也谈IO完成端口

Posted 2020-09-21

不久前排查的一个Bug最后是利用IO完成端口解决的，本人对这块的东西并没有熟练掌握，有必要深入了解下，本文会持续更新...

一. 异步设备IO概述

众所周知，合理使用线程能显著提高程序的运行效率，如果在多处理器的机器上为每个线程指定一个处理器，则可以同时执行多个操作，吞吐量能够大大提高。看着相当理想，一旦线程中有IO操作，情况就变得不一样了。相对于CPU的运算速度，IO操作（比如从文件或者网络中读取数据或者向文件或者网络中写入数据）的速度是相当慢的，因此如果线程以同步的方式（阻塞）进行IO操作，在操作没有完成之前，它就挂在那儿闲着了，干不了别的，对性能有一定的影响。为了不让线程闲下来，则必须采用异步（非阻塞）的方式，下面看下异步操作的一般流程。

异步操作的流程：  线程向设备发出一个异步IO请求，IO请求被传给设备驱动程序（加入设备驱动程序的队列中），紧接着设备驱动程序会完成实际的IO操作，此时线程并没有挂起继续干它的活儿，等到设备驱动程序完成了IO请求的处理时，它会将相应的状态告知应用程序（数据已发送，数据已收到，或发生了错误）。

可发现，异步IO操作实际上包括两大步骤：

第一，把异步IO请求加入设备驱动程序队列。首先，在 CreateFile 的 dwFlagsAndAttributes 参数中指定 FILE_FLAG_OVERLAPPED 标志来打开设备；然后，使用 ReadFile 和 WriteFile 函数将IO请求加入设备驱动程序的队列中。

第二，接收设备驱动程序IO请求完成的通知。Windows提供了4种不同的方法来接收IO请求已经完成的通知。如下表所示，本文将重点分析IO完成端口技术，后面会写篇文章分析其它三种技术。

用来接收I/O完成通知的方法

技术	摘要
触发设备内核对象	1. 当向一个设备发出多个IO请求的时候，该方法没用； 2. 允许一个线程发出请求，另一个线程对结果进行处理
触发事件内核对象	1. 允许向一个设备同时发出多个IO请求； 2. 允许一个线程发出请求，另一个线程对结果进行处理
使用可提醒IO	1. 允许向一个设备同时发出多个IO请求； 2. 发出IO请求的线程必须对结果进行处理
使用IO完成端口	1. 允许向一个设备同时发出多个IO请求； 2. 允许一个线程发出请求，另一个线程对结果进行处理

 

二. IO端口相关的API

 

三. 例子