overlapped I/O

Overlapped介绍

利用win32所谓的overlapped I/O特征，可以并行处理I/O操作，并且当任何一个I/O完成时，你的程序会收到一个通告。其它操作系统把这个特征称为nonblockeingI/O或者asynchronous I/O。

 

Overlapped I/O是win32的一项技术，你可以要求操作系统为你传送数据，并且在传送完毕时通知你。这项技术使你的程序在I/O进行中仍然能够继续处理事物。Overlapped I/O的基本形式是以ReadFile和WriteFile函数完成的。

 

overlapped I/O并行处理I/O操作

首先以FILE_FLAG_OVERLAPPED告诉Win32说不要使用默认的同步
I/O（在CreataFile函数中设定OVERLAPPED参数）。设立一个OVERLAPPED结构时，设定“I/O请求”的必要参数。接下来，调
用ReadFile()并以OVERLAPPED结构的地址作为最后一个参数。这个时候，理论上，win32会在后台处理I/O操作。你的程序可以继续处
理其他事情。

 

OVERLAPPED结构

 

typedef   struct   _OVERLAPPED   {  

      DWORD     Internal;    

      DWORD    InternalHigh;    

      DWORD   Offset;     //文件开始读写的偏移位置，该偏移位置从文件头开始算起

      DWORD   OffsetHigh;    //64位的文件偏移位置中较高的32位

      HANDLE   hEvent;     //event对象，当Overlapped I/O完成时即被激发。

  }   OVERLAPPED,*LPOVERLAPPED;

 

 OVERLAPPED结构的生命期超过ReadFile()和WriteFile()函数，所以应把这个结构放在一个安全的地方，局部变量不是一个安全的地方，她会很快就过了生存范围。最安全的地方就是heap。

 

应用：

1，  激发的文件handle

2，  激发的Event对象

3，  异步过程调用（Asynchronous Precudure Call，APC）

4，  I/O Completion Ports

 

 

Win32文件操作函数

Win32之中有三个基本的函数用来执行I/O ：

CreateFile（）

ReadFile();

WriteFile();

没有哪一个函数用来关闭文件，只要调用CloseHandle()即可。

 

CreateFile()可以用来打开各种资源，包括（但不限制于）

文件（硬盘、软盘、光盘或者其它）

串行口和并行口(serial and parallel ports)

Named pipes

 

 

createFile函数

HANDLE CreateFile(

LPCTSTR lpFileName,

DWORD dwDesiredAccess,

DWORD dwShareMode, 

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,

DWORD dwCreationDisposition,

DWORD dwFlagsAndAttributes,

HANDLE hTemplateFile

);

参数：

lpFileName ：文件名

dwDesiredAccess：访问模式（写/读），可取值如下：

GENERIC_READ ：允许对设备进行读访问；

GENERIC_WRITE ：允许对设备进行写访问（可组合使用）；

0 ：只允许获取与一个设备有关的信息

dwShareMode：共享模式，可取值如下：

FILE_SHARE_READF：允许对文件进行共享读操作；

LE_SHARE_WRITE： 允许对文件进行共享写操作（可组合使用）；

0：不共享；

lpSecurityAttributes ： 指向一个SECURITY_ATTRIBUTES结构的指针，定义了文件的安全特性

dwCreationDisposition ：如何创建，可取值如下：

CREATE_NEW： 创建文件；如文件存在则会出错

CREATE_ALWAYS： 创建文件，会改写前一个文件

OPEN_EXISTING： 文件必须已经存在。由设备提出要求

OPEN_ALWAYS： 如文件不存在则创建它

TRUNCATE_EXISTING 将现有文件缩短为零长度

dwFlagsAndAttributes ：文件属性，一个或多个下述常数

FILE_ATTRIBUTE_ARCHIVE 标记归档属性

FILE_ATTRIBUTE_COMPRESSED 将文件标记为已压缩，或者标记为文件在目录中的默认压缩方式

FILE_ATTRIBUTE_NORMAL： 默认属性

FILE_ATTRIBUTE_HIDDEN ：隐藏文件或目录

FILE_ATTRIBUTE_READONLY： 文件为只读

FILE_ATTRIBUTE_SYSTEM ：文件为系统文件

FILE_FLAG_WRITE_THROUGH： 操作系统不得推迟对文件的写操作

FILE_FLAG_OVERLAPPED： 对文件进行重叠（Overlapped）操作

FILE_FLAG_NO_BUFFERING： 禁止对文件进行缓冲处理。文件只能写入磁盘卷的扇区块

FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS： 针对随机访问对文件缓冲进行优化

FILE_FLAG_SEQUENTIAL_SCAN ：针对连续访问对文件缓冲进行优化

FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE ：关闭了上一次打开的句柄后，将文件删除。特别适合临时文件

也可在Windows NT下组合使用下述常数标记：

SECURITY_ANONYMOUS，
SECURITY_IDENTIFICATION， SECURITY_IMPERSONATION， SECURITY_DELEGATION，
SECURITY_CONTEXT_TRACKING， SECURITY_EFFECTIVE_ONLY

hTemplateFile：一个临时文件，将拥有全部的属性拷贝，可以设为0。

返回值

如执行成功，则返回文件句柄。

函数说明：

INVALID_HANDLE_VALUE表示出错，会设置GetLastError。即使函数成功，但若文件存在，且指定了CREATE_ALWAYS 或 OPEN_ALWAYS，GetLastError也会设为ERROR_ALREADY_EXISTS。

第6个参数dwFlagsAndAttributes，指定使用传统调用或者Overlapped调用，但不能两个都指定。设定FILE_FLAG_OVERLAPPED值，那对该文件的每一个操作都将是Overlapped操作。

 

 

ReadFile函数

BOOL ReadFile(

　　HANDLE hFile,

　　LPVOID lpBuffer,

　　DWORD nNumberOfBytesToRead,

　　LPDWORD lpNumberOfBytesRead,

　　LPOVERLAPPED lpOverlapped

);

参数：

hFile：文件的句柄

lpBuffer：用于保存读入数据的一个缓冲区

nNumberOfBytesToRead：要读入的字符数

lpNumberOfBytesRead：指向实际读取字节数的指针

lpOverlapped：如文件打开时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED，那么这个参数必须引用一个OVERLAPPED结构。否则，应将这个参数设为NULL

返回值：

　　调用成功,返回非0

调用不成功,返回0

函数说明：

　　从文件指针指向的位置开始将数据读出到一个文件中, 且支持同步和异步操作,

　　如果文件打开方式没有指明FILE_FLAG_OVERLAPPED的话,当程序调用成功时,它将实际读出文件的字节数保存到lpNumberOfBytesRead指明的地址空间中；

如果文件打开方式指明FILE_FLAG_OVERLAPPED的话,函数将按照Overlapped结构中指定的位置开始读取数据。

 

WriteFile函数

BOOL WriteFile(

 HANDLE hFile,            

 LPCVOID lpBuffer,            

 DWORD nNumberOfBytesToWrite, 

 LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, 

 LPOVERLAPPED lpOverlapped 

);

参数：

hFile：文件的句柄

lpBuffer：用于保存写入数据的一个缓冲区

nNumberOfBytesToRead：欲写入的字节数

lpNumberOfBytesRead：指向实际写入字节数的指针

lpOverlapped：如文件打开时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED，那么这个参数必须引用一个OVERLAPPED结构。否则，应将这个参数设为NULL

返回值：

　　调用成功,返回非0

调用不成功,返回0

函数说明：

　　从文件指针指向的位置开始将数据写入到一个文件中, 且支持同步和异步操作,

　　如果文件打开方式没有指明FILE_FLAG_OVERLAPPED的话,当程序调用成功时,它将实际写入文件的字节数保存到lpNumberOfBytesRead指明的地址空间中；

如果文件打开方式指明FILE_FLAG_OVERLAPPED的话,函数将按照OVERLAPPED结构中指定的位置开始写入数据。

 

 

Setfilepointer函数

DWORD SetFilePointer(

HANDLE hFile,          

LONG lDistanceToMove,    

PLONG lpDistanceToMoveHigh,

DWORD dwMoveMethod      

);

参数：

hFile：文件句柄

lDistanceToMove：移动的字节数低DWORD

lpDistanceToMoveHigh：移动的字节数高DWORD，为了支持64位长度的大文件，而           用来指定64字节的高32位，如果文件大小只需要32位则设置为NULL

ldwMoveMethod：移动方法，可取值如下：

FILE_BEGIN 从文件开始处开始移动

FILE_CURRENT 从文件开始除开始移动

FILE_END 从文件末尾开始移动

返回值：

  函数成功，返回文件操作指针的位置；函数失败返回INVALID_SET_FILE_POINTER

函数说明：

移动文件指针到相关位置（和文件读写不同，这个函数没有异步版本）

 

 

被激发的File handles

首先在CreataFile函数中设定FILE_FLAG_OVERLAPPED参数；再设
立一个OVERLAPPED结构时，设定“I/O请求”的必要参数。接下来，调用ReadFile()并以OVERLAPPED结构的地址作为最后一个参
数。这个时候， win32会在后台处理I/O操作。你的程序可以继续处理其他事情。

如果需等待Overlapped I/O的执行结果，可以调用wait…函数，并设定文件handle为其参数。一旦Overlapped I/O操作完成，文件handle即被激发。

当你完成操作，请调用GetOverlappedResult函数以确定结果。

GetOverlappedResult函数

BOOL GetOverlappedResult(

  HANDLE hFile,                      

LPOVERLAPPED lpOverlapped,     

  LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,

  BOOL bWait                        

);

参数：

   hFile：文件或设备的句柄                     

lpOverlapped：一个指向OVERLAPPED结构的指针

   lpNumberOfBytesTransferred：真正被传输的字节数

   bWait：是否要等待操作完成，true表示要等待，利用这个特点可以利用它来等待异步文件操作的结束

返回值：

如果Overlapped操作成功，则返回ture；否则返回false。

如果bWait设置为false，而Overlapped还没有完成，GetLastError会返回ERROR_IO_INCOMPLETE.

实例

int ReadSomething()

{

  bool rc;

  HANDLE hFile;

  DWORD numread;

  OVERLAPPED overlap;

  char buf[512];

 

  hFile = CreateFile("C://WINDOWS//WINFILE.EXE",

                       GENERIC_READ,

                                   FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE,

                                   NULL,

                                   OPEN_EXISTING,

                                   FILE_FLAG_OVERLAPPED,

                                   NULL);

 

  if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)

  {

         return -1;

  }

 

  memset(&overlap, 0, sizeof(overlap));

  overlap.Offset = 1500;//从文件的第1500位置读取数据

 

  rc = ReadFile(hFile, buf,    300, &numread,     &overlap);//读取300个字节

  if (rc)

  {

         //the data was read successfully

  }

  else

  {

         if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING)

         {

                WaitForSingleObject(hFile,INFINITE);

                rc = GetOverlappedResult(hFile, &overlap,  &numread,  FALSE);

         }

         else

         {

                //something went wrong

         }

  }

 

  CloseHandle(hFile);

 

  return TRUE;

}

代码说明：

虽然你要求一个overlaopped操作，但它并不一定就是overlapped。因为如果操作系统认为它可以快速的取得那份数据，那么文件操作就会在ReadFile()返回之前完成，而ReadFile()将返回true。

操作系统把这个overlapped操作请求放到队列中等待执行，那么ReadFile()
和WriteFile()都会返回false。你必须调用GetLastError()，如果它传回ERROR_IO_PENDING，那意味着
overlapped操作被放到队列中等待执行。

 

 

被激发的Event对象

   以文件handle作为激发机制，有一个明显的限制，那就是没办法说出到底是哪一个Overlapped操作完成了。调用GetOverlappedResult并不是很好的做法，win32提供了一个比较好的做法。

OVERLAPPED结构中的最后一个参数是一个Event句柄，如果使用文件handle
作为激发对象，可以设为null；如果设定这个参数为一个Event句柄时，系统会在Overlapped操作完成时，自动将此Event激发。由于每一
个Overlapped都有它自己的OVERLAPPED结构，所以每一个结构都有一个Event对象,用来代表该操作。

你所使用的Event对象必须是手动重置而非自动重置。因为系统核心可能在你等待该Event对象之前，先激发它，这样你的wait..函数永远都不会返回了。

使用Event对象搭配Overlapped，你就可以对同一个文件发出多个读写操作，每一个操作有自己的Event对象，然后再调用waitformultipleObject函数来等待其中之一或全部完成。

 

异步过程调用（APC）

使用Overlapped+Event，会产生两个基础问题。一：使用WaitForMultipleObjects函数，你只能够等待最多MAXIMUM_WAIT_OBJECTS个对象；二：你必须不断的根据哪一个handle被激发，而计算如何反映。

这两个问题可以靠一个所谓的异步过程调用（Asynchronous Procedure
Call，APC）解决。使用ReadFileEx（）和WriteFileEx（）就可以调用这个机制。这两个函数允许你指定一个额外的参数，是一个
callback函数地址。当一个Overlapped I/O 完成时，系统会调用callback函数。这个callback函数被称为I/O
Completion routine。

 

WriteFileEx函数

BOOL WriteFileEx(

  HANDLE hFile,

  LPCVOID lpBuffer,

  DWORD nNumberOfBytesToWrite,

  LPOVERLAPPED lpOverlapped,

  LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine

);

参数：

hFile：使用FILE_FLAG_OVERLAPPED标识创建的file句柄。

lpBuffer：指向数据的指针

nNumberOfBytesToWrite：需要写入的字节数。

lpOverlapped：OVERLAPPED变量的指针。

lpCompletionRoutine ：函数指针。函数原型为

VOID CALLBACK FileIOCompletionRoutine(

  DWORD dwErrorCode,

  DWORD dwNumberOfBytesTransfered,

  LPOVERLAPPED lpOverlapped

);

返回值：

 

函数说明：

将数据写入文件。该函数只能用于异步I/O操作，即overlapped
I/O。　注：WriteFile()可以用于同步和异步I/O操作。指定的OVERLAPPED中的hEvent栏位不需要放置一个event
handle。可以自由运用。一般将hEvent栏位指向一个结构指针。

 

ReadFileEx函数

BOOL ReadFileEx(

  HANDLE hFile,

  LPVOID lpBuffer,

  DWORD nNumberOfBytesToRead,

  LPOVERLAPPED lpOverlapped,

  LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine

);

说明：读入数据。参数与上同。

 

 

WaitCommEvent

Value	Meaning
EV_BREAK 　　0x0040	A break was detected on input.（在输入过程中发生中断)
EV_CTS 　　0x0008	The CTS (clear-to-send) signal changed state.(CTS线上的信号改变状态)
EV_DSR 　　0x0010	The DSR (data-set-ready) signal changed state.(DSR 线上的信号改变状态)
EV_ERR 　　0x0080	A line-status error occurred. Line-status errors are CE_FRAME, CE_OVERRUN, and CE_RXPARITY.
EV_RING 　　0x0100	A ring indicator was detected.
EV_RLSD 　　0x0020	The RLSD (receive-line-signal-detect) signal changed state.
EV_RXCHAR 　　0x0001	A character was received and placed in the input buffer.(输入缓冲区不为空)
EV_RXFLAG 　　0x0002	The event character was received and placed in the input buffer. The event character is specified in the device's DCB structure, which is applied to a serial port by using the SetCommState function.
EV_TXEMPTY 　　0x0004	The last character in the output buffer was sent.（输出缓冲区的数据全部发送出去)

　　lpOverlapped
：指向
OVERLAPPED结构体的一个指针。如果hFile
是用异步方式打开的（在CreateFile（）函数中，第三个参数设置为FILE_FLAG_OVERLAPPED）

，lpOverlapped
不能指向一个空
OVERLAPPED结构体，而是与Readfile（）和WreteFile（）中的
OVERLAPPED参数为同一个参数。如果hFile
是用异步方式打开的，而lpOverlapped
指向一个空的
OVERLAPPED结构体，那么函数会错误地报告，等待的操作已经完成（而此时等待的操作可能还没有完成）。
　

　如果hFile
是用异步方式打开的，而lpOverlapped
指向一个非空的
OVERLAPPED结构体，那么函数WaitCommEvent被默认为异步操作，马上返回。这时，
OVERLAPPED结构体必须包含一个由
CreateEvent（）函数返回的手动重置事件对象的句柄hEven。
　

　如果hFile
是用同步方式打开的，那么函数WaitCommEvent不会返回，直到要等待的事件发生。

　　

返回值：
　　如果函数成功，返回非零值，否则返回0。要得到错误信息，可以调用GetLastError
函数。
　　

备注：
　　WaitCommEvent函数为指定的通信资源监听一系列的Event,这些Event可以由 SetcommMask
和 GetcommMask
函数来设置和查询。
　　如果异步操作不能马上完成，那么该函数会返回一个FALSE，同时GetLastError
函数可以截获错误码ERROR_IO_PENDING（#define ERROR_IO_PENDING 997），表示操作转到后台运行。在WaitCommEvent函数返回之前，系统将OVERLAPPED
结构中的hEven句柄设置为无信号状态；当WaitCommEvent函数所等待的任何一个Event发生后，系统将OVERLAPPED
结构中的hEven句柄设置为有信号状态，同时将所发生事件赋给lpEvtMask
。
　　父进程可以根据lpEvtMask
来做出相应的事件处理，然后也可以调用GetOverlappedResult
函数来判断WaitCommEvent的操作是否成功。
　　如果WaitCommEvent函数在后台运行的时候，进程企图想通过 SetcommMask
函数来改变当前设备的Event，那么WaitCommEvent函数马上返回，lpEvtMask
指向0。