I/O Concepts(3) : 同步设备I/O 和 异步设备I/O

一、设备

各种常见设备表

设备	常见用途	打开方式
文件	永久存储任何数据	CreateFile（pszName为路径名或UNC路径名）
目录	属性和文件的压缩的设置	CreateFile（pszName为路径名或UNC路径名）。如果在调用CreateFile的时候指定FILE_FLAG_BACKUP_SEMANTICS标志，那么Windows允许我们打开一个目录。打开目录使我们能够改变目录的属性（比如正常、隐藏，等等）和它的时间戳
逻辑磁盘驱动器	格式化驱动器	CreateFile（pszName为”//./x:”）。其中x是磁盘驱动器盘符，打开驱动器使我们能够格式化驱动器或检测驱动器媒介的大小。
物理磁盘驱动器	访问分区表	CreateFile（pszName为 ”//./PHYSICALDRIVEx”）,x是物理驱动器号。打开驱动器使我们能够直接访问硬盘的分区表。
串口	通过电话线传输数据	CreateFile（pszName为”COMx”）
并口	将数据传输至打印机	CreateFile（pszName为”LPTx”）
邮槽	一对多数据传输，通常是通过网络传到另一台运行Windows的机器上	邮槽服务器端： CreateFile（pszName为”//./mailslot/mailslotname”） 邮槽客户端： CreateFile（pszName为”//servername/mailslot/mailslotname”）
命名管道	一对一数据传输，通常是通过网络传到另一台运行Windows的机器上	命名管道服务器端： CreateFile（pszName为”//./pipe/pipename”） 命名管道客户端： CreateFile（pszName为”//servername/pipe/pipename”）
匿名管道	单机上的一对一数据传输（不跨网络）	CreatePipe用来打开服务器和客户端。
套接字	报文或数据流的传输，通常是通过网络传到任何支持套接字的机器上（机器不一定要运行Windows系统）	Socket, accept 或 AcceptEx
控制台	文本窗口的屏幕缓存	CreateConsolScreenBuffer 或 GetStdHandle

二、同步设备I/O 与 异步设备I/O

在CreateFile打开设备的时候，不指定FILE_FLAG_OVERLAPPED标志，则系统认为我们想要与设备进行同步I/O，相反就是异步I/O。

在同步设备I/O中，线程启动一次I/O操作并且立即进入等待状态，直到I/O操作完成。而对于异步I/O，线程通过调用某个函数将I/O请求发送到内核，如果内核接受了这次I/O操作，调用线程可以继续处理其他的任务直到内核通知该线程I/O操作已经完成。然后，线程可以转入对I/O操作的处理。

两种机制执行过程如下图所示：



三、对比示例：

同步I/O

#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <tchar.h>
#include <Windows.h>

double func()
{
DOUBLE fResult = 0;
for (double i = 0; i < 1000000; i = i + 1)
fResult += sin(tan(tan(i)));

return fResult;
}

const DWORD dwBufferSize = 10 * 1024 * 1024;	//缓冲大小
int _tmain(int argc, _TCHAR *argv[])
{
if (argc != 2)
{
printf("用法示例：Synchronous 文本文件名/n");
return 0;
}

HANDLE hFile;
LPVOID lpBuffer;

__try{
hFile = CreateFile(argv[1], GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXISTING
, FILE_FLAG_NO_BUFFERING | FILE_ATTRIBUTE_NORMAL
, NULL);	// 同步I/O, 没有FILE_FLAG_OVERLAPPED标志
if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)
__leave;

lpBuffer = HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY, dwBufferSize);
if (lpBuffer == NULL)
__leave;

DWORD dwBytesReaded, dwTime = GetTickCount();
// 同步I/O
BOOL bRet = ReadFile(hFile, lpBuffer, dwBufferSize, &dwBytesReaded, NULL);

func();		// 执行一些其他操作
printf("总共耗时: %d ms", GetTickCount() - dwTime);
}
__finally{
if (lpBuffer != NULL)
HeapFree(GetProcessHeap(), 0, lpBuffer);

if (hFile != INVALID_HANDLE_VALUE)
CloseHandle(hFile);
}
return 0;
}

异步I/O

#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <tchar.h>
#include <Windows.h>

double func()
{
DOUBLE fResult = 0;
for (double i = 0; i < 1000000; i = i + 1)
fResult += sin(tan(tan(i)));

return fResult;
}

const DWORD dwBufferSize = 10 * 1024 * 1024;	//缓冲大小
int _tmain(int argc, _TCHAR *argv[])
{
if (argc != 2)
{
printf("用法示例：Synchronous 文本文件名/n");
return 0;
}

HANDLE hFile;
LPVOID lpBuffer;
OVERLAPPED ovlp = { 0 };

__try{
hFile = CreateFile(argv[1], GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXISTING
, FILE_FLAG_NO_BUFFERING | FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED
, NULL);
if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)
__leave;

lpBuffer = HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY, dwBufferSize);
if (lpBuffer == NULL)
__leave;

DWORD dwTime = GetTickCount();
// 异步I/O
BOOL bRet = ReadFile(hFile, lpBuffer, dwBufferSize, NULL, &ovlp);

func();		// 执行一些其他操作

WaitForSingleObject(hFile, INFINITE);
printf("总共耗时: %d ms", GetTickCount() - dwTime);
}
__finally{
if (lpBuffer != NULL)
HeapFree(GetProcessHeap(), 0, lpBuffer);

if (hFile != INVALID_HANDLE_VALUE)
CloseHandle(hFile);
}
return 0;
}

在机器上实验，两者性能差异还是挺明显的，同步I/O要345ms完成，而异步I/O要235ms完成。