I/O接口_overlapping

I/O接口_overlappingOverlappedI/O是Windows系统上的AsynchronousI/Oimplementation。啥叫asynchronousI/O?借用LinuxManpage中对AIO的

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Overlapped I/O是Windows系统上的Asynchronous I/O implementation。啥叫asynchronous I/O ?借用Linux Man page中对AIO的介绍:

The POSIX asynchronous I/O (AIO) interface allows applications to initiate one or more I/O operations that are performed asynchronously (i.e., in the background). The application can elect to be notified of completion of the I/O operation in a variety of ways: by delivery of a signal, by instantiation of a thread, or no notification at all.

AIO让应用发起一个操作请求,让这个请求被异步地执行。应用可以选择在操作完成时被通知到或者不被通知。 

typedef struct _OVERLAPPED {
  ULONG_PTR Internal;
  ULONG_PTR InternalHigh;
  union {
    struct {
      DWORD Offset;
      DWORD OffsetHigh;
    };
    PVOID  Pointer;
  };
  HANDLE    hEvent;
} OVERLAPPED, *LPOVERLAPPED;

 

关于这个数据结构的详细介绍可以参考:http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms684342(v=vs.85).aspx。 概括来说,Internal,InternalHigh都是内部使用的,不建议直接使用;Offset + OffsetHigh用于有offset概念的handle;Pointer是保留给系统使用的;hEvent指向一个event,当操作完成后,这个event会被系统设置成signalled状态。

看起来,这个数据结构本身并没有提供很多信息,那如何使用这个数据结构呢?

  

OVERLAPPED使用之一:内核对象(handle)

无论是对一个Socket或者文件或者其他什么对象操作,总有一个handle来指向这个对象。当对这个对象发出操作请求后,过一段时间就可以使用该handle和Overlapped对象进行查询,之前的那个请求是否完成。下面是一个例子:

用overlapped模型读一个磁盘文件内容。

   1.把设备句柄看作同步对象,ReadFile将设备句柄设为无信号。ReadFile 异步I/O字节位置必须在OVERLAPPED结构中指定。

   2.完成I/O,设置信息状态。为有信号。

   3.WaitForSingleObject或WaitForMultipleObject判断或者异步设备调用GetOverLappedResult函数。

 

#include <Windows.h>


#define READ_SIZE 1024

int main()

{

    BOOL rc;

    HANDLE hFile;

    DWORD numread;

    OVERLAPPED overlap;

    
char buf[READ_SIZE];

    
char szPath[MAX_PATH];

    GetWindowsDirectory(szPath, 
sizeof(szPath));

    strcat(szPath, 

\\WINHLP32.EXE
);

    hFile = CreateFile( szPath,

                    GENERIC_READ,

                    FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE,

                    NULL,

                    OPEN_EXISTING,

                    FILE_FLAG_OVERLAPPED,

                    NULL

                );

    
if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)

    {

        printf(

Could not open %s\n
, szPath);

        
return –
1;

    }

    memset(&overlap, 
0
sizeof(overlap));

    overlap.Offset = 
1500;

    rc = ReadFile(

                hFile,

                buf,

                READ_SIZE,

                &numread,

                &overlap

            );

    printf(

Issued read request\n
);

    
if (rc)

    {

        printf(

Request was returned immediately\n
);

    }

    
else

    {

        
if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING)

        {

            printf(

Request queued, waiting…\n
);

            WaitForSingleObject(hFile, INFINITE);

            printf(

Request completed.\n
);

            rc = GetOverlappedResult(

                                    hFile,

                                    &overlap,

                                    &numread,

                                    FALSE

                                );

            printf(

Result was %d\n
, rc);

        }

        
else

        {

            printf(

Error reading file\n
);

        }

    }

    CloseHandle(hFile);

    
return EXIT_SUCCESS;

}

 

OVERLAPPED使用之二: 事件通知

每一个异步操作,都有一个OVERLAPPED的instance与之相关联,因此,当之前提交的异步操作完成后,可以使用OVERLAPPED中的hEvent来获取通知。写完示例程序可以贴出来。

 

Limitation:

1. WaitForMultipleObjects最多可以等待MAXIMUM_WAIT_OBJECTS(64)个对象,当提交的请求比较多(>64)时,就没法同时等。

2. 只能使用一个file handle;

 

OVERLAPPED使用之三: COMPLETION ROUTINE

另外一种方法是注册一个回调函数,在一个Overlapped I/O完成之后,系统调用该回调函数。OS在有信号状态下(设备句柄),才会调用回调函数(可能有很多APCS等待处理了),传给它完成I/O请求的错误码,传输字节数和Overlapped结构的地址。看看OVERLAPPED的定义,这个回调函数是没法跟OVERLAPPED进行关联了,那在哪里关联呢?答案是在每次请求时关联,比如WSARecv, ReadFileEx, WSASend 等函数都有一个参数为LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine,这就是call back函数可以注册的地方。写完示例程序可以贴出来。

可以注意到,在这种方式时,并不需要每个IO request创建一个OVERLAPPED实例,因为没有用到OVERLAPPED里的任何信息。大家共享一个就可以了。

 

Limitation:

1. 只有发出overlapped IO请求的线程才可以提供callback函数,每个callback都会创建一个新线程,那么就是每个request都要创建线程,用完销毁,开销太大。

2. 只能使用一个file handle;

 

OVERLAPPED使用之四: IOCP

IOCP是在OVERLAPPED IO基础上的扩展。功能更加强大。OVERLAPPED IO会创建IO request 队列,当有异步请求时,就把请求放到这个队列里,系统会从队列中取请求并处理;IOCP主要是接近请求完成后通知的问题,IOCP是又创建了一个完成队列,当OVERLAPPED IO中的request 队列中有request被完成时,就放到IOCP的完成队列中,App的GetQueuedCompletionStatus从完成队列中取一个completion packet,进行处理。

所以,IOCP是以OVERLAPPED IO为基础的完成通知机制,对OVERLAPPED数据结构中的信息被不真正关心。但是必须要有一个OVERLAPPED的instance。

 

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