C# Windows異步I/O操作

1、簡介

關於Windows的異步I/O操作,只要解決的是同步I/O操作的線程利用率問題,通過異步I/O Api來提升線程的利用率,提升系統的吞吐能力,將各種I/O操作交給線程池然后交由硬件設備執行,期間完全不占用線程和CPU資源.

 

2、同步I/O存在的問題

當編寫同步I/O操作時,在硬件設備執行I/O操作的期間,當前線程會等待硬件設備完成執行,所以這個時候主線程處於休眠狀態(Windows控制),為了防止主線程浪費CPU時間,但是雖然不浪費時間,它還是會浪費內存！

        static string _filePath = @"C:\Users\zhengchao\Desktop\測試文件.txt";
        static void Main(string[] args)
        {
            //打開目標文件,並進行只讀操作(FileAccess.Read文件的操作權限)
            using (var stream = new FileStream(_filePath,FileMode.Open,FileAccess.Read))
            {
                //打開磁盤文件后,先申明一個和流大小一樣的字節數組
                var contentBytes = new byte[stream.Length];

                //調用Read方法,當前主線程的托管代碼轉換為用戶模式代碼,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結構包含如下內容
                //文件句柄(關於文件句柄,可以在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方法成功讀取內容后,需要將內容填充至哪里

                //此時當前主線的托管代碼已經轉換為用戶模式代碼,開啟向內核傳遞IRP數據,根據IRP種的設備句柄,Windows
                //知道要將I/O請求傳遞給哪個硬件設備,因此,Windows知道將IRP傳送給對應的設備驅動程序的IRP隊列,每個
                //設備驅動程序都維護者自己的IRP隊列,其中運行者設備上所有進程發出的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操作

                //但是,在電路板執行I/O操作的期間,當前線程會等待電路板完成執行,所以這個時候主線程處於休眠狀態(Windows控制)
                //為了防止主線程浪費CPU時間,但是雖然不浪費時間,它還是會浪費內存！

                //最后,硬件設備完成I/O操作,Windows會喚起主線程,這個時候內核代碼會轉變成為托管代碼,最后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);
        }
    }

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