C# Windows异步I/O操作

1、简介

关于Windows的异步I/O操作,只要解决的是同步I/O操作的线程利用率问题,通过异步I/O Api来提升线程的利用率,提升系统的吞吐能力,将各种I/O操作交给线程池然后交由硬件设备执行,期间完全不占用线程和CPU资源.

 

2、同步I/O存在的问题

当编写同步I/O操作时,在硬件设备执行I/O操作的期间,当前线程会等待硬件设备完成执行,所以这个时候主线程处于休眠状态(Windows控制),为了防止主线程浪费CPU时间,但是虽然不浪费时间,它还是会浪费内存！

        static string _filePath = @"C:\Users\zhengchao\Desktop\测试文件.txt";
        static void Main(string[] args)
        {
            //打开目标文件,并进行只读操作(FileAccess.Read文件的操作权限)
            using (var stream = new FileStream(_filePath,FileMode.Open,FileAccess.Read))
            {
                //打开磁盘文件后,先申明一个和流大小一样的字节数组
                var contentBytes = new byte[stream.Length];

                //调用Read方法,当前主线程的托管代码转换为用户模式代码,接着Read会调用Win32 ReadFile函数
                //ReadFile分配一个小的数据结构,即I/O请求包(I/O Request Packet,IRP),IRP结构包含如下内容
                //文件句柄(关于文件句柄,可以在FileStream种给定IntPtr对象实例)
                //文件的偏移量(即你想从那个位置开始读取文件,可在Read方法种给定offset参数)
                //一个Byte数组的地址,即给定Read方法成功读取内容后,需要将内容填充至哪里

                //此时当前主线的托管代码已经转换为用户模式代码,开启向内核传递IRP数据,根据IRP种的设备句柄,Windows
                //知道要将I/O请求传递给哪个硬件设备,因此,Windows知道将IRP传送给对应的设备驱动程序的IRP队列,每个
                //设备驱动程序都维护者自己的IRP队列,其中运行者设备上所有进程发出的I/O请求,接着设备驱动程序会将IRP信息
                //发送给物理设备上安装的电路板,开始执行对应的I/O操作

                //但是,在电路板执行I/O操作的期间,当前线程会等待电路板完成执行,所以这个时候主线程处于休眠状态(Windows控制)
                //为了防止主线程浪费CPU时间,但是虽然不浪费时间,它还是会浪费内存！

                //最后,硬件设备完成I/O操作,Windows会唤起主线程,这个时候内核代码会转变成为托管代码,最后Read方法会拿到
                //一个int32值,该值说明从文件种读取的实际字节数,使你知道在传给Read的byte[]参数时,实际能传递什么值
                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);
        }
    }

关于Windows如何执行同步I/O操作的过程,代码种都由说明,但是明显同步的方式,CPU利用率很低.