异步IO

异步IO是计算机操作系统对输入输出的一种处理方式：发起IO请求的线程不等IO操作完成，就继续执行随后的代码，IO结果用其他方式通知发起IO请求的程序。与异步IO相对的是更为常见的“同步（阻塞）IO”：发起IO请求的线程不从正在调用的IO操作函数返回（即被阻塞），直至IO操作完成。

Windows操作系统的异步IO

Windows提供多种异步IO（也称重叠IO）方式：

设备内核对象

IO设备在操作系统内核中表示为内核对象，因此具有可等待（waitable）内核对象状态。例如：文件句柄，线程句柄等等。对于文件内核对象，当一个异步IO完成后，该文件句柄被置为触发态。使用这种方式获取异步IO完成的通知，缺点是如果在一个文件内核对象上同时有多个异步IO操作，只通过文件句柄的触发无法辨识哪个异步IO操作完成了。
例子：
HANDLE hFile = CreateFileW(L"d:\\a.txt", GENERIC_WRITE, 0, 0, CREATE_ALWAYS, FILE_FLAG_OVERLAPPED, 0); //设置异步IO的标志FILE_FLAG_OVERLAPPEDchar buffer[10] = {"abcd"};OVERLAPPED ol = { 0 };//用0初始化OVERLAPPED的结构ol.Offset = 2;/从文件的第三个字节开始IOBOOL rt = WriteFile(hFile, buffer, 5, NULL, &ol);//发起一个异步写操作//SetFileCompletionNotificationModes(hFile, FILE_SKIP_SET_EVENT_ON_HANDLE);//如此设置则文件内核对象就不会被触发if (rt == FALSE && GetLastError() == ERROR_IO_PENDING)//检查异步IO是否完成{
WaitForSingleObject(hFile, INFINITE);//等待设备内核对象（文件）被触发。}CloseHandle(hFile);

GetOverlappedResult函数

也可以使用Windows API函数GetOverlappedResult直接阻塞/非阻塞等待指定的异步IO操作是否完成。该函数检查OVERLAPPED结构中的Internal成员的值是否为STATUS_PENDING来判断异步IO是否完成。

异步IO操作的完成通知用事件内核对象

在异步IO操作的read/write函数调用中给出的OVERLAPPED类型的参数中，可以指定一个内核事件对象。这个异步IO操作完成时，这个内核事件对象会被触发。从而，等待在这个事件对象上的程序就会知道这个异步IO操作完成。
例子：
HANDLE hFile = CreateFileW(L"d:\\a.txt", GENERIC_WRITE, 0, 0, CREATE_ALWAYS, FILE_FLAG_OVERLAPPED, 0); //设置异步IO的标志FILE_FLAG_OVERLAPPEDchar buffer[10] = {"abcd"};OVERLAPPED ol = { 0 };//用0初始化OVERLAPPED的结构ol.Offset = 2;/从文件的第三个字节开始IOHANDLE hEvent = CreateEvent(0, FALSE, FALSE, NULL);  
ol.hEvent = hEvent;//传递一个事件对象。  BOOL rt = WriteFile(hFile, buffer, 5, NULL, &ol);//发起一个异步写操作if (rt == FALSE && GetLastError() == ERROR_IO_PENDING)//检查异步IO是否完成{
WaitForSingleObject(ol.hEvent, INFINITE);//等待设备内核对象（文件）被触发。}CloseHandle(hEvent); 
CloseHandle(hFile);

可唤醒I/O

异步可唤醒I/O操作通过ReadFileEx/WriteFileEx函数指出完成过程回调函数。回调函数在该线程的可唤醒等待（alertable wait）中被执行。

完成端口

使用CreateIoCompletionPort函数创建一个完成端口。然后把文件句柄绑定到这个完成端口（通过CreateIoCompletionPort函数)。这个文件句柄上的异步IO操作完成时，会自动向这个完成完成端口发通知。线程通过GetQueuedCompletionStatus函数等待这个完成端口上的完成通知，然后从GetQueuedCompletionStatus的调用返回处恢复线程执行。

线程池I/O完成对象

使用CreateThreadpoolIo函数创建一个I/O完成对象，绑定了要执行异步I/O操作的文件句柄与待执行的回调函数。通过StartThreadpoolIo函数开始I/O完成对象的工作。每当绑定的文件句柄上的异步I/O操作完成，自动调用线程池上的线程执行指定的回调函数。
例子：
VOID CALLBACK OverlappedCompletionRoutine(PTP_CALLBACK_INSTANCE pInstance,  
                                          PVOID pvContext,  
                                          PVOID pOverlapped,  
                                          ULONG IoResult,  
                                          ULONG_PTR NumberOfBytesTransferred,  
                                          PTP_IO pIo)  
{  
    printf("OverlappedCompletionRoutine, transferred: %d bytes\n", NumberOfBytesTransferred);  
}  

HANDLE hFile = CreateFileW(L"d:\\a.txt", GENERIC_WRITE, 0, 0, CREATE_ALWAYS, FILE_FLAG_OVERLAPPED, 0); //设置异步IO的标志FILE_FLAG_OVERLAPPEDPTP_IO pio = CreateThreadpoolIo(hFile, OverlappedCompletionRoutine, NULL, NULL);//将设备对象和线程池的IO完成端口关联起来。  StartThreadpoolIo(pio);char buffer[10] = {"abcd"};OVERLAPPED ol = { 0 };//用0初始化OVERLAPPED的结构ol.Offset = 2;/从文件的第三个字节开始IO   

BOOL rt = WriteFile(hFile, buffer, 5, NULL, &ol);//发起一个异步写操作if(rt==FALSE && GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)){  
   ::Sleep(4000); 
   //do somethings... }else{
   CancelThreadpoolIo(pio); 
}WaitForThreadpoolIoCallbacks(pio,false);CloseHandle(hFile); 
CloseThreadpoolIo(pio);//关闭线程池io完成对象