Linux内核开发之异步通知与异步I/O(三)

   小王，听说过AIO没？外国人，就这样，总是爱简写，简写的结果是咱们都不认识了。所谓AIO就是Asynchronous Input/Output异步输入/输出，基本思想是允许进程发起很多的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操作完成的通知时，进程就可以检索I/O操作的结果。

“得得，你咋又跟我上起课来了呢，不是说好，今天CS吗？是不是跟我讲课特自信啊“小王抱怨到。

“啊？不是吧，为啥这样呢，那你到底听不听，别到时面试叫天天不灵叫地地不应的，别再找我哈”我气愤的说。

"唉，你都这样说了，我也只能竖起耳朵好好听听了"看着小王极不情愿的表情，我也觉得很可怜啊。

  在异步非阻塞IO中，我们是可以同时发起多个传输操作。这需要每个操作都有一个唯一的上下文，这样才能在它们完成时区分到底是哪个传输操作完成了。在AIO中，

通过aiocb(AIO IO control Block)结构体进行区分，这个结构体如下：

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 */
};

从上边我们可以看到，这个结构体包含了有关传输的所有信息，包括数据准备的用户缓冲区。在产生IO通知时，aiocb结构就被用来唯一标识所完成的IO操作。

AIO系列API中主要有下边几个函数：

1.int aio_read(struct aiocb *aiocbp)

   该函数请求对一个有效的文件描述符进行异步读操作。在请求进行排队之后会立即返回，如果执行成功，返回值就为0，错误则返回-1并设置errno的值。

2.int aio_write(struct aiocb *aiocbp)
   该函数请求一个异步写操作，它会立即返回说明请求已经进行排队，成功返回0，失败返回为-1，并设置相应的error值。

3.int aio_error(struct aiocb *aiocbp)

   该函数用来确定请求的状态，可以返回EINPROGRESS(说明请求尚未完成)，ECANCELLED(请求被应用程序取消了)，-1(说明发生了错误，具体错误原因由error记录)。

4.ssize_t aio_return(struct aiocb *aiocbp)

   由于并没有阻塞在read调用上，所以我们不能立即返回这个函数的返回状态，这是就要使用这个函数了，需要注意的是只有在aio_error调用确定请求已经完成(可能

已经完成，也可能发生了错误)之后，才能调用这个函数，这个函数的返回值就相当于同步情况下read或write系统调用的返回值(所传输的字节数，如果发生错误，则返回-1)。

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

   用户可以通过这个函数来来挂起(或阻塞)调用进程，直到异步请求完成为止，此时会产生一个信号，或者发生其他超时操作。调用者提供了一个aiocb引用列表，其中任何一个完成都会导致给函数返回。

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

   该函数允许用户取消对某个文件描述符执行的一个或所有的IO请求。

   如果要取消一个请求，用户需提供文件描述符和aiocb引用，如果这个请求被成功取消了，则返回AIO_CANCELED,如果该请求完成了，返回AIO_NOTCANCELED.

   如果要取消对某个给定文件描述符的所有请求，用户需要提供这个文件的描述符以及一个aiocbp的NULL引用，如果所有请求被成功取消了，则返回AIO_CANCELED

,只要至少有一个没被取消，这个函数就返回AIO_NOT_CANCELED.如果没有一个请求可以被取消，该函数就会返回AIO_ALLDONE.

   然后，可以使用aio_error来验证每个AIO请求，如果某个请求已经被返回了，那么aio_error就返回-1，并且error会被设置为ECANCELED.

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

  这个操作使得用户可以在一个系统调用(一次内核上下文切换中启动大量的I/O操作)。其中，mode参数可以是LIO_WAIT或LIO_NOWAIT,前者会阻塞这个调用，直到所有的IO都完成为止，在操作进行排队之后，LIO_NOWAIT就会返回，list是一个aiocb引用的列表，最大元素的个数有nent定义的。如果list的元素为NULL,lio_lis

tio()将被忽略。

光说理论也不行，是不？现在来点实际点的：

a)用户空间读例程:

#include <aio.h>
..
int fd, set;
struct aiocb my_aiocb;

fd = open("file.txt", O_RDONLY);
if( fd <0 )
{
    perror("open");
}
//清零aiocb结构体
bzero((char *) &my_aiocb, sizeof(struct aiocb));
//为aiocb请求分配数据缓冲区
my_aiocb.aio_buf = malloc(BUFSIZE + 1);
if(!my_aiocb.aio_buf)
    perror("malloc");
//初始化aiocb的成员
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)))
{
    // 获得异步读的返回值
}
else
{
  读失败，分析errror
}

b)用户空间异步IO aio_suspend()函数使用例程

struct aioct *cblist(MAX_LIST)
//清零aioct结构链表
bzero((char *)cblist, sizeof(cblist));
//将一个或更多的aiocb放入aioct结构体链表
cblist[0] = &my_aiocb;
ret = aio_read( &my_aiocb);
ret = aio_suspend( cblist, MAX_LIST, NULL);

c)用户空间异步IO lio_list()函数使用例程

struct aiocb aiocb1,aiocb2;
struct  aiocb *list[MAX_LIST];
...
//准备第一个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;//异步读操作
...//准备多个aiocb
bzero((char *)list, sizeof(list));
//将aiocb填入链表
list[0] = &aiocb1;
list[1]   = &aiocb2;
...
ret = lio_listio(LIO_WAIT, list, MAX_LIST, NULL); //发起大量IO操作

“涛哥，你说了这么多，好像也咋没和你说的驱动扯上关系呢”小王抱怨道。

“小王，不要急吗，我不是正打算说吗，瞧你着急性子，这样吧，你把今天的好好看看，我们下集再说”…