第10章 同步设备I/O和异步设备I/O（2）_同步IO和异步IO基础

10.3 执行同步设备I/O

（1）对设备读写操作的函数

　　①ReadFile/WriteFile函数

参数	描述
hFile	文件句柄
pvBuffer	指向要接收文件数据的缓冲区或把缓冲区数据写入设备
nNumbytesToRead	要读取的字节数或写入的字节数
pdwNumBytes	实际读取的字节数或写入的字节数
pOverlapped	指向OVERLAPPED结构体。 ①要进行同步读写时，该参数为NULL，同时打开设备的时候，标志不能指定为FILE_FLAG_OVERLAPPED。 ②要进行异步读写时，须指定该参数，同时打开设备时设置FILE_FLAG_OVERLAPPED标志。此时，函数不再等待，会直接返回FALSE，通过用GetLastError将得到ERROR_IO_PENDING。
返回值	成功——非0。如果dwNumBytes=0，表示文件指针超过文件未尾。 失败——FALSE。如果是异步调用，也返回FALSE，可通过GetLastError获得更详细的信息。

【说明】

　　①要进行同步和异步的设置与最后一个参数pOverlapped的密切相关

　　②ReadFile只能用于哪些用GENERIC_READ打开的设备，同理WriteFile只能用于那些用GENERIC_WRITE标志打开的设备

（2）将数据刷新到设备

　　①在CreateFile函数时可通过传FILE_FLAG_NO_BUFFERING等标志来决定是否对数据进行缓存

　　②如果要强制将缓存数据写入设备可调用FlushFileBuffers函数，但要注意该设备要用GENERIC_WRITE标志打开。

（3）同步I/O的取消——CancelSynchronousIo（Vista以上版本才支持）

　　①与Read/WriteFile不同，CreateFile函数本身不能进行异步调用。如果等待时间太长，可以通过CancelSynchronousIo(hThread)来强制取消同步I/O操作并退出等待。

　　②参数hTread是由于等待同步I/O请求完成而被挂起的线程，这个句柄必须使用THREAD_TERMINATE访问权限创建，否则调用CancelSynchronousIo函数会失败。

　　③当调用CreateThread或_beginthreadex创建线程时，如果安全属性设为NULL，那么默认的权限是THREAD_IMPERSONATE。

　　④当线程因等待同步I/O而被挂起，如果使用CancelSynchronousIo唤醒该线程，并取消同步操作。同时返回TRUE，但GetLastError将返回ERROR_OPERATION_ABORTED。

　　⑤调用CancelSynchronousIo的线程并不知道要唤醒的另一个线程目前的状态，如果这时另一个线程并不是因为要等待设备应被挂起，那么CancelSyncronousIo会返回FALSE，这时GetLastError将得到ERROR_NOT_FOUND。

10.4 异步设备I/0基础

10.4.1 OVERLAPPED结构

（1）异步访问设备的方法

　　①先将CreateFile函数里的dwFlagsAndAttributes中指定为FILE_FLAG_OVERLAPPED标志，以告诉系统我们要以异步的方式来打开设备，以便后继的访问。

　　②调用Read/WriteFile并设置pOverlapped参数，将I/O请求包加入设备驱动程序的队列中。（注意，I/O请求包是被发往驱动程序的队列。而完成端口的队列是用来接收I/O完成包的，也就是说它们是两个不同的队列。特别是当设备关联了完成端口以后很容易混淆！）。

（2）OVERLAPPED结构体

字段	描述
DWORD Internal	[out]出错代码 ①当我们发出异步I/O请求时，会被设为STATUS_PENDING，表示没有错误，操作即将开始（或尚未开始），也叫作请求还处在等待状态。 ②可用HasOverlappedIoComplete(pOverlapped)宏来检查是否还在等待状态。
DWORD InternalHigh	[out]己传输的字节数。当异步I/O请求完成时，用来保存己传输的字节数。
DWORD Offset DWORD OffsetHigh	[in]文件指针，偏移(分别是低32位和高32位)，表示访问文件时从哪里开始进行I/O操作。 ①设置异步时，会忽略文件内核对象的文件指针，因为那是给同步操作使用的 ②非文件设备会忽略OffSet和OffSetHigh，但初始化时仍须指定为0
HANDLE hEvent	[in]事件句柄或自定义C++对象的地址，用来接收I/O完成时的通知。（见后面的分析）

10.4.2 异步设备I/O的注意事项

（1）设备驱动程序不必以先入先出的方式来处理队列中的I/O请求。这是因为在执行I/O请求时，为了提高性能（如降低磁头的移动和寻道时间，文件系统的驱动程序可能会在I/O请求队列中寻找那些要访问的位置在物理硬盘中相邻的请求）。

ReadFile(hFile,bBuffer,100,NULL,&o1); //读请求先入列，并不一定先被处理。

WriteFile(hFile,bBuffer,100,NULL,&o2);//写请求后入列，也可能被先处理。

（2）错误的检查

　　①异步I/O以同步方式执行

　　　　A、由于存在高速缓存，当试图将一个异步I/O请求入列时，设备驱动程序可能会直接从缓存中获取数据，而无需将I/O请求入列，这叫同步方式来执行该操作。

　　　　B、同步方式执行时，Read/WriteFile这时己经从缓存中获得数据，会返回成功（非零）

　　②异步I/O以异步方式执行：错误时会返回FALSE，GetLastError得到的常见错误如下

错误码	描述
ERROR_IO_PENDING	I/O请求己经被成功加入到了队列，会在晚些时候完成（其实并没错误产生）
ERROR_INVALID_USER_BUFFER ERROR_NOT_ENOUGH_MEMORY	I/O队列列表己满。新I/O请求无法加入队列。
ERROR_NOT_ENOUGH_QUOTA （Quota限额的意思）	某些设备要求将我们的数据缓存所在的存储器页面锁定，这样当I/O在等待处理的时候，数据不会被换出内存。系统对一个进程能够锁定的存储器页面数量是有做了限制，如果在该进程线程中调用的Read/WriteFile要锁定的那缓存超过限制，就会返回FALSE。这里可以调用SetProcessWorkingSetSize给进程增加配额。

（3）异步I/O请求完成之前，一定不能移动或销毁发出I/O请求时所使用的Buffer和OVERLAPPED结构体。如下以的代码是错误的。

void ReadData(HANDLE hFile){

　　OVERLAPPED ol={};

　　BYTE b[];

　　ReadFile(hFile,b,,NULL,&ol); //异步调用。结构体ol和缓存b是局部变量，被销毁。但I/O请求完成后，驱动程序并没意识到ReadData己经返回，会修改ol和b指向的栈内存，从而破坏那里的数据。
}

10.4.3 取消队列中的设备I/O请求——在I/O请求加入队列后，处理前将其取消

（1）CancelIo(hFile)取消由调用该函数的线程发往hFile这个设备的所有I/O请求。（除非设备己经关联到I/O完成端口，因为这时I/O请求被发往的是完成端口的队列）。

（2）关闭设备句柄（如CloseHandle(hFile)来取消己经添加到队列中的所有I/O请求。而不管这个I/O是哪个线程添加的。

（3）当线程终止时，会自动取消该线程发出的所有I/O请求。但如果请求被发往的是I/O完成端口，那么它们不在被取消之列。

（4）CancelIoEx(hFile,pOverlapped)可用来取消发往hFile设备的待处理I/O请求（不管是哪个线程发往这个设备的），该函数每次只取消一条由pOverlapped指定的待处理请求，如果pOverlapped为NULL，则取消所有待处理的I/O请求。

★被取消的I/O请求会导致Read/WriteFile失败，通过GetLastError时会返回错误码ERROR_OPERATION_ABORTED