■Windows XPでは，「Windows Driver Model」というデバイス・ドライバの仕組みが採用されている。この仕組みは，2006年末に登場する予定の「Windows Vista」で一新される予定だ。
■Windowsにはなぜ，デバイス・ドライバのような仕組みが必要なのだろうか。また，マイクロソフトはなぜVistaでドライバの仕組みを一新するのか。Windowsのデバイス・ドライバの歴史を紐解きながら，その詳しい仕組みを解説する。

（中島 省吾＝メディアプラネット）


　最終回となる今回は，デバイス・ドライバを取り上げる。Windowsのデバイス・ドライバについては，2006年末に登場予定のWindows Vistaで仕様が変更される。

　Windowsのデバイス・ドライバの仕様は，過去にも大きく変更されたことがあった。1996年に発表された「Win32 Driver Model」である。Windowsのドライバを統一しようとするこの仕組みは，紆余曲折の末「Windows Driver Model」へと変更された。基本的な構造は現在のWindows XPでも変わっていない。

　マイクロソフトは，なぜWindows Vistaでデバイス・ドライバの仕様を変更するのだろうか。そもそも，なぜデバイス・ドライバというソフトがWindowsに必要なのだろうか。今回は，Windowsのデバイス・ドライバの歴史を紐解きながら，その詳しい仕組みを解説する。

OSとデバイスを駆動するソフトを切り離す

　パソコンに詳しい人なら，初心者から「デバイス・ドライバって何？」と聞かれたら，「OSとハードウエアの間に入るプログラムのことだ」というような答えを返すだろう。「ハードウエア」のことを「デバイス」と呼び，そのデバイスを「動かす」つまり「ドライブ」するから「デバイス・ドライバ」なのだが，実際の詳しい仕組みとなると難しい。そもそも「ハードウエア」といってもその範囲は広いし，なぜデバイス・ドライバが必要なのかはWindowsがデバイスを制御する仕組みを知らなければ分からない。

　今回取り上げる「デバイス」は，ディスプレイやプリンタ，デイスク装置など，コンピュータに後から追加するハードウエアを指している。これらのデバイスを動かすには，先ほどの「ドライバ」というソフトが必要になる。


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図1●新しいハードウエアの追加を容易にするデバイス・ドライバ

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図2●Windows 95における仮想デバイス・ドライバの仕組み
　こう聞くと「OSとデバイス・ドライバを一体化しておけばいいのではないか」と思うかもしれない。確かにWindowsには，あらかじめ数多くのデバイス・ドライバがインストールされている。しかし，デバイス・ドライバは後から追加できるように，OSと分離しておく方が便利だ。デバイス・ドライバを後から追加できれば，Windowsはすべてのドライバがそろうのを待たずに出荷できる。またハードウエア・メーカーも，OSが発売された後に新しい周辺機器を発売できる（図1）。

「OSとデバイスを駆動するソフトを切り離す」という仕組みは，MS-DOSのときからあった。しかし，マルチタスク処理が必要なWindowsでは，MS-DOSのようなドライバの作り方では動作しない。そこで「仮想デバイス・ドライバ」という仕組みに変更された。仮想デバイス・ドライバはWindows 3.1/9xにおいて，複数のプログラムが1つのデバイスを共有できるように調整する役割を担う。

　この機能は，CPUが備えている仮想86モードのI/Oトラップ機構を利用して実装されている。この仕組みによって，プログラムのデバイスへのアクセスを仮想デバイス・ドライバが横取りできる。例えば，Windows 95には「VMM32.VXD」という仮想デバイス・ドライバが実装されている。これは，各ハードウエアの仮想デバイス・ドライバをロードし統合管理する（図2）。

　図2はWindows 95を例にしているが，Windows 3.1では「WIN386.EXE」が，仮想デバイス・ドライバを統合管理していた。どちらにしても「仮想デバイス・ドライバ」によって，複数のプログラムが同じデバイスを共有できるようになった。ただここで重要なのは「マルチタスクが可能になった」ことではなく，「デバイス・ドライバを管理するデバイス・ドライバ」が登場した点にある。この「複数のドライバを組み合わせる」という手法は，次に登場する「WDM」で，非常に重要な意味を持つことになる。

Windows 9xとWindows NTのドライバを統合するWDM

　Windows 95では仮想デバイス・ドライバを使って，デバイスをマルチタスク環境で利用できるようになった。しかし当時は，MS-DOSとの互換性を重視して16ビット部分を残していたWindows 9xと，完全な32ビットOSのWindows NTという2種類のWindowsがあり，デバイス・ドライバはこれら2つのWindowsの間で互換性がなかった。信頼性や可用性に優れる，完全な32ビットのWindows NTを普及させたいマイクロソフトは，Windows 95によってアプリケーションを32ビットに移行させ，アプリケーションのWindows NT対応化を進めたが，デバイス・ドライバのWindows NT対応はなかなか進まなかった。

　そこで，Windows 9xとWindows NTのデバイス・ドライバの統一規格である「Win32 Driver Model」が発表された。

　ただ実際には，目標としていたWindows NTとWindows 9xのデバイス・ドライバを，マシン語レベルで完全に統一することはできなかった。これは今でもWindows 9x用，Windows 2000/XP用に，それぞれドライバが提供されていることからも分かる。結局マイクロソフトは「WDM」を，いつしか「Windows Driver Model」と改め，ソース・コード・レベルでの互換性へと内容を変更してしまった。

クラス・ドライバとミニ・ドライバを組み合わせる


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図3●WMDの仕組み
　次に「WDM」によって，デバイスを制御する仕組みを説明していこう。まずWDMでは，大きく2つのドライバを利用する。1つは「クラス・ドライバ（またはポート・ドライバと呼ぶ）」，もう1つが「ミニ・ドライバ（またはミニ・ポート・ドライバと呼ぶ）」である。クラス・ドライバとは，デバイスの種類を特定し，汎用的な処理を受け持つドライバだ。そして，実際にデバイスにアクセスするのが「ミニ・ドライバ」である。一般に，クラス・ドライバはマイクロソフトが提供する。周辺機器メーカーは，クラス・ドライバからの命令をデバイスへとマッピングする「ミニ・ドライバ」の部分を提供するだけでよい（図3）。WDMでは，異なるメーカーのハードウエアでも，種類が同じデバイスなら同じクラス・ドライバの管理下に入る。

　さらに，USBのように機器を階層構造で管理するデバイスの場合には，「バス・クラス・ドライバ」や「バス・ミニ・ドライバ」と呼ぶドライバが存在する。バス・ドライバは，PCIやUSBのように，ほかのデバイスを接続するためのドライバである。

　このような階層構造を持つデバイス・ドライバで重要なことは，下位のミニ・ドライバを上位のクラス・ドライバが抽象化している点だ。これはいわゆる「オブジェクト指向」の考え方である。上位ドライバは抽象的，汎用的な要求を処理し，具体的な処理は下位のドライバに任せる。このような構造を採っているため，さらに上位に位置するアプリケーションからは，物理的な構造を全く意識せずに，データの読み書きを命令できるのである。