Системное программирование в среде Windows

В главе 14 описывается асинхронный ввод/вывод, который предоставляет два метода, позволяющих выполнять множественные операции ввода/вывода параллельно с другими видами обработки. При этом использование нескольких потоков не является обязательным и требуется всего лишь один пользовательский поток.

В большинстве случаев программировать многопоточное выполнение проще, чем асинхронный ввод/вывод, и производительность в первом случае, как правило, выше. В то же время, без асинхронного ввода/вывода не обойтись, работая с портами завершения ввода/вывода, которые оказываются чрезвычайно полезными при построении масштабируемых серверов, способных взаимодействовать с большим количеством клиентов.

В главе 14 также рассматриваются таймеры ожидания.

Дополнительная литература

Эта тема подробно обсуждается в [21]. Драйверы устройств и их взаимодействие со службами в настоящей главе не рассматривались; соответствующая информация содержится, например, в [24].

Упражнения

13.1. Расширьте возможности службы serviceSK таким образом, чтобы она могла воспринимать команды приостановки.

13.2. При опросе состояния службы оболочка ServiceShell просто выводит соответствующие числовые данные. Расширьте возможности службы, обеспечив вывод информации о состоянии службы в текстовой форме.

13.3. Преобразуйте сервер serverNP (программа 11.3) в службу.

13.4. Видоизмените службу serviceSK, введя в нее средства регистрации событий. 

ГЛАВА 14 Асинхронный ввод/вывод и порты завершения

Операциям ввода и вывода присуща более медленная скорость выполнения по сравнению с другими видами обработки. Причиной такого замедления являются следующие факторы:

• Задержки, обусловленные затратами времени на поиск нужных дорожек и секторов на устройствах произвольного доступа (диски, компакт-диски).

• Задержки, обусловленные сравнительно низкой скоростью обмена данными между физическими устройствами и системной памятью.

• Задержки при передаче данных по сети с использованием файловых, серверов, хранилищ данных и так далее.

Во всех предыдущих примерах операции ввода/вывода выполняются синхронно с потоком, поэтому весь поток вынужден простаивать, пока они не завершатся.

В этой главе показано, каким образом можно организовать продолжение выполнения потока, не дожидаясь завершения операций ввода/вывода, что будет соответствовать выполнению потоками асинхронного ввода/вывода. Различные методики, доступные в Windows, иллюстрируются примерами.

Некоторые из этих методик используются в таймерах ожидания, которые также описываются в настоящей главе.

Наконец, что особенно важно, изучив стандартные асинхронные операции ввода/вывода, мы сможем использовать порты завершения ввода/вывода, которые оказываются чрезвычайно полезными при построении масштабируемых серверов, способных обеспечивать поддержку большого количества клиентов без создания для каждого из них отдельного потока. Программа 14.4 представляет собой модифицированный вариант разработанного ранее сервера, позволяющий использовать порты завершения ввода/вывода.

Обзор методов асинхронного ввода/вывода Windows

В Windows выполнение асинхронного ввода/вывода обеспечивается в соответствии с тремя методиками.

• Многопоточный ввод/вывод (Multihreaded I/O). Каждый из потоков внутри процесса или набора процессов выполняет обычный синхронный ввод/вывод, но при этом другие потоки могут продолжать свое выполнение.

• Перекрывающийся ввод/вывод (Overlapped I/O). Запустив операцию чтения, записи или иную операцию ввода/вывода, поток продолжает свое выполнение. Если потоку для продолжения выполнения требуются результаты ввода/вывода, он ожидает, пока не станет доступным соответствующий дескриптор или не наступит заданное событие. В Windows 9x перекрывающийся ввод/вывод поддерживается только для последовательных устройств, например именованных каналов.

• Процедуры завершения (или расширенный ввод/вывод) (Completion routines (extended I/O)). Когда наступает завершение операций ввода/вывода, система вызывает специальную процедуру завершения, выполняющуюся внутри потока. Расширенный ввод/вывод для дисковых файлов в Windows 9x не поддерживается.

Многопоточный ввод/вывод с использованием именованных каналов применен в сервере с многопоточной поддержкой, который рассматривался в главе 11. Программа grepMT (программа 7.1) управляет параллельным выполнением операций ввода/вывода с участием нескольких файлов. Таким образом, мы уже располагаем рядом программ, которые выполняют многопоточный ввод/вывод и тем самым обеспечивают одну из форм асинхронного ввода/вывода.