嵌入式linux中文站向廣大嵌入式linux愛好者介紹一下嵌入式linux系統的I/O機制。

Linux的I/O機制經歷了一下幾個階段的演進：
1. 同步阻塞I/O: 用戶進程進行I/O操作，一直阻塞到I/O操作完成為止。
2. 同步非阻塞I/O: 用戶程序可以通過設置文件描述符的屬性O_NONBLOCK，I/O操作可以立即返回，但是并不保證I/O操作成功。
3. 異步事件阻塞I/O: 用戶進程可以對I/O事件進行阻塞，但是I/O操作并不阻塞。通過select/poll/epoll等函數調用來達到此目的。
4. 異步時間非阻塞I/O: 也叫做異步I/O(AIO)，用戶程序可以通過向內核發出I/O請求命令，不用等帶I/O事件真正發生，可以繼續做
?????????? 另外的事情，等I/O操作完成，內核會通過函數回調或者信號機制通知用戶進程。這樣很大程度提高了系統吞吐量。
??????????
下面就AIO做詳細介紹：
要使用aio的功能，需要include頭文件aio.h，在編譯連接的時候需要加入POSIX實時擴展庫rt.下面就aio庫的使用做介紹。
1. AIO整個過程所使用的數據存放在一個結構體中，struct aiocb,aio control block.看看頭文件中的定義：

/* Asynchronous I/O control block.? */
struct aiocb
{
? int aio_fildes;?????????????? /* File desriptor.? */ 需要在哪個文件描述符上進行I/O
? int aio_lio_opcode;?????????? /* Operation to be performed.? */ 這個是針對批量I/O的情況有效，讀寫操作類型
? int aio_reqprio;????????????? /* Request priority offset.? */ 請求優先級（If? _POSIX_PRIORITIZED_IO? is defined, and this file supports it, then the
?????????????????????????????????????? asynchronous operation is submitted at a priority equal to that of the
?????????????????????????????????????? calling process minus aiocbp->aio_reqprio.）
? volatile void *aio_buf;?????? /* Location of buffer.? */ 具體內容，數據緩存
? size_t aio_nbytes;??????????? /* Length of transfer.? */ 數據緩存的長度
? struct sigevent aio_sigevent; /* Signal number and value.? */ 用于異步I/O完成后的通知。

?內部實現使用的數據成員。
? /* Internal members.? */
? struct aiocb *__next_prio;
? int __abs_prio;
? int __policy;
? int __error_code;
? __ssize_t __return_value;

#ifndef __USE_FILE_OFFSET64
? __off_t aio_offset;?????????? /* File offset.? */
? char __pad[sizeof (__off64_t) - sizeof (__off_t)];
#else
? __off64_t aio_offset;???????? /* File offset.? */ 文件讀寫偏移
#endif
? char __unused[32];
};

2. int aio_read(struct aiocb *aiocbp);
異步讀操作，向內核發出讀的命令，傳入的參數是一個aiocb的結構，比如
struct aiocb myaiocb;
memset(&aiocb , 0x00 , sizeof(myaiocb));
myaiocb.aio_fildes = fd;
myaiocb.aio_buf = new char[1024];
myaiocb.aio_nbytes = 1024;
if (aio_read(&myaiocb) != 0)
{
? printf("aio_read error:%s\n" , strerror(errno));
? return false;
}

3. int aio_write(struct aiocb *aiocbp);
異步寫操作，向內核發出寫的命令，傳入的參數仍然是一個aiocb的結構，當文件描述符的O_APPEND
標志位設置后，異步寫操作總是將數據添加到文件末尾。如果沒有設置，則添加到aio_offset指定的
地方，比如：
struct aiocb myaiocb;
memset(&aiocb , 0x00 , sizeof(myaiocb));
myaiocb.aio_fildes = fd;
myaiocb.aio_buf = new char[1024];
myaiocb.aio_nbytes = 1024;
myaiocb.aio_offset = 0;
if (aio_write(&myaiocb) != 0)
{
? printf("aio_read error:%s\n" , strerror(errno));
? return false;
}

4. int aio_error(const struct aiocb *aiocbp);
如果該函數返回0，表示aiocbp指定的異步I/O操作請求完成。
如果該函數返回EINPROGRESS，表示aiocbp指定的異步I/O操作請求正在處理中。
如果該函數返回ECANCELED，表示aiocbp指定的異步I/O操作請求已經取消。
如果該函數返回-1，表示發生錯誤，檢查errno。

5. ssize_t aio_return(struct aiocb *aiocbp);
這個函數的返回值相當于同步I/O中，read/write的返回值。只有在aio_error調用后
才能被調用。

6. int aio_cancel(int fd, struct aiocb *aiocbp);
取消在文件描述符fd上的aiocbp所指定的異步I/O請求。
如果該函數返回AIO_CANCELED，表示操作成功。
如果該函數返回AIO_NOTCANCELED，表示取消操作不成功，使用aio_error檢查一下狀態。
如果返回-1，表示發生錯誤，檢查errno.

7. int lio_listio(int mode, struct aiocb *restrict const list[restrict],
???????????? int nent, struct sigevent *restrict sig);
使用該函數，在很大程度上可以提高系統的性能，因為再一次I/O過程中，OS需要進行
用戶態和內核態的切換，如果我們將更多的I/O操作都放在一次用戶太和內核太的切換中，
減少切換次數，換句話說在內核盡量做更多的事情。這樣可以提高系統的性能。

用戶程序提供一個struct aiocb的數組，每個元素表示一次AIO的請求操作。需要設置struct aiocb
中的aio_lio_opcode數據成員的值，有LIO_READ，LIO_WRITE和LIO_NOP。
nent表示數組中元素的個數。最后一個參數是對AIO操作完成后的通知機制的設置。

8. 設置AIO的通知機制，有兩種通知機制：信號和回調
(1).信號機制
?首先我們應該捕獲SIGIO信號，對其作處理：
?struct sigaction sig_act;
?sigempty(&sig_act.sa_mask);
?sig_act.sa_flags = SA_SIGINFO;
? sig_act.sa_sigaction = aio_handler;
?
? struct aiocb myaiocb;
? bzero( (char *)&myaiocb, sizeof(struct aiocb) );
? myaiocb.aio_fildes = fd;
? myaiocb.aio_buf = malloc(BUF_SIZE+1);
? myaiocb.aio_nbytes = BUF_SIZE;
? myaiocb.aio_offset = next_offset;
?
? myaiocb.aio_sigevent.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
? myaiocb.aio_sigevent.sigev_signo = SIGIO;
? myaiocb.aio_sigevent.sigev_value.sival_ptr = &myaiocb;

? ret = sigaction( SIGIO, &sig_act, NULL );

?信號處理函數的實現：
?void aio_handler( int signo, siginfo_t *info, void *context )
?{
? struct aiocb *req;
?
? if (info->si_signo == SIGIO) {
??? req = (struct aiocb *)info->si_value.sival_ptr;
???
??? if (aio_error( req ) == 0) {
????? ret = aio_return( req );
??? }
? }
? return;
}

(2). 回調機制
需要設置：
myaiocb.aio_sigevent.sigev_notify = SIGEV_THREAD
my_aiocb.aio_sigevent.notify_function = aio_handler;

回調函數的原型：
typedef void (* FUNC_CALLBACK)(sigval_t sigval);

AIO機制為服務器端高并發應用程序提供了一種性能優化的手段。加大了系統吞吐量。