Drecik學習經驗分享
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1. 異步設備I/O基礎
異步設備I/O是指，當一個線程向設備發送一個異步I/O請求時，這個I/O被傳送給設備驅動程序，後者負責完成實際的I/O慚怍。當驅動程序在等待設備響應的時候，應用程序的線程並沒有因爲要等待I/O請求完成而被掛起，線程會繼續運行並執行其他有用的任務。
通俗點來說，如果是異步調用處理設備I/O的函數，該函數會立即返回，不用等待。
使用異步I/O的操作方式：
- 在CreateFile創建設備對象的時候在dwFlagsAndAttributes中指定FILE_FLAG_OVERLAPPED標誌
- 在ReadFile和WriteFile中指定最後一個LPOVERLAPPED 參數
1. 介紹OVERLAPPED結構
其中第一個參數Internal保存已處理的I/O請求的錯誤碼，一旦發送異步I/O請求，設備驅動程序會立即將該參數設備STATUS_PENDING，表示沒有錯誤，應用程序可以使用HasOverlappedIoCompleted宏來檢查一個異步I/O操作是否已經完成。typedef struct _OVERLAPPED { ULONG_PTR Internal; // 返回出錯誤碼; ULONG_PTR InternalHigh; // 返回傳輸的字節; union { struct { DWORD Offset; // 指定文件訪問中應該從哪裏開始訪問文件數據; DWORD OffsetHigh; } DUMMYSTRUCTNAME; PVOID Pointer; } DUMMYUNIONNAME; HANDLE hEvent; // 用來通知請求完成; } OVERLAPPED, *LPOVERLAPPED;2. 異步I/O的注意事項
我們需要注意以下幾點：
1. 設備驅動程序不必以先入先出的方式處理隊列中的I/O請求，即不一定是先調用I/O請求的就一定先完成
2. 檢查錯誤的方式，使用異步調用ReadFile或WriteFile都會立即返回，返回爲FALSE，GetLastError檢查是ERROR_IO_PENDING說明I/O操作正在進行並且沒發生錯誤，如果GetLastError返回其他值說明發送錯誤調用失敗
3. 在異步操作請求完成之前，一定不能移動或銷燬I/O請求使用的數據緩存和OVERLAPPED結構，每個I/O請求都必須分配和初始化一個OVERLAPPED結構
3. 取消隊列中的設備I/O請求
我們肯呢個想要在設備驅動程序對一個已經在加入隊列的設備I/O請求進行處理之前取消：
1. 調用CancelIo來取消給定句柄所標示的線程天極道隊列中的所有I/O請求（除非該句柄具有與之相關聯的I/O完成端口）
2. 關閉設備句柄來取消已經添加到隊列中的所有I/O請求，不管它們是由哪個線程創建
3. 線程終止時候，系統會自動取消該線程發出的所有I/O請求，關聯I/O完成端口的請求是例外
4. 使用CancelIoEx取消某個設備的某個異步I/O請求，有兩個參數，第一個爲設備句柄，第二個爲指定的OVERLAPPED對象，用來指定取消哪個異步I/O請求，如果第二個參數爲NULL，則取消該設備所有的I/O請求
2. 接收I/O請求完成通知
Windows提供4中不同方法來接收I/O請求已經完成的通知
1. 觸發設備內核對象
當一個線程觸發一個設備異步I/O請求時，設備內核對象就會設爲未觸發狀態，當設備驅動程序完成了請求之後，會將設備內核對象設爲觸發狀態。
所以線程可以通過WaitForSingleObject或WaitForMultipleObjects。
這種方法使用簡單，但是缺點是每個內核對象每次只能處理一個異步I/O請求，否則的話不知道是哪個請求完成。
2. 觸發事件內核對象
發送異步I/O請求，傳入的OVERLAPPED結構最後一個成員hEvent用來標識一個事件內核對象，我們必須通過CreateEvent來創建你該對象。
當一個異步I/O請求完成的時候，設備驅動程序會檢查hEvent成員是否爲NULL，不爲NULL則觸發該事件，所以我們可以等待每個異步I/O請求的hEvent事件是否觸發來判斷是否完成請求。
多個異步設備I/O請求必須爲每個請求創建不同的事件對象。
我們可以使用GetOverlappedResult來獲得異步I/O的結果：
BOOL GetOverlappedResult( HANDLE hFile, // 設備句柄; LPOVERLAPPED lpOverlapped, // 異步I/O請求時傳入的OVERLAPPED結構體; LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred, // 傳輸的字節; BOOL bWait // 是否等待請求完成; );我們也可以自己等待hEvent成員觸發，然後自己檢查OVERLAPPED的Internal來判斷錯誤碼，InternalHigh判斷傳輸的字節。
爲了略微提高性能，我們可以使用函數SetFileCompletionNotificationModes設置不觸發第一種情況下所說的設備內核對象：
BOOL SetFileCompletionNotificationModes( HANDLE FileHandle, // 設備句柄; UCHAR Flags // 標誌，傳入FILE_SKIP_SET_EVENT_ON_HANDLE; );
3. 可提醒I/O
首先需要知道的是，可提醒I/O設計的非常糟糕，所以應該避免使用！
每個線程創建的時候都會創建一個異步過程調用隊列，當發出一個I/O請求的時候，我們可以告訴設備驅動程序在調用線程的APC隊列中添加一項。
爲了能夠實現我們的調用ReadFileEx和WriteFileEx函數來完成異步I/O請求，該兩個函數和原先函數相比，少了返回已經傳輸的字節數，多了最後一個LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE參數，該參數是一個回調函數，函數形式如下：
VOID (WINAPI *LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE)( DWORD dwErrorCode, // 錯誤碼; DWORD dwNumberOfBytesTransfered, // 實際傳輸的字節; LPOVERLAPPED lpOverlapped // 異步請求時候的OVERLAPPED結構體; );使用ReadFileEx和WriteFIleEx發出的請求會將回調函數地址傳給設備驅動程序，當請求完成的時候，會向發出請求的線程的APC隊列中添加一項。
順便提下，可提醒I/O完成時不會觸發OVERLAPPED的hEvent成員，所以可以佔爲己用。
當線程處於可提醒狀態，系統會檢查它的APC隊列，對隊列中的每一項，都會調用完成函數並傳入參數。
當I/O請求完成時候，系統將他們會添加到APC隊列中——並不會立即調用。線程爲了對APC隊列的項進行處理，必須將自己置爲可提醒狀態。Windows提供了6個函數可將線程置爲可提醒狀態：SleepEx，WaitForSingleObjectEx，WaitForMultipleObjectsEx，SingalObjectAndWait，GetQueuedCompletionStatusEx，MsgWaitForMultipleObjectsEx。前5個參數最後一個參數是個BOOL值，表示是否將線程置爲可提醒狀態，最後一個函數的最後一個參數必須使用標誌MWMO_ALERTABLE來讓線程進入可提醒狀態。
當使用這些函數調用等待函數並設置可提醒狀態時，如果APC隊列有項，則他們並不會被掛起。
可提醒I/O的劣勢：
可提醒I/O的優點：
Windows提供函數QueueUserAPC手動向將一項添加到APC隊列中：
DWORD QueueUserAPC( PAPCFUNC pfnAPC, // 回調函數; HANDLE hThread, // 線程句柄; ULONG_PTR dwData // 傳入回調函數的參數; );回調函數指針原型：
VOID (NTAPI *PAPCFUNC)( ULONG_PTR Parameter // QueueUserAPC的第3個參數; );hThread標識的線程可以在另一個進程的地址空間中，如果是那樣那麼pfnAPC也必須在同一個進程的地址空間中。
QueueUserAPC可以用來強制讓線程退出等待狀態：
如果某一個線程正在等待，並且該線程是可提醒的，我們可以向它APC隊列添加項來使它根據等待函數返回的內容來判斷是否退出，處理APC隊列的等待函數返回的是WAIT_IO_COMPLETION
4. I/O完成端口
完成端口是到目前爲止伸縮性最好的處理I/O請求的方法，他可以讓用戶創建等待請求線程，然後在另外一個線程完成請求，適合多個併發操作的請求，例如套接字請求。
這裏指介紹完成端口的使用方法：
1. 瞭解CreateIoCompletionPort函數：使用該函數最常用的是，先創建一個完成端口，然後與設備進行關聯：HANDLE // 返回創建的句柄; CreateIoCompletionPort( HANDLE FileHandle, // 設備句柄; HANDLE ExistingCompletionPort, // 當前存在的完成端口句柄，用於與設備句柄關聯; ULONG_PTR CompletionKey, // 關鍵字，通常是一個結構體指針，標識I/O的請求，該指針會在結果中返回; DWORD NumberOfConcurrentThreads // 允許併發線程數目，通常爲0表示等於CPU數目; );也可以在創建的時候直接關聯：// 創建完成端口; HANDLE hComplete = CreateIoCompletionPort( INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0 ); // 與設備句柄關聯; CreateIoCompletionPort( hFile, hComplete, dwKey, 0 );如果我們的設備已經與完成端口關聯，但是我們發出一個的請求，使它在完成時候不添加到I/O完成端口隊列中，則我們需要設置發送請求的OVERLAPPED的hEvent成員：// 創建完成端口的時候直接關聯; HANDLE hComplete = CreateIoCompletionPort( hFile, NULL, dwKey, 0 );另外提一個，如果關聯了完成端口的設備，在發送同步請求的時候，請求完成Windows也會將結果放到完成隊列中，爲了略微提高性能，可能使用上面提到的SetFileCompletionNotificationModes函數，第一個參數傳入設備句柄，第二個參數傳入FILE_SKIP_COMPLETION_PORT_ON_SUCCESS告訴Windows不要將以同步方式完成的請求放到完成端口中。// 創建OVERLAPPED對象，並讓hEvent與按位1或起來; OVERLAPPED ol = {0}; ol.hEvent = CreateEvent( NULL, TRUE, FALSE, NULL ); ol.hEvent = (HANDLE)((DWORD_PTR)ol.hEvent | 1 ); ReadFile(..., &ol); // 關閉事件的時候不要忘了將低位清除; CloseHandle( (HANDLE)((DWORD_PTR)ol.hEvent & ~1) );2. 獲得I/O請求的結果
3. 爲了方便理解，我拿了以前一本Socket書上的基於完成端口的實現代碼，可以去下載看看：http://download.csdn.net/detail/drecik__/4776851通常處理I/O請求結果是在另外一個獨立的工作線程，且該線程的數量最好是處理器數量的2倍左右。
完成端口將完成的I/O請求添加到I/O完成隊列中，工作線程可以使用函數GetQueuedCompletionStatus來從完成端口獲取到完成的I/O請求：
也可以使用函數GetQueuedCompletionStatusEx來同時獲取多個I/O請求結果：BOOL GetQueuedCompletionStatus( HANDLE CompletionPort, // 完成端口句柄; LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred, // 實際傳送的字節數; PULONG_PTR lpCompletionKey, // 設備句柄與完成端口關聯的時候傳入的關鍵字; LPOVERLAPPED *lpOverlapped, // 發送I/O請求時候的OVERLAPPED結構體指針; DWORD dwMilliseconds // 等待時間，可以爲INFINITE; );BOOL GetQueuedCompletionStatusEx( HANDLE CompletionPort, // 完成端口句柄; LPOVERLAPPED_ENTRY lpCompletionPortEntries, // OVERLAPPED_ENTRY數組指針; ULONG ulCount, // 上面數組的數量; PULONG ulNumEntriesRemoved, // 實際獲得的OVERLAPPED_ENTRY數組元素個數; DWORD dwMilliseconds, // 等待時間; BOOL fAlertable // 是否進入可提醒狀態; ); // OVERLAPPED_ENTRY結構體; typedef struct _OVERLAPPED_ENTRY { ULONG_PTR lpCompletionKey; // 關鍵字; LPOVERLAPPED lpOverlapped; // 返回發送I/O請求時候的OVERLAPPED結構體的指針; ULONG_PTR Internal; // 沒有明確定義，不應該使用; DWORD dwNumberOfBytesTransferred; // 實際傳輸的字節數; } OVERLAPPED_ENTRY, *LPOVERLAPPED_ENTRY;