Linux內核開發之異步通知與異步I/O(三)

　　小王，聽說過AIO沒?外國人，就這樣，總是愛簡寫，簡寫的結果是咱們都不認識了。所謂AIO就是Asynchronous Input/Output異步輸入/輸出，基本思想是允許進程發起很多的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，進程就可以檢索I/O操作的結果。

　　“得得，你咋又跟我上起課來了呢，不是說好，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，那你到底聽不聽，別到時面試叫天天不靈叫地地不應的，別再找我哈”我氣憤的說。

　　"唉，你都這樣說了，我也只能豎起耳朵好好聽聽了"看著小王極不情愿的表情，我也覺得很可憐啊。

　　在異步非阻塞IO中，我們是可以同時發起多個傳輸操作。這需要每個操作都有一個唯一的上下文，這樣才能在它們完成時區分到底是哪個傳輸操作完成了。在AIO中，

　　通過aiocb(AIO IO control Block)結構體進行區分，這個結構體如下：

　　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，這個結構體包含了有關傳輸的所有信息，包括數據準備的用戶緩沖區。在產生IO通知時，aiocb結構就被用來唯一標識所完成的IO操作。

　　AIO系列API中主要有下邊幾個函數：

　　1.int aio_read(struct aiocb *aiocbp)

　　該函數請求對一個有效的文件描述符進行異步讀操作。在請求進行排隊之后會立即返回，如果執行成功，返回值就為0，錯誤則返回-1并設置errno的值。

　　2.int aio_write(struct aiocb *aiocbp)

　　該函數請求一個異步寫操作，它會立即返回說明請求已經進行排隊，成功返回0，失敗返回為-1，并設置相應的error值。

　　3.int aio_error(struct aiocb *aiocbp)

　　該函數用來確定請求的狀態，可以返回EINPROGRESS(說明請求尚未完成)，ECANCELLED(請求被應用程序取消了)，-1(說明發生了錯誤，具體錯誤原因由error記錄)。

　　4.ssize_t aio_return(struct aiocb *aiocbp)

　　由于并沒有阻塞在read調用上，所以我們不能立即返回這個函數的返回狀態，這是就要使用這個函數了，需要注意的是只有在aio_error調用確定請求已經完成(可能

　　已經完成，也可能發生了錯誤)之后，才能調用這個函數，這個函數的返回值就相當于同步情況下read或write系統調用的返回值(所傳輸的字節數，如果發生錯誤，則返回-1)。

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

　　用戶可以通過這個函數來來掛起(或阻塞)調用進程，直到異步請求完成為止，此時會產生一個信號，或者發生其他超時操作。調用者提供了一個aiocb引用列表，其中任何一個完成都會導致給函數返回。

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

　　該函數允許用戶取消對某個文件描述符執行的一個或所有的IO請求。

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

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

　　,只要至少有一個沒被取消，這個函數就返回AIO_NOT_CANCELED.如果沒有一個請求可以被取消，該函數就會返回AIO_ALLDONE.

　　然后，可以使用aio_error來驗證每個AIO請求，如果某個請求已經被返回了，那么aio_error就返回-1，并且error會被設置為ECANCELED.

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

　　這個操作使得用戶可以在一個系統調用(一次內核上下文切換中啟動大量的I/O操作)。其中，mode參數可以是LIO_WAIT或LIO_NOWAIT,前者會阻塞這個調用，直到所有的IO都完成為止，在操作進行排隊之后，LIO_NOWAIT就會返回，list是一個aiocb引用的列表，最大元素的個數有nent定義的。如果list的元素為NULL,lio_lis

　　tio()將被忽略。

　　光說理論也不行，是不?現在來點實際點的：

　　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結構體

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

　　//為aiocb請求分配數據緩沖區

　　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()函數使用例程

　　struct aioct *cblist(MAX_LIST)

　　//清零aioct結構鏈表

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

　　//將一個或更多的aiocb放入aioct結構體鏈表

　　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()函數使用例程

　　struct aiocb aiocb1,aiocb2;

　　struct aiocb *list[MAX_LIST];

　　...

　　//準備第一個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

　　...//準備多個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); //發起大量IO操作

　　“濤哥，你說了這么多，好像也咋沒和你說的驅動扯上關系呢”小王抱怨道。

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