드라이버 스택

기능 드라이버와 버스 드라이버는 종종 드라이버/미니드라이버 쌍으로 구현되는데, 실제로는 클래스 또는 미니클래스, 또는 포트 또는 미니포트 쌍이다.^[2]

버스에 연결된 장치의 버스 드라이버는 클래스 드라이버로 구현되며 하드웨어에 독립적이다. 특정 유형의 장치 작업을 지원한다. 윈도우 운영 체제에는 키보드용 kbdclass.sys 드라이버와 같은 여러 클래스 드라이버가 포함되어 있다. 반면에 미니클래스 드라이버는 장치 공급업체에서 제공하며, 특정 클래스의 특정 장치에 대한 장치별 작업만 지원한다.^[2]

포트 드라이버는 주변 하드웨어 인터페이스에 대한 일반적인 입출력(I/O) 작업을 지원한다. 포트 드라이버의 핵심 기능은 운영 체제에서 의무화하며, 윈도우 운영 체제는 다양한 포트 드라이버를 통합한다. 예를 들어, 8042 마이크로컨트롤러용 i8042prt.sys 포트 드라이버는 PS/2 키보드를 메인보드 주변 버스에 연결한다. 미니포트 드라이버는 미니클래스 드라이버와 마찬가지로 하드웨어 공급업체에서 제공하며 메인보드의 포트에 연결된 주변 하드웨어의 장치별 작업만 지원한다.^[3][4]

장치에 대한 I/O 요청을 처리하는 각 드라이버는 해당 객체를 가지며, 이 객체는 메인 메모리에 로드된다. 장치 객체는 연결된 장치 클래스에서 윈도우 운영 체제에 의해 생성된다. 장치 객체는 해당 드라이버에 대한 포인터를 저장하는 DEVICE_OBJECT 유형의 구조를 포함한다. 런타임에 이러한 포인터는 드라이버의 디스패치 루틴과 멤버 함수를 찾는 데 사용된다. WDM 드라이버 스택에서 상위 필터라고 하는 필터 드라이버 장치 객체는 I/O 관리자로부터 장치에 대한 I/O 요청 패킷 (IRP)을 받는다. 상위 필터 드라이버가 요청을 처리할 수 없는 경우, 드라이버 스택에서 한 단계 아래의 드라이버 객체를 찾는다. IRP는 IoCallDriver() 함수를 호출하여 드라이버 스택으로 전달되고 기능 드라이버 장치 객체(기능 장치 객체라고도 함)에 의해 처리된다. 기능 드라이버 장치 객체는 차례로 IRP를 하위 필터, 즉 다른 필터 장치 객체로 전달할 수 있다. 그런 다음 IRP는 물리적 장치 객체로 작동하는 버스 드라이버로 전달될 수 있다. 버스 드라이버 객체는 드라이버 스택의 맨 아래에 있으며, 하드웨어 추상화 계층과 상호 작용한다. 하드웨어 추상화 계층은 윈도우 운영 체제 커널의 일부이며, 윈도우 운영 체제가 다양한 프로세서, 서로 다른 메모리 관리 장치 아키텍처, 그리고 다양한 I/O 버스 아키텍처를 가진 다양한 컴퓨터 시스템에서 실행될 수 있도록 한다.^[5] IRP의 실행은 스택의 드라이버 객체 중 하나가 결과와 상태 플래그와 함께 I/O 관리자에게 요청을 다시 반환할 때 완료된다.^[6]

5. 윈도우 운영 체제별 장치 드라이버

WDM 프레임워크는 운영 체제와 커널 내부의 드라이버 간 통신을 단순화하기 위해 마이크로소프트에서 개발되었다. 장치 드라이버는 특정 윈도우 운영 체제 버전을 위해 설계되었으며, 이전 버전의 윈도우용 드라이버는 다른 버전에서 제대로 작동하지 않거나 전혀 작동하지 않을 수 있다. 32비트 윈도우 운영 체제에는 32비트 드라이버가 필요하고, 64비트 윈도우 운영 체제에는 64비트 드라이버가 필요하다.^[8]

WDM을 따르게 되면 x86 기반의 컴퓨터에서 윈도우 98, 윈도우 98 SE, 윈도우 미, 윈도우 2000, 윈도우 XP, 윈도우 서버 2003, 윈도우 비스타에 걸쳐 이진 코드 호환성과 소스 호환성을 보장한다. WDM은 상위 호환성을 전제로 만들어졌으므로 WDM 드라이버는 드라이버가 처음 만들어진 시기보다 더 새로운 윈도우 버전에서도 동작할 수 있지만, 새로운 버전의 운영 체제에 도입된 새로운 기능은 사용할 수 없다. WDM은 일반적으로 하위 호환성은 제공되지 않으므로, WDM 드라이버가 더 오래된 버전의 윈도우에서 동작하는 것을 보장하지 않는다. 예를 들어 윈도우 XP는 윈도우 2000용으로 작성된 드라이버를 사용할 수 있으나 윈도우 XP에 도입된 새로운 WDM 기능은 이용할 수 없다. 그러나 윈도우 XP용으로 쓰여진 드라이버는 윈도우 2000에서 사용할 수 있을 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.^[8]

윈도우 98 계열 운영체제(98, 98SE, Me)는 WDM과 VxD 두 가지 표준을 모두 지원한다. 이들은 동일한 하드웨어에 대해 서로 다른 기능을 제공하지만, 윈도우 Me 출시 이후 세대의 하드웨어에서는 WDM 쪽이 기능이 더 풍부한 경우가 있었다.

6. 비판

WDM은 이전의 VxD 및 윈도우 NT 드라이버 모델에 비해 상당한 개선을 이루었지만, 드라이버 개발자들로부터 다음과 같은 비판을 받았다.^[9]

• WDM은 배우기 매우 어렵다.
• 전원 관리 이벤트와 플러그 앤 플레이의 상호 작용이 쉽지 않다.
• 입출력 취소가 거의 불가능하다.
• 드라이버마다 수천 줄의 지원 코드가 필요하다.
• 순수 사용자 모드 드라이버 작성을 지원하지 않는다.

7. 드라이버 서명

윈도우 드라이버는 보안상의 이유로 정식 작성자를 확인할 수 있는 디지털 서명을 하여 출시하는 것이 권장된다. 디지털 서명 수단으로는 WHQL|WHQL^영어 (Windows Hardware Quality Labs) 서명 또는 Authenticode|Authenticode^영어 서명(자체 서명)이 존재한다. 윈도우 비스타 이후 32비트 버전 OS에서는 서명이 없는 드라이버를 설치할 때 경고가 표시되지만, 설치 및 작동은 가능하다. 반면, 64비트 버전 OS에서는 서명이 없는 커널 모드 드라이버를 작동시킬 수 없다.^[15] 서명이 없는 드라이버를 설치 및 작동할 수 있는 테스트 모드도 준비되어 있지만, 이는 개발자용 내부 테스트 목적으로, 최종 사용자 환경에서는 권장되지 않는다.^[16]

윈도우 8에서는 64비트 버전에서 커널 모드뿐만 아니라 사용자 모드 드라이버도 서명이 필수적이 되었다.^[17]

윈도우 10에서는 2016년 1월 1일 SHA-1 인증서 폐지 정책에 따라, 커널 모드 드라이버는 32비트/64비트와 관계없이 마이크로소프트(Microsoft)에 의한 서명이 필수적이다. 사용자 모드 드라이버에 관해서는, 윈도우 8.1과 마찬가지로 Authenticode 서명을 이용할 수 있다.^[18]

8. 장치 관리자

장치 관리자는 마이크로소프트 윈도우 운영 체제에서 사용되는 제어판 애플릿이다. 사용자가 컴퓨터에 연결된 하드웨어를 보고 제어할 수 있게 해준다. 하드웨어 장치 속성을 보고 수정할 수 있으며, 장치 드라이버를 관리하는 주요 도구이기도 하다.^[8]

참조

_[1] 서적 Dependable Computing: 14th European Workshop, EWDC 2013, Coimbra, Portugal, May 15-16, 2013, Proceedings Springer
_[2] 서적 The Rootkit Arsenal: Escape and Evasion Jones & Bartlett Publishers
_[3] 서적 The Rootkit Arsenal: Escape and Evasion Jones & Bartlett Publishers
_[4] 웹사이트 Introduction to the Windows Driver Foundation http://www.microsoft[...] Microsoft Developer Network 2006-10-13
_[5] 서적 The Rootkit Arsenal: Escape and Evasion Jones & Bartlett Publishers
_[6] 서적 Service Availability: Third International Service Availability Symposium, ISAS 2006, Helsinki, Finland, May 15-16, 2006, Revised Selected Papers Springer Science & Business Media
_[7] 서적 Service Availability: Third International Service Availability Symposium, ISAS 2006, Helsinki, Finland, May 15-16, 2006, Revised Selected Papers Springer Science & Business Media
_[8] 서적 Microsoft Specialist Guide to Microsoft Windows 10 (Exam 70-697, Configuring Windows Devices) Cengage Learning
_[9] 간행물 Introducing Windows Driver Framework http://www.wd-3.com/[...] 2003-05-06
_[10] 웹사이트 I/O Completion/Cancellation Guidelines https://msdn.microso[...] Microsoft 2003-05-05
_[11] 웹사이트 I/O 要求パケット (Windows Drivers) https://msdn.microso[...]
_[12] 문서 "Kernel-mode drivers that follow WDM rules are called ''WDM drivers''." https://docs.microso[...] Windows Hardware Developer
_[13] 웹사이트 ASCII.jp：Windowsを動かすデバイスドライバの仕組み 前編 (1/4)｜基礎から覚える 最新OSのアーキテクチャー https://ascii.jp/ele[...]
_[14] 웹사이트 Introducing Driver Frameworks for Windows May 6 http://www.wd-3.com/[...]
_[15] 웹사이트 64bit Windows時代到来：第4回　64bit版デバイス・ドライバ (1/3) - ＠IT https://atmarkit.itm[...]
_[16] 웹사이트 ドライバーのデジタル署名の基礎 - Japan WDK Support Blog - Site Home - MSDN Blogs http://blogs.msdn.co[...]
_[17] 웹사이트 ドライバーのデジタル署名の留意点 - Japan WDK Support Blog - Site Home - MSDN Blogs http://blogs.msdn.co[...]
_[18] 웹사이트 Windows 10 と SHA-1 廃止ポリシーによるドライバー署名への影響について - Japan WDK Support Blog - Site Home - MSDN Blogs http://blogs.msdn.co[...]