linux异步IO的几种方法及重点案例

异步IO的方法

在Linux下，有几种常见的异步I/O（Asynchronous I/O）机制可供选择。以下是其中一些主要的异步I/O机制：

1. POSIX AIO（Asynchronous I/O）：POSIX AIO是一种标准的异步I/O机制，定义在POSIX标准中。它使用aio_read和aio_write等函数来进行异步读写操作，并使用回调函数或信号来通知I/O完成。

2. epoll：epoll是Linux特有的高性能I/O事件通知机制，使用较新的epoll API。它使用epoll_create、epoll_ctl和epoll_wait等函数来实现对多个文件描述符的异步监控和事件通知。

3. kqueue：kqueue是BSD系统中的异步I/O机制，在Linux上可通过libkqueue库使用。它使用kqueue、kevent和kqueue_wait等函数来实现对多个文件描述符的异步监控和事件通知。

4. IOCP（I/O Completion Ports）：IOCP是Windows系统提供的异步I/O机制，但也可以在Linux上使用。它使用I/O完成端口来实现对多个文件描述符的异步监控和事件通知。

这些异步I/O机制各自有其特点和适用场景。POSIX AIO是标准的异步I/O机制，可在不同的操作系统上使用，但在Linux上的实现可能较为有限。epoll和kqueue是针对Linux和BSD系统的高性能事件通知机制，适用于大规模的并发I/O操作。IOCP主要用于Windows系统，但在Linux上也可以使用，特别适合处理大量的并发网络I/O。

epoll的使用案例

下面是一个使用epoll异步I/O机制来监控多个文件描述符的简单示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>

#define MAX_EVENTS 10
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int epoll_fd, num_fds;
    struct epoll_event events[MAX_EVENTS];

    // 创建epoll实例
    epoll_fd = epoll_create1(0);
    if (epoll_fd == -1) {
        perror("epoll_create1");
        exit(1);
    }

    // 打开多个文件并将其添加到epoll监控列表中
    int file_fds[MAX_EVENTS];
    file_fds[0] = open("file1.txt", O_RDONLY);
    file_fds[1] = open("file2.txt", O_RDONLY);
    num_fds = 2;

    for (int i = 0; i < num_fds; i++) {
        struct epoll_event event;
        event.events = EPOLLIN;  // 监听读事件
        event.data.fd = file_fds[i];

        if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, file_fds[i], &event) == -1) {
            perror("epoll_ctl");
            exit(1);
        }
    }

    printf("Monitoring files...\n");

    // 进入事件循环
    while (1) {
        int num_ready = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if (num_ready == -1) {
            perror("epoll_wait");
            exit(1);
        }

        // 处理就绪事件
        for (int i = 0; i < num_ready; i++) {
            if (events[i].events & EPOLLIN) {
                // 可读事件发生
                int fd = events[i].data.fd;
                char buffer[BUFFER_SIZE];
                ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, BUFFER_SIZE - 1);
                if (bytes_read == -1) {
                    perror("read");
                    exit(1);
                }
                buffer[bytes_read] = '\0';
                printf("File descriptor %d: Read %zd bytes: %s\n", fd, bytes_read, buffer);
            }
        }
    }

    // 清理资源
    for (int i = 0; i < num_fds; i++) {
        close(file_fds[i]);
    }
    close(epoll_fd);

    return 0;
}

kqueue的使用案例

以下是一个使用kqueue异步I/O机制来监控多个文件描述符的简单示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/event.h>
#include <fcntl.h>

#define MAX_EVENTS 10
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int kq, num_fds;
    struct kevent events[MAX_EVENTS];

    // 创建kqueue实例
    kq = kqueue();
    if (kq == -1) {
        perror("kqueue");
        exit(1);
    }

    // 打开多个文件并将其添加到kqueue监控列表中
    int file_fds[MAX_EVENTS];
    file_fds[0] = open("file1.txt", O_RDONLY);
    file_fds[1] = open("file2.txt", O_RDONLY);
    num_fds = 2;

    for (int i = 0; i < num_fds; i++) {
        struct kevent event;
        EV_SET(&event, file_fds[i], EVFILT_READ, EV_ADD, 0, 0, NULL);

        if (kevent(kq, &event, 1, NULL, 0, NULL) == -1) {
            perror("kevent");
            exit(1);
        }
    }

    printf("Monitoring files...\n");

    // 进入事件循环
    while (1) {
        int num_ready = kevent(kq, NULL, 0, events, MAX_EVENTS, NULL);
        if (num_ready == -1) {
            perror("kevent");
            exit(1);
        }

        // 处理就绪事件
        for (int i = 0; i < num_ready; i++) {
            if (events[i].filter == EVFILT_READ) {
                // 可读事件发生
                int fd = events[i].ident;
                char buffer[BUFFER_SIZE];
                ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, BUFFER_SIZE - 1);
                if (bytes_read == -1) {
                    perror("read");
                    exit(1);
                }
                buffer[bytes_read] = '\0';
                printf("File descriptor %d: Read %zd bytes: %s\n", fd, bytes_read, buffer);
            }
        }
    }

    // 清理资源
    for (int i = 0; i < num_fds; i++) {
        close(file_fds[i]);
    }
    close(kq);

    return 0;
}