linux下aio异步读写详解与实例《完整版》
1.为什么会有异步I/O
aio异步读写是在linux内核2.6之后才正式纳入其标准。之所以会增加此模块，是因为众所周知我们计算机CPU的执行速度远大于I/O读写的执行速度，如果我们用传统的阻塞式或非阻塞式来操作I/O的话，那么我们在同一个程序中(不用多线程或多进程)就不能同时操作俩个以上的文件I/O，每次只能对一个文件进行I/O操作，很明显这样效率很低下(因为CPU速度远大于I/O操作的速度，所以当执行I/O时，CPU其实还可以做更多的事)。因此就诞生了相对高效的异步I/O
2.异步I/O的基本概念
所谓异步I/O即我们在调用I/O操作时(读或写)我们的程序不会阻塞在当前位置，而是在继续往下执行。例如当我们调用异步读API aio_read()时，程序执行此代码之后会接着运行此函数下面的代码，并且与此同时程序也在进行刚才所要读的文件的读取工作，但是具体什么时候读完是不确定的
3.异步aio的基本API
上述的每个API都要用aiocb结构体赖进行操作
aiocb的结构中常用的成员有
4异步I/O操作的具体使用
(1)异步读aio_read
aio_read函数请求对一个文件进行读操作，所请求文件对应的文件描述符可以是文件，套接字，甚至管道其原型如下
int aio_read(struct aiocb *paiocb);
1
该函数请求对文件进行异步读操作，若请求失败返回-1，成功则返回0，并将该请求进行排队，然后就开始对文件的异步读操作
需要注意的是，我们得先对aiocb结构体进行必要的初始化
具体实例如下
aio_read
上述实例中aiocb结构体用来表示某一次特定的读写操作，在异步读操作时我们只需要注意4点内容
1.确定所要读的文件描述符，并写入aiocb结构体中(下面几条一样不再赘余)
2.确定读所需的缓冲区
3.确定读的字节数
4.确定文件的偏移量
总结以上注意事项：基本上和我们的read函数所需的条件相似，唯一的区别就是多一个文件偏移量
值得注意的是上述代码中aio_error是用来获取其参数指定的读写操作的状态的
其原型如下
int aio_error(struct aiocb *aiopcb);
1
当其状态处于EINPROGRESS则I/O还没完成，当处于ECANCELLED则操作已被取消，发生错误返回-1
而aio_return则是用来返回其参数指定I/O操作的返回值
其原型如下
ssize_t aio_return(struct aiocb *paiocb);
1
如果操作没完成调用此函数，则会产生错误
特别提醒在编译上述程序时必须在编译时再加一个-lrt
上述代码运行结果如下
aio_writr用来请求异步写操作
其函数原型如下
int aio_write(struct aiocb *paiocb);
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aio_write和aio_read函数类似，当该函数返回成功时，说明该写请求以进行排队(成功0，失败-1)
其和aio_read调用时的区别是就是我们如果在打开文件是，flags设置了O_APPEND则我们在填充aiocb时不需要填充它的偏移量了
具体实例如下
具体运行结果请读者自己去试试
(3)使用aio_suspend阻塞异步I/O
aio_suspend函数可以时当前进程挂起，知道有向其注册的异步事件完成为止
该函数原型如下
int aio_suspend(const struct aiocb *const cblist[],int n,const struct timespec *timeout);
1
第一个参数是个保存了aiocb块地址的数组，我们可以向其内添加想要等待阻塞的异步事件，第二个参数为向cblist注册的aiocb个数,第三个参数为等待阻塞的超时事件，NULL为无限等待
具体使用如下
suspend:
(4)lio_listio函数
aio同时还为我们提供了一个可以发起多个或多种I/O请求的接口lio_listio
这个函数效率很高，因为我们只需一次系统调用(一次内核上下位切换)就可以完成大量的I/O操作
其函数原型如下
int lio_listio(int mode,struct aiocb *list[],int nent,struct sigevent *sig);
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第一个参数mode可以有俩个实参，LIO_WAIT和LIO_NOWAIT，前一个会阻塞该调用直到所有I/O都完成为止，后一个则会挂入队列就返回
具体实例如下
lio_listio
#include<stdio.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<assert.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include<aio.h>
#define BUFFER_SIZE 1025
int MAX_LIST = 2;
int main(int argc,char **argv)
{
struct aiocb *listio[2];
struct aiocb rd,wr;
int fd,ret;
//异步读事件
fd = open("test1.txt",O_RDONLY);
if(fd < 0)
{
perror("test1.txt");
}
bzero(&rd,sizeof(rd));
rd.aio_buf = (char *)malloc(BUFFER_SIZE);
if(rd.aio_buf == NULL)
{
perror("aio_buf");
}
rd.aio_fildes = fd;
rd.aio_nbytes = 1024;
rd.aio_offset = 0;
rd.aio_lio_opcode = LIO_READ; ///lio操作类型为异步读
//将异步读事件添加到list中
listio[0] = &rd;
//异步些事件
fd = open("test2.txt",O_WRONLY | O_APPEND);
if(fd < 0)
{
perror("test2.txt");
}
bzero(&wr,sizeof(wr));
wr.aio_buf = (char *)malloc(BUFFER_SIZE);
if(wr.aio_buf == NULL)
{
perror("aio_buf");
}
wr.aio_fildes = fd;
wr.aio_nbytes = 1024;
wr.aio_lio_opcode = LIO_WRITE; ///lio操作类型为异步写
//将异步写事件添加到list中
listio[1] = ≀
//使用lio_listio发起一系列请求
ret = lio_listio(LIO_WAIT,listio,MAX_LIST,NULL);
//当异步读写都完成时获取他们的返回值
ret = aio_return(&rd);
printf("\n读返回值:%d",ret);
ret = aio_return(&wr);
printf("\n写返回值:%d",ret);
return 0;
5.I/O完成时进行异步通知
当我们的异步I/O操作完成之时，我们可以通过信号通知我们的进程也可用回调函数来进行异步通知，接下来我会为大家主要介绍以下回调函数来进行异步通知，关于信号通知有兴趣的同学自己去学习吧
使用回调进行异步通知
该种通知方式使用一个系统回调函数来通知应用程序，要想完成此功能，我们必须在aiocb中设置我们想要进行异步回调的aiocb指针，以用来回调之后表示其自身
实例如下
aio线程回调通知
线程会掉是通过使用aiocb结构体中的aio_sigevent结构体来控制的，
其定义如下
