AIO in C

AIO, 即异步非阻塞I/O，允许了包括I/O与处理计算的重叠。在大量并发任务下，理论上可以提高相应的处理计算性能。在此简单记录一下C语言中的AIO，方便后续有需要时候查询。

在Unix中，所有的I/O本质上都是对文件描述符的一种操作。在AIO中对应的文件描述符为一个叫aiocb（AIO I/O Control Block）的结构体。这个结构体存储了关于当下传输的所有信息，包括一个用户端的数据缓存。当I/O完成或者产生异常时，aiocb可以用来唯一的标识这一个已经停止的I/O操作。aiocb的结构如下：

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struct aiocb {
 
  int aio_fildes;               // File Descriptor
  int aio_lio_opcode;           // Valid only for lio_listio (r/w/nop)
  volatile void *aio_buf;       // Data Buffer
  size_t aio_nbytes;            // Number of Bytes in Data Buffer
  struct sigevent aio_sigevent; // Notification Structure
 
  /* Internal fields */
  ...
};

aiocb相当于我们在标准I/O中的文件描述符，或者相当于网络I/O中的Socket。可以通过如下AIO API对一个aiocb进行操作：

API 介绍
aio_read 异步读操作
aio_error 检验异步请求状态
aio_return 获得一个已结束的I/O 的返回值
aio_write 异步写操作
aio_suspend 挂起当前进程，阻塞等待直到有一个或者多个异步请求结束（或者异常）
aio_cancel 取消一个异步请求
lio_listio 初始化一系列异步I/O操作

如下是一个简单的AIO调用：

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <aio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
	int fd, ret;
	struct aiocb read_aiocb;

	fd = open("test", O_RDONLY);
	if (fd < 0)
	{
		perror("open");
	}

	/* Zero out the aiocb structure (recommended) */
	bzero((char *)&read_aiocb, sizeof(struct aiocb));
	read_aiocb.aio_fildes = fd;
	read_aiocb.aio_buf = malloc(100);
	read_aiocb.aio_nbytes = 99;
	read_aiocb.aio_offset = 0;

	printf("calling aio...\n");
	if (aio_read(&read_aiocb) < 0)
	{
		perror("aio_read");
	}

	printf("do something else...\n");

	printf("use aio_suspend to block reading...\n");
	struct aiocb *cblist[1];
	bzero((char *)cblist, sizeof(cblist));
	cblist[0] = &read_aiocb;

	ret = aio_suspend(cblist, 1, NULL);

	printf("get: %s\n", read_aiocb.aio_buf);

	return 0;
}

同时，AIO也提供了通过信号以及通过回调的方式进行异步通知的方法。

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