Linux內(nèi)核開(kāi)發(fā)之異步通知與異步I/O(三)

　　小王，聽(tīng)說(shuō)過(guò)AIO沒(méi)?外國(guó)人，就這樣，總是愛(ài)簡(jiǎn)寫，簡(jiǎn)寫的結(jié)果是咱們都不認(rèn)識(shí)了。所謂AIO就是Asynchronous Input/Output異步輸入/輸出，基本思想是允許進(jìn)程發(fā)起很多的I/O操作，而不用阻塞或等待任何操作的完成，稍后或在接收到I/O操作完成的通知時(shí)，進(jìn)程就可以檢索I/O操作的結(jié)果。

　　“得得，你咋又跟我上起課來(lái)了呢，不是說(shuō)好，今天CS嗎?是不是跟我講課特自信啊“小王抱怨到。

　　“啊?不是吧，為啥這樣呢，那你到底聽(tīng)不聽(tīng)，別到時(shí)面試叫天天不靈叫地地不應(yīng)的，別再找我哈”我氣憤的說(shuō)。

　　"唉，你都這樣說(shuō)了，我也只能豎起耳朵好好聽(tīng)聽(tīng)了"看著小王極不情愿的表情，我也覺(jué)得很可憐啊。

　　在異步非阻塞IO中，我們是可以同時(shí)發(fā)起多個(gè)傳輸操作。這需要每個(gè)操作都有一個(gè)唯一的上下文，這樣才能在它們完成時(shí)區(qū)分到底是哪個(gè)傳輸操作完成了。在AIO中，

　　通過(guò)aiocb(AIO IO control Block)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行區(qū)分，這個(gè)結(jié)構(gòu)體如下：

　　struct aiocb {

　　int aio_fildes; /* File descriptor */

　　off_t aio_offset; /* File offset */

　　volatile void * aio_buf; /* Location of buffer */

　　size_t aio_nbytes; /* Length of transfer */

　　int aio_reqprio; /* Request priority offset */

　　struct sigevent aio_sigevent; /* Signal number and value */

　　int aio_lio_opcode; /* Operation to be performed */

　　};

　　從上邊我們可以看到，這個(gè)結(jié)構(gòu)體包含了有關(guān)傳輸?shù)乃行畔?，包括?shù)據(jù)準(zhǔn)備的用戶緩沖區(qū)。在產(chǎn)生IO通知時(shí)，aiocb結(jié)構(gòu)就被用來(lái)唯一標(biāo)識(shí)所完成的IO操作。

　　AIO系列API中主要有下邊幾個(gè)函數(shù)：

　　1.int aio_read(struct aiocb *aiocbp)

　　該函數(shù)請(qǐng)求對(duì)一個(gè)有效的文件描述符進(jìn)行異步讀操作。在請(qǐng)求進(jìn)行排隊(duì)之后會(huì)立即返回，如果執(zhí)行成功，返回值就為0，錯(cuò)誤則返回-1并設(shè)置errno的值。

　　2.int aio_write(struct aiocb *aiocbp)

　　該函數(shù)請(qǐng)求一個(gè)異步寫操作，它會(huì)立即返回說(shuō)明請(qǐng)求已經(jīng)進(jìn)行排隊(duì)，成功返回0，失敗返回為-1，并設(shè)置相應(yīng)的error值。

　　3.int aio_error(struct aiocb *aiocbp)

　　該函數(shù)用來(lái)確定請(qǐng)求的狀態(tài)，可以返回EINPROGRESS(說(shuō)明請(qǐng)求尚未完成)，ECANCELLED(請(qǐng)求被應(yīng)用程序取消了)，-1(說(shuō)明發(fā)生了錯(cuò)誤，具體錯(cuò)誤原因由error記錄)。

　　4.ssize_t aio_return(struct aiocb *aiocbp)

　　由于并沒(méi)有阻塞在read調(diào)用上，所以我們不能立即返回這個(gè)函數(shù)的返回狀態(tài)，這是就要使用這個(gè)函數(shù)了，需要注意的是只有在aio_error調(diào)用確定請(qǐng)求已經(jīng)完成(可能

　　已經(jīng)完成，也可能發(fā)生了錯(cuò)誤)之后，才能調(diào)用這個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)的返回值就相當(dāng)于同步情況下read或write系統(tǒng)調(diào)用的返回值(所傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如果發(fā)生錯(cuò)誤，則返回-1)。

　　5.int aio_suspend(const struct aiocb *const cblist[], int n ,const struct timespec *timeout)

　　用戶可以通過(guò)這個(gè)函數(shù)來(lái)來(lái)掛起(或阻塞)調(diào)用進(jìn)程，直到異步請(qǐng)求完成為止，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，或者發(fā)生其他超時(shí)操作。調(diào)用者提供了一個(gè)aiocb引用列表，其中任何一個(gè)完成都會(huì)導(dǎo)致給函數(shù)返回。

　　6.int aio_cancel(int fd ,struct aiocb *aiocbp)

　　該函數(shù)允許用戶取消對(duì)某個(gè)文件描述符執(zhí)行的一個(gè)或所有的IO請(qǐng)求。

　　如果要取消一個(gè)請(qǐng)求，用戶需提供文件描述符和aiocb引用，如果這個(gè)請(qǐng)求被成功取消了，則返回AIO_CANCELED,如果該請(qǐng)求完成了，返回AIO_NOTCANCELED.

　　如果要取消對(duì)某個(gè)給定文件描述符的所有請(qǐng)求，用戶需要提供這個(gè)文件的描述符以及一個(gè)aiocbp的NULL引用，如果所有請(qǐng)求被成功取消了，則返回AIO_CANCELED

　　,只要至少有一個(gè)沒(méi)被取消，這個(gè)函數(shù)就返回AIO_NOT_CANCELED.如果沒(méi)有一個(gè)請(qǐng)求可以被取消，該函數(shù)就會(huì)返回AIO_ALLDONE.

　　然后，可以使用aio_error來(lái)驗(yàn)證每個(gè)AIO請(qǐng)求，如果某個(gè)請(qǐng)求已經(jīng)被返回了，那么aio_error就返回-1，并且error會(huì)被設(shè)置為ECANCELED.

　　7.int lio_listio(int mode ,struct aiocb *list[], int nent ,struct sigevent *sig)

　　這個(gè)操作使得用戶可以在一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用(一次內(nèi)核上下文切換中啟動(dòng)大量的I/O操作)。其中，mode參數(shù)可以是LIO_WAIT或LIO_NOWAIT,前者會(huì)阻塞這個(gè)調(diào)用，直到所有的IO都完成為止，在操作進(jìn)行排隊(duì)之后，LIO_NOWAIT就會(huì)返回，list是一個(gè)aiocb引用的列表，最大元素的個(gè)數(shù)有nent定義的。如果list的元素為NULL,lio_lis

　　tio()將被忽略。

　　光說(shuō)理論也不行，是不?現(xiàn)在來(lái)點(diǎn)實(shí)際點(diǎn)的：

　　a)用戶空間讀例程:

　　#include 

　　..

　　int fd, set;

　　struct aiocb my_aiocb;

　　fd = open("file.txt", O_RDONLY);

　　if( fd <0 )

　　{

　　perror("open");

　　}

　　//清零aiocb結(jié)構(gòu)體

　　bzero((char *) &my_aiocb, sizeof(struct aiocb));

　　//為aiocb請(qǐng)求分配數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

　　my_aiocb.aio_buf = malloc(BUFSIZE + 1);

　　if(!my_aiocb.aio_buf)

　　perror("malloc");

　　//初始化aiocb的成員

　　my_aiocb.aio_fildes = fd;

　　my_aiocb.aio_nbytes = BUFSIZE;

　　my_aiocb.aio_offset = 0;

　　ret = aio_read(&my_aiocb);

　　if(ret < 0)

　　perror("aio_read");

　　while(aio_error(&my_aiocb) == EINPROGRESS)

　　;

　　if((ret = aio_return(&my_iocb)))

　　{

　　// 獲得異步讀的返回值

　　}

　　else

　　{

　　讀失敗，分析errror

　　}

　　b)用戶空間異步IO aio_suspend()函數(shù)使用例程

　　struct aioct *cblist(MAX_LIST)

　　//清零aioct結(jié)構(gòu)鏈表

　　bzero((char *)cblist, sizeof(cblist));

　　//將一個(gè)或更多的aiocb放入aioct結(jié)構(gòu)體鏈表

　　cblist[0] = &my_aiocb;

　　ret = aio_read( &my_aiocb);

　　ret = aio_suspend( cblist, MAX_LIST, NULL);

　　c)用戶空間異步IO lio_list()函數(shù)使用例程

　　struct aiocb aiocb1,aiocb2;

　　struct aiocb *list[MAX_LIST];

　　...

　　//準(zhǔn)備第一個(gè)aiocb

　　aiocb1.aio_fildes = fd;

　　aiocb1.aio_buf = malloc(BUFSIZE +1);

　　aiocb1.aio_nbytes = BUFSIZE;

　　aiocb1.aio_offset = next_offset;

　　aiocb1.aio_lio_opcode = LIO_READ;//異步讀操作

　　...//準(zhǔn)備多個(gè)aiocb

　　bzero((char *)list, sizeof(list));

　　//將aiocb填入鏈表

　　list[0] = &aiocb1;

　　list[1] = &aiocb2;

　　...

　　ret = lio_listio(LIO_WAIT, list, MAX_LIST, NULL); //發(fā)起大量IO操作

　　“濤哥，你說(shuō)了這么多，好像也咋沒(méi)和你說(shuō)的驅(qū)動(dòng)扯上關(guān)系呢”小王抱怨道。

　　“小王，不要急嗎，我不是正打算說(shuō)嗎，瞧你著急性子，這樣吧，你把今天的好好看看，我們下集再說(shuō)”…