关于Linux内核中的异步IO的使用 来源 : 未知     2018-09-21

我们都知道异步IO的作用，就是可以提高我们程序的并发能力，尤其在网络模型中。在linux中有aio的一系列异步IO的函数接口，但是这类函数都是glibc库中的函数，是基于多线程实现，不是真正的异步IO，在内核中有真正的异步IO函数接口。下边我们来学习一下linux内核中的异步IO。

首先我们来看一下内核中异步IO的主要函数接口：

int io_setup(unsigned nr_events, aio_context_t *ctxp);

功能：用来初始化异步IO的上下文。

其中参数ctxp用来描述异步IO上下文， 参数nr_events表示小可处理的异步IO事件的个数。

int io_submit(io_context_t ctx, long nr, struct iocb *iocbs[]);

功能：提交初始化好的异步读写事件。

其中ctx是上文的描述句柄， nr表示提交的异步事件个数。Iocbs是异步事件的结构体。

int io_getevents(io_context_t ctx, long nr, struct io_event *events[], struct timespec *timeout);

功能：获得已经完成的异步IO事件。

其中参数ctx是上下文的句柄，nr 表示期望获得异步IO事件个数，events用来存放已经完成的异步事件的数据，timeout为超时事件。

int io_destroy(aio_context_t ctx);

功能：用于销毁异步IO事件句柄。

但是内核的异步IO通常和epoll等IO多路复用配合使用来完成一些异步事件，那么就需要使用epoll来监听一个可以通知异步IO完成的描述符，那么就需要使用eventfd函数来获得一个这样的描述符。

下边附上一个epoll和内核异步IO配合使用的示例代码：

#define TEST_FILE "aio_test_file"

#define TEST_FILE_SIZE (127 * 1024)

#define NUM_EVENTS 128

#define ALIGN_SIZE 512

#define RD_WR_SIZE 1024

struct custom_iocb

{

struct iocb iocb;

int nth_request;

};

//异步IO的回调函数

void aio_callback(io_context_t ctx, struct iocb *iocb, long res, long res2)

{

struct custom_iocb *iocbp = (struct custom_iocb *)iocb;

printf("nth_request: %d, request_type: %s, offset: %lld, length: %lu, res: %ld, res2: %ld\n", iocbp->nth_request, (iocb->aio_lio_opcode == IO_CMD_PREAD) ? "READ" : "WRITE",iocb->u.c.offset, iocb->u.c.nbytes, res, res2);

}

int main(int argc, char *argv[])

{

int efd, fd, epfd;

io_context_t ctx;

struct timespec tms;

struct io_event events[NUM_EVENTS];

struct custom_iocb iocbs[NUM_EVENTS];

struct iocb *iocbps[NUM_EVENTS];

struct custom_iocb *iocbp;

int i, j, r;

void *buf;

struct epoll_event epevent;

//创建用于获取异步事件的通知描述符

efd = eventfd(0, EFD_NONBLOCK | EFD_CLOEXEC);

if (efd == -1) {

perror("eventfd");

return 2;

}

fd = open(TEST_FILE, O_RDWR | O_CREAT | O_DIRECT , 0644);

if (fd == -1) {

perror("open");

return 3;

}

ftruncate(fd, TEST_FILE_SIZE);

ctx = 0;

//创建异步IO的句柄

if (io_setup(8192, &ctx)) {

perror("io_setup");

return 4;

}

//申请空间

if (posix_memalign(&buf, ALIGN_SIZE, RD_WR_SIZE)) {

perror("posix_memalign");

return 5;

}

printf("buf: %p\n", buf);

for (i = 0, iocbp = iocbs; i < NUM_EVENTS; ++i, ++iocbp) {

iocbps[i] = &iocbp->iocb;

//设置异步IO读事件

io_prep_pread(&iocbp->iocb, fd, buf, RD_WR_SIZE, i * RD_WR_SIZE);

//关联通知描述符

io_set_eventfd(&iocbp->iocb, efd);

//设置回调函数

io_set_callback(&iocbp->iocb, aio_callback);

iocbp->nth_request = i + 1;

}

//提交异步IO事件

if (io_submit(ctx, NUM_EVENTS, iocbps) != NUM_EVENTS) {

perror("io_submit");

return 6;

}

epfd = epoll_create(1);

if (epfd == -1) {

perror("epoll_create");

return 7;

}

epevent.events = EPOLLIN | EPOLLET;

epevent.data.ptr = NULL;

if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, efd, &epevent)) {

perror("epoll_ctl");

return 8;

}

i = 0;

while (i < NUM_EVENTS) {

uint64_t finished_aio;

//监听通知描述符

if (epoll_wait(epfd, &epevent, 1, -1) != 1) {

perror("epoll_wait");

return 9;

}

//读取完成的异步IO事件个数

if (read(efd, &finished_aio, sizeof(finished_aio)) != sizeof(finished_aio)) {

perror("read");

return 10;

}

printf("finished io number: %"PRIu64"\n", finished_aio);

while (finished_aio > 0) {

tms.tv_sec = 0;

tms.tv_nsec = 0;

//获取完成的异步IO事件

r = io_getevents(ctx, 1, NUM_EVENTS, events, &tms);

if (r > 0) {

for (j = 0; j < r; ++j) {

//调用回调函数

//events[j].data的数据和设置的iocb结构体中的data数据是一致。

((io_callback_t)(events[j].data))(ctx, events[j].obj, events[j].res, events[j].res2);

}

i += r;

finished_aio -= r;

}

}

}

close(epfd);

free(buf);

io_destroy(ctx);

close(fd);

close(efd);

remove(TEST_FILE);

return 0;

}