Windows核心编程学习笔记(20)--同步设备I/O与异步设备I/O1

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1. 打开和关闭设备

首先看下Windows常用的设备和打开他们的函数：

根据上述表格打开一个设备后获得一个用来标志设备的句柄，可以将该句柄传给其他函数来与设备进行通信。

例如：调用SetCommConfig设置串口的波特率，调用SetMailslotInfo设置一个超时值。

完成操作后要使用CloseHandle关闭句柄，特殊的套接字使用closesocket关闭。

如果有一个设备句柄可以使用GetFileType传入设备句柄来获得设备的类型，返回值为：

• FILE_TYPE_UNKNOW：位置类型
• FILE_TYPE_DISK：磁盘文件
• FILE_TYPE_CHAR：字符文件，一般说是一个并口设备或控制台
• FILE_TYPE_PIPE：命名管道或匿名管道

2. 细看CreateFile函数

就如上面表格中所示，CreateFile函数可以创建和打开磁盘文件还可以打开许多其他设备，打开失败返回INVALID_HANDLE_VALUE。

HANDLE
CreateFileW(
	LPCWSTR lpFileName,		// 设备的类型或该设备的某个实例;
	DWORD dwDesiredAccess,
	DWORD dwShareMode,
	LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
	DWORD dwCreationDisposition,
	DWORD dwFlagsAndAttributes,
	HANDLE hTemplateFile
	);

• dwDesiredAccess：指定何种方式和设备进行传输，常用的有：

0：不允许读取设备或向设备写入，只允许改变设备的配置

GENERIC_READ：允许只读访问

GENERIC_WRITE：允许只写访问

GENERIC_READ | GENERIC_WRITE：读写访问

• dwShareMode：指定设备的共享特权，当我们打开设备之后并在关闭该句柄之前，该参数可以控制其他CreateFIle对该设备的打开，常用参数有：

0：独占对设备的访问

FILE_SHARE_READ：允许只读打开该设备

FILE_SHARE_WRITE：允许只写打开该设备

FILE_SHARE_READ |  FILE_SHARE_WRITE：允许读写打开该设备

FILE_SHARE_DELETE：对文件而言，允许删除，当有操作将文件删除，则先标记，当该文件全部的句柄关闭后，将删除该文件

• lpSecurityAttributes：安全属性，设置是否可以被继承
• dwCreationDisposition：通常对文件而言最用大点，打开设备只能指定OPEN_EXISTING参数，常用参数有：

CREATE_NEW：创建一个新文件，如果存在则失败

CREATE_ALWAYS：无论是否存在，创建一个新文件

OPEN_EXISTING：打开以后文件或设备，不存在则失败

OPEN_ALWAYS：打开一个以后文件，不存在则创建新文件

TRUNCATE_EXISTING：打开已有文件，并将文件大小截断为0，不存在则失败

• dwFlagsAndAttributes：设置一些标志来微调设备之间的通信，如果是文件，还能设置文件属性。当最后一个参数hTemplateFile为NULL时才可用，常用的参数有，还有其他属性请参考MSDN：

1. 高速缓存标志

FILE_FLAG_NO_BUFFER：标志在访问文件的时候不要使用任何数据缓存，读大文件的时候为了防止读取失败，需要设置该标志

FILE_FLAG_SEQUENTIAL_SCAN：标志将要顺序读取文件，该种情况下，系统从文件中读取的数据流会超过我们需要的数量，减少访问次数

FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS：标志不要提前读取文件数据

FILE_FLAG_THROUGH：标志禁止对文件写入操作进行缓存以减少数据丢失的可能性，每次写入文件都直接写入到磁盘

2. 其他标志

FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE：标志所有句柄关闭后将删除文件，通常和文件属性标志中的FILE_ATTRUBUTE_TEMPORARY一起使用

FILE_FLAG_BACKUP_SEMANTICS：一般用于备份和恢复软件，也可以使用该标志来打开一个目录句柄

FILE_FLAG_POSIX_SEMANTICS：标志打开或创建文件时以徐芬大小写的方式查找文件名

FILE_FLAG_OPEN_REPARSE_POINT：标志忽略文件的冲解析属性，不推荐使用

FILE_FLAG_OPEN_NO_RECALL：标志系统不要将文件内容从脱机存储器回复到联机存储器

FILE_FLAG_OVERLAPPED：标志想要以异步方式来访问设备

3. 文件属性标志

FILE_ATTRIBUTE_ARCHIVE：标志文件是一个存档文件，即待备份或待删除，默认为该标志

FILE_ATTRIBUTE_ENCRYPTED：标志文件是经过加密的

FILE_ATTRIBUTE_HIDDEN：标志文件是隐藏的

FILE_ATTRIBUTE_NORMAL：没有其他属性，只有单独使用的时候，这个标志才有效

FILE_ATTRIBUTE_NOT_CONTENT_INDEXED：标志内容索引服务不会对文件进行索引

FILE_ATTRIBUTE_OFFLINE：标志文件虽然存在，但文件已经被转移到脱机存储器中

FILE_ATTRIBUTE_READONLY：标志文件是只读的，不能写入或删除文件

FILE_ATTRIBUTE_SYSTEM：标志文件是操作系统的一部分或专供操作系统使用

FILE_ATTRIBUTE_TEMPORARY：标志文件数据只会使用一小段时间，文件系统会尽量将文件数据保存在内存中而不是硬盘

• hTemplateFile：既可以标识一个已经打开的文件的句柄，也可以为NULL，当不为NULL时，会忽略dwFlagsAndAttributes所有属性，使用hTemplateFile所标识的文件属性，hTemplateFile必须是使用GENERIC_READ打开的文件，如果CreateFile要打开已有的文件（而不是创建文件），那么它会忽略hTemplateFile参数

3. 使用文件设备

Windows使用64位的值来管理文件，所以理论上能处理的文件可以达到16EB

• 取得文件大小

最简单是使用GetFileEx来获取：

BOOL
GetFileSizeEx(
	HANDLE hFile,				// 文件句柄;
	PLARGE_INTEGER lpFileSize	// 用来返回文件大小的64位值;
	);

第二种是使用GetCompressedFileSize，返回的是文件的物理大小，而GetFileSizeEx返回的是逻辑大小，例如假设一个文件100KB，压缩后85KB，则逻辑大小为100KB，而物理大小为85KB：

DWORD	// 返回文件大小的低位;
GetCompressedFileSizeW(
	LPCWSTR lpFileName,		// 文件名;
	LPDWORD  lpFileSizeHigh	// 返回文件大小的高位;
	);

• 设置文件指针的位置

文件内核对象有一个文件指针，是一个64位偏移量，表示下次在哪里读取或者写入。

每个文件内核对象都有自己的文件指针，通过DuplicateHandle复制的文件句柄也共用一个文件指针

如果需要随机访问文件，则我们可以调用SetFilePointerEx来改变文件指针：

BOOL
	SetFilePointerEx(
	HANDLE hFile,						// 文件句柄;
	LARGE_INTEGER liDistanceToMove,		// 想要把指针移动多少字节;
	PLARGE_INTEGER lpNewFilePointer,	// 返回新的指针位置，可以为NULL;
	DWORD dwMoveMethod					// 指定第二个参数相对移动的起始位置;
	);

最后一个参数可以有如下值：

FILE_BEGIN：文件对象的文件指针将被设为liDistanceToMove参数指定的值，此时该参数是一个无符号64位值

FILE_CURRENT：文件对象的文件指针将与liDistanceToMove参数相加，此时该参数是一个有符号64位值

FILE_END：文件对象的指针被设置为文件的逻辑大小加上liDistanceToMove参数，此时该参数是一个有符号64位值

最后文件指针的操作需要注意下面几项：

• 将文件指针的值设为超过大小是正当操作，除非是在该位置写入或者调用SetEndOfFile，否则这样做不会增加文件实际大小
• 如果SetFilePointerEx操作的文件是使用FILE_FLAG_NO_BUFFER打开，则文件指针只能被设置为扇区大小的整数倍
• Windows没有提供GetFilePointerEx函数，但是可以将liDistanceToMove参数设置为0，并设置FILE_CURRENT来获得当前指针

• 设置文件尾

通常在文件关闭的时候，系统会负责设置文件尾，当我们需要将文件强制变的更大或更小，我们可以使用SetEndOfFile自己设置文件尾，例如下面代码：

	HANDLE hFile = CreateFile( TEXT("Test.txt"), GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL,
		CREATE_ALWAYS, 0, NULL );

	// 设置文件指针;
	LARGE_INTEGER li = {0};
	li.LowPart = 1024*1024;
	SetFilePointerEx( hFile, li, NULL, FILE_BEGIN );

	// 强制将文件设置为1MB;
	SetEndOfFile(hFile);

4. 执行同步设备I/O

最常用对设备数据进行的操作就是读和写，使用ReadFile和WriteFile来实现（不单单指对文件）：

// 只能用于GENERIC_READ标志打开的设备;
BOOL
ReadFile(
	HANDLE hFile,					// 设备句柄;
	LPVOID lpBuffer,				// 读取缓冲区;
	DWORD nNumberOfBytesToRead,		// 读取的字节数;
	LPDWORD lpNumberOfBytesRead,	// 返回实际读取的字节数;
	LPOVERLAPPED lpOverlapped		// 用来设置异步访问，同步访问必须为NULL;
	);

// 只能用于GENERIC_WRITE标志打开的设备;
BOOL
WriteFile(
	HANDLE hFile,					// 设备句柄;
	LPCVOID lpBuffer,				// 写入缓冲区;
	DWORD nNumberOfBytesToWrite,	// 写入的字节数;
	LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,	// 返回实际写入的字节数;
	LPOVERLAPPED lpOverlapped		// 用来设置异步访问，同步访问必须为NULL;
	);

另外一个常用函数是FlushFileBuffers，该函数强制将与hFile参数表示的设备相关联的所有缓存数据写入设备。

Windows Visita及以上提供了同步I/O的取消操作：

当进行同步I/O时，会阻塞当前调用的线程，直到操作返回，当线程正在因为进行同步I/O而挂起时，我们可以使用CancelSynchronousIo来取消同步I/O操作：

BOOL
CancelSynchronousIo(
	HANDLE hThread		// 线程句柄;
	);

hThread是OpenThread打开的时候必须包括THREAD_TERMINATE访问权限

如果指定的线程是因为同步I/O而挂起，调用该函数后可以将线程唤醒，此时同步I/O就会调用失败，该函数返回TRUE

如果调用线程不是因为同步I/O而挂起时，则该函数返回FLASE