【转载】Overlapped I/O模型分析

OVERLAPPED,顾名思义为重叠,乍一看会很奇怪,重叠?谁跟谁重叠?似乎在WIN32的Programming中没有这个概念呀?要讨论这个问题就要追溯到对设备I/O的访问中
  在WIN32中,用户不能象以前那样直接对硬件进行访问,使得这一层对开发者而言是个"黑盒",而是提供了一组对应的API的接口.让开发者基于提供的接口进行开发,而把低层的访问交给了Driver或者内核.
  在WIN32中,设备的概念已经远远超过了Moniter,Printer等的范围,大概可以包括文件,目录,串口,并口,管道以及控制台等.很自然的,当我们要访问这个设备的时候,我们的第一步就是打开这个设备,其中WIN32 API提供的是CreateFile,具体的使用可以参考MSDN,其中包括的一些参数表明了是否这个设备已经存在(dwCreationDisposition),是否以独占的方式(dwShareMode)打开等等.
  这里大家可能已经产生了这个想法:呀,既然是跟设备打交道,那么设备的速度这么慢,而CPU的速度这么快,这两者应该怎么协调好呢?举个例子说,我要访问软盘上的资料,哪怕它是一秒后就读出来了,那其实对CPU也是一种很大的浪费呀.是的,的确会有这个问题,既然有问题,我们就要解决,而MicroSoft的解决方式就是这里我们的讨论题目:OverLapped
   这个字符到底是什么含义呢?其实它的意思就是当程序在等待设备操作的时候,可以继续往下做而不必阻塞到那个地方等待设备操作的返回,这就造成了程序运行和设备操作时间上的重叠.是的,是这样的,神奇吧,那么程序该怎么知道设备操作什么时候做完了返回了呢...
   讲到这个地方,我们又要引入多线程的概念了.其实相信大家对多线程都有了一定的了解,其实多线程主要就是一个同步的问题,如何协调好这些"跑起来就不羁"的线程,WIN32提供给我们的是WaitForSingleObject和WaitForMultiObject这两个函数,而WIN32中提供了一组专门用来同步的对象包括Critical Section,Mutex,Semaphore,Event等,这其中的绝大多数都属于内核对象(Kernal Object),其中这些对象与一般对象的最大区别就是他们是属于系统内核维护的一块数据结构.程序不能直接访问他们.这些对象都具备两种形态,这里我们不妨称之为:有信号的和无信号的.这样当我们使用Wait函数的时候,就可以根据信号的有无来使得程序是否阻塞在wait的地方,简单的说,就是当我们调用一个函数:WaiForSingObject(Event a);
的时候,如果a事件有信号,那么程序就往下跑,如果是无信号的,那么程序就阻塞在当前位置,等待其变为有信号的.举个形象的粒子,比如线程是个在高速公路上跑的汽车,Wait函数的作用就是让这辆汽车开到一个十字路口,等待路口的信号灯是否为绿色的,如果是那么汽车接着往下跑,否则对不起,请等在那边等信号灯变为绿色..
  在这里,我使用下来最方便的就是Event这个对象了,因为我们可以很方便的对它进行操作,比如SetEvent使的它变为有信号的,而ResetEvent使得它变为无信号的,当然其他的一些比如Mutex在使得程序不能重复加载等地方也很方便..  这样当我们想要异步的(OVERLAPPED)访问设备的时候,只要首先在CreataFile的时候用上(OVERLAPPED)标志,然后在读写操作(对应的是WriteFile和ReadFile)的时候同样使用这个标志即可...
  看看下面这段:
        
////1处        ////以重叠方式接收指定字符，看函数是否读取成功
        fReadStat=ReadFile(hCom,lpBlock,dwLength,&dwLength,&osRead);
        if(!fReadStat)
        {
            file://属重叠方式操作在后台进行的情况...
            if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
            {
////2处                
                file://等待1s,若接收事件处于信号态，说明重叠方式操作完成，超时...
////3处                if(WaitForSingleObject(osRead.hEvent,1000)==WAIT_TIMEOUT)
                    dwLength=0;
            }
            else dwLength=0;//异常情况
        }

 这样当程序在用异步的方式读取资料的时候,不管设备有没有操作完,程序会立即往下跑而不用等待其返回(如果是同步的那线程就会阻塞在这个地方).这样我们在2处的地方就可以自己做自己的事情而不用去管设备(这样也就实现了时间上的重叠),直到我们需要等待3处资料进来后再做进一步的处理的时候,我们才会用上那句WaitFor等待设备..
    这样的操作无疑提高了效率,使得程序和设备的配合协调了不少,当然OVERLAPPED里面是自己新开了线程来处理,这是毫无疑问的...