C# Windows異步I/O操做

一、簡介

關於Windows的異步I/O操做,只要解決的是同步I/O操做的線程利用率問題,經過異步I/O Api來提高線程的利用率,提高系統的吞吐能力,將各類I/O操做交給線程池而後交由硬件設備執行,期間徹底不佔用線程和CPU資源.

 

二、同步I/O存在的問題

當編寫同步I/O操做時,在硬件設備執行I/O操做的期間,當前線程會等待硬件設備完成執行,因此這個時候主線程處於休眠狀態(Windows控制),爲了防止主線程浪費CPU時間,可是雖然不浪費時間,它仍是會浪費內存！

        static string _filePath = @"C:\Users\zhengchao\Desktop\測試文件.txt";
        static void Main(string[] args)
        {
            //打開目標文件,並進行只讀操做(FileAccess.Read文件的操做權限)
            using (var stream = new FileStream(_filePath,FileMode.Open,FileAccess.Read))
            {
                //打開磁盤文件後,先申明一個和流大小同樣的字節數組
                var contentBytes = new byte[stream.Length];

                //調用Read方法,當前主線程的託管代碼轉換爲用戶模式代碼,接着Read會調用Win32 ReadFile函數
                //ReadFile分配一個小的數據結構,即I/O請求包(I/O Request Packet,IRP),IRP結構包含以下內容
                //文件句柄(關於文件句柄,能夠在FileStream種給定IntPtr對象實例)
                //文件的偏移量(即你想從那個位置開始讀取文件,可在Read方法種給定offset參數)
                //一個Byte數組的地址,即給定Read方法成功讀取內容後,須要將內容填充至哪裏

                //此時當前主線的託管代碼已經轉換爲用戶模式代碼,開啓向內核傳遞IRP數據,根據IRP種的設備句柄,Windows
                //知道要將I/O請求傳遞給哪一個硬件設備,所以,Windows知道將IRP傳送給對應的設備驅動程序的IRP隊列,每一個
                //設備驅動程序都維護者本身的IRP隊列,其中運行者設備上全部進程發出的I/O請求,接着設備驅動程序會將IRP信息
                //發送給物理設備上安裝的電路板,開始執行對應的I/O操做

                //可是,在電路板執行I/O操做的期間,當前線程會等待電路板完成執行,因此這個時候主線程處於休眠狀態(Windows控制)
                //爲了防止主線程浪費CPU時間,可是雖然不浪費時間,它仍是會浪費內存！

                //最後,硬件設備完成I/O操做,Windows會喚起主線程,這個時候內核代碼會轉變成爲託管代碼,最後Read方法會拿到
                //一個int32值,該值說明從文件種讀取的實際字節數,使你知道在傳給Read的byte[]參數時,實際能傳遞什麼值
                var readResult=stream.Read(contentBytes, 0,contentBytes.Length);
                Console.WriteLine(contentBytes.ConvertToString());
            }

            Console.ReadKey();
        }


    }
    public static class ByteExtension
    {
        public static string ConvertToString(this byte[] bytes)
        {
            return Encoding.Default.GetString(bytes);
        }
    }

關於Windows如何執行同步I/O操做的過程,代碼種都由說明,可是明顯同步的方式,CPU利用率很低.