PoEdu - Windows階段班 【Po學校】 Lesson004_003-1 IO操做

• Windows編程 Lesson004_003-1 IO操做

  • 001 什麼是Windows的IO：（Input / Output）
  • 從編程語言角度來看IO操做有：標C中的printf與scanf就是IO操做、C++中有cout與cint也是IO操做，打開文件等都是IO操做。
  • windows平臺上的IO有幾類：
  • 1 操做文件
  • 2 外部設備操做，對於全部「設備」的操做，都是IO操做。設備概念：除了內存之外，均可以稱之爲設備 。
  • 常見外部設備有 1硬盤（文件）
  • 3 網絡通訊
  • 002 完成端口機制
  • 完成端口機制 由來：
  • windows是 「多任務，多線程」的操做系統，在多核CPU上，windows操做系統有完善的並行處理機制，經過多核，並行多線程執行程序； 現在計算機的瓶頸，不在是CPU的速度，或內存速度，或內存大小等因素，瓶頸在於「外部設備（硬盤）」之上。IO操做外部設備，特別是硬盤文件的IO操做上，外部設備響應速度跟不上，線程會被掛起；爲了不這種IO操做上的瓶頸，就有了「完成端口機制」。
  • 完成端口機制 流程：
  • 當有IO請求發起，「完成端口機制」是先接收到請求，不去等待外部設備的IO操做完成，而是直接返回，先去處理其它任務；直到IO操做完成後發起通知，纔去處理IO完成後的任務。
  • 003 文件內核對象的理解
  • IO操做：
  • 1 與文件之間的IO操做
  • 2 和目錄之間的IO操做
  • 3 與邏輯磁盤之間的IO操做
  • 4 與物理磁盤之間的IO操做
  • 5 串口IO操做
  • 6 並口IO操做
  • 7 郵件槽IO操做 （少見）
  • 8 命名管道IO操做
  • 9 匿名管道IO操做
  • 10 套接字IO操做
  • 11 控制檯IO操做 （少見）
  • 設備的抽象概念：文件、目錄、邏輯磁盤、物理磁盤、串口、並口、等，均可以當作」設備「；
  • 文件格式
  • 二進制文件
  • 文本文件
  • 目標文件
  • 超文本
  • ……等等
  • 文件內核的由來：
  • 文件、目錄、邏輯磁盤，本質上是windows爲了方便管理，爲用戶虛擬出來的二進制數據。二進制數據有了一些」文件「的屬性後，它就是文件，文件屬性設置了屬於哪一個」目錄「，就有了目錄；目錄創建之初，設置屬性屬於哪一個」邏輯磁盤「，就有了邏輯分區。這一套」文件「管理機制，由windows操做系統來維護管理：」文件內核對象「是最爲關鍵所在。
  • 磁盤上的文件，本質上是一段存放在磁盤扇區上的二進制數據，打開了文件，這段」二進制數據「就要加載進內存，那麼問題來了：操做系統如何肯定」二進制數據「的大小？或者說：從哪裏起始，加載進入內存，又在在哪裏肯定邊界？——用C++的面向對象來理解：操做系統能夠設計一個專門的類（或結構體），來處理初始化」二進制數據「，使其構形成爲文件。實際上windows操做系統上，設計了專門的結構體，來處理文件的初始化。而這些結構體都保存在內核裏面，因此「文件類」產生的對象，就是「文件內核對象」。
  • 內核當中存在的類或結構體，咱們不能直接new出一個對象，windows操做系統提供了系列win32API 來獲取文件內核對象。
  • 004 全部的設備類型的講解
  • 串口、並口 ：兩種不一樣的接口，表明兩種不一樣的通訊方式。串口是經過電話線發送型號，單通道；並口是8通道。
  • 郵件槽 ： 局域網中， 一對多的服務或傳輸方式。
  • 管道 ： 命名管道，局域網中一對一的傳輸方式。匿名管道，主要用於本機之間通訊。
  • 本機之間爲何還要匿名管道呢？實際上，本機中，進程與進程之間隔離，相對獨立，匿名管道就提供了通訊傳輸的渠道。
  • 固然也能夠採用套接字Socket通訊。
  • 套接字 Socket: 報文或數據流傳輸，經過網絡。
  • 網絡社會基於套接字來傳輸。
  • 005 R3層和R0層文件對象的交互

   

   

  • 文件對象交互流程：
  • APP應用程序-->
  • "打開並讀取磁盤文件xxx.txt" -->
  • 調用win32API函數 -->
  • 經過R3層檢測 -->
  • R0層找到文件所在 -->
  • 文件內核管理 加載文件到內存 -->
    這裏會根據文件類型來決定，是否讀取文件。
  • 構造「文件內核對象」 （內核對象表明文件所在空間） -->
  • • • • • • • • • • 以「文件內核對象」來作標識標記 ，存放在內存中 -->
                      此時會有文件的系列信息表生成，把信息表裏的部分數據傳遞出去，內核對象不對暴露出去，只有經過驗證事後，才能操做內核對象，內核層纔是安全的。
                      • 內存中有了文件內核對象，則返回用戶層R3層，通知用戶，打開成功 <--||
  • • 文件打開成功 -->
    • 經過R3層，通知API函數 -->
    • 返回的是「文件內核對象」的句柄 -->
      並不會返回「文件內核對象」自己，由於R0層和R3層是中斷的（不在一個位面）。只能是額外的開闢一塊區域，R0層把參數傳到這塊區域後，R3層來讀取。R3層能得到的，只是「文件內核對象」的一個編號，這個編號就是「句柄」，它對應了文件內核對象的所在。
    • 得到文件內核對象的句柄後，再次發起「讀取」文件的請求 -->
    • 告訴R3層，要讀取的內核對象是哪一個？（句柄的意義） -->
    • 經過R3層的檢測 -->
    • • • • • • • 來到R0層 -->
                  • 文件內核管理模塊，解讀句柄，獲取必要參數 -->
                    • 指向開闢的共享區域的文件所在，讓R3層讀取具體文件信息 <--||
  • 句柄： 表明了某個「內核對象」，內核對象是一類事務的抽象
  • 006 設備的打開方式 初步整理：

   

   

  • 文件 CreateFile(路徑名或UNC路徑)
  • UNC路徑：局域網路徑
  • 目錄 CreateFile(路徑名或UNC路徑)
  • 須要FILE_FLAG_BACKUP_SEMANTICS標誌
  • 邏輯磁盤 CreateFile(\\.\?:)
  • 「\\.」表明 本機；
  • 「？」表明 盤符；
  • 物理磁盤 CreateFile(\\.\PHYSICALDRIVE?)
  • 固定格式：\PHYSICALDRIVE?
  • "\PHYSICALDRIVE" 表明物理磁盤;
  • "?" 這裏表明物理磁盤的編號，通常爲數字。
  • 串口 CreateFile(COM?)
  • 並口 CreateFile(LPT?)
  • 郵件槽服務器 CreateMailslot(\\.\mailslot\郵件槽名)
  • 郵件槽客戶端 CreateFile(\\servername\mailslot\郵件槽名)
  • 命名管道服務器 CreateNamePipe(\\.\pipe\管道名)
  • 命名管道客戶端 CreateFile(\\servername\pipe\管道名)
  • 匿名管道 CreatePipe
  • 套接字 Socket , accept