Windows网络编程-异步I/O与完成端口

  本文转载自http://www.cnblogs.com/Anker/p/3254269.html，http://jzhihui.iteye.com/blog/1629788 原作者写的更加详细。

   线程同步与异步：实际上同步与异步是针对应用程序与内核的交互而言的。同步过程中进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否完成。异步过程中进程触发IO操作以后，直接返回，做自己的事情，IO交给内核来处理，完成后内核通知进程IO完成。同步，就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回，同时其它线程也不能调用这个方法。按照这个定义，其实绝大多数函数都是同步调用（例如sin,
isdigit等）。同步与异步如下图所示：



  I/O阻塞与非阻塞：简单理解为需要做一件事能不能立即得到返回应答，如果不能立即获得返回，需要等待，那就阻塞了，否则就可以理解为非阻塞。详细区别如下图所示：



阻塞式I/O模型：应用进程调用I/O操作时阻塞，只有等待要操作的数据准备好，并复制到应用进程的缓冲区中才返回。

非阻塞式I/O模型：当应用进程要调用的I/O操作会导致该进程进入阻塞状态时，该I/O调用返回一个错误，一般情况下，应用进程需要利用轮询的方式来检测某个操作是否就绪。数据就绪后，实际的I/O操作会等待数据复制到应用进程的缓冲区中以后才返回。

I/O复用模型：阻塞发生在select/poll的系统调用上，而不是阻塞在实际的I/O系统调用上。select/poll发现有数据就绪后，通过实际的I/O操作将数据复制到应用进程的缓冲区中。

异步I/O模型：应用进程通知内核开始一个异步I/O操作，并让内核在整个操作（包含将数据从内核复制到应该进程的缓冲区）完成后通知应用进程。

由异步I/O的定义来看，操作系统必须提供一种方式，在应用进程发出I/O操作后，可以在后台（而不是当前应用进程）完成数据等待和数据复制的工作，并最终通知应用进程I/O操作已经完成。

在Linux下有两种称为AIO的的接口：一个是由glibc提供，是由多线程来模拟：数据等待和数据复制的工作，由glibc创建线程来完成。数据复制完成后，执行I/O操作的线程通过回调函数的方式通知应用线程（严格来讲，这种方式不能算真正的AIO，因为用来执行实际I/O操作的线程还是阻塞在I/O操作上，只不过从应用进程的角度来看是异步方式的）。另一种是由内核提供的Kernel
AIO，可以做到真正的内核异步通知（这种方式对读写方式，写入大小及偏移都有严格的要求），并且不支持网络I/O[1][2]，其实现原理本质上与下面要介绍的IOCP类似。

还有一种称为IOCP（Input/Output
Completion Port）的AIO。从实现原理上讲，IOCP做完I/O操作后，将结果封装成完成包（completion packet）入队到完成端口的队列（FIFO）中去，应用线程从队列中读取到完成消息后，处理后续逻辑。从这方面来讲，IOCP类似生产者-消费者模型：生产者为内核，收到应用线程的I/O请求后，等待数据可用，并将结果数据复制到应用线程指定的缓冲区中后，然后入队一个完成消息；消费者为应用线程，一开始向内核提交I/O请求，并在队列上等待内核的完成消息（只不过，IOCP对同时可运行的消费者有限制），收到完成消息后，进行后续处理。