面试题：C语言Linux文件I/O异步操作优化

实现思路

初始化异步I/O上下文：使用aio_context_t结构体来管理异步I/O操作，通过io_setup函数初始化上下文。
准备异步I/O请求：填充struct iocb结构体，指定文件描述符、操作类型（读或写）、数据缓冲区、偏移量等信息。
提交异步I/O请求：使用io_submit函数将iocb结构体提交到异步I/O上下文，让内核开始执行异步操作。
等待异步I/O完成：使用io_getevents函数等待异步I/O操作完成，并获取操作结果。可以设置超时时间，避免无限期等待。

关键函数

io_setup：初始化异步I/O上下文。
```
int io_setup(unsigned nr, aio_context_t *ctxp);
```
- nr：指定上下文可以处理的最大请求数。
- ctxp：指向aio_context_t结构体的指针，用于存储初始化后的上下文。
io_destroy：销毁异步I/O上下文。
```
int io_destroy(aio_context_t ctx);
```
- ctx：要销毁的异步I/O上下文。
io_submit：提交异步I/O请求。
```
int io_submit(aio_context_t ctx, long nr, struct iocb **iocbpp);
```
- ctx：异步I/O上下文。
- nr：要提交的请求数量。
- iocbpp：指向struct iocb指针数组的指针。
io_getevents：等待异步I/O操作完成并获取结果。
```
int io_getevents(aio_context_t ctx, long min_nr, long max_nr, struct io_event *events, struct timespec *timeout);
```
- ctx：异步I/O上下文。
- min_nr：最少等待完成的请求数。
- max_nr：最多获取的完成请求数。
- events：用于存储完成事件的struct io_event数组。
- timeout：等待的超时时间，如果为NULL则无限期等待。

代码示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <aio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define BUFFER_SIZE 1024
#define MAX_REQUESTS 10

int main() {
    aio_context_t ctx;
    struct iocb iocbs[MAX_REQUESTS];
    struct io_event events[MAX_REQUESTS];
    char buffers[MAX_REQUESTS][BUFFER_SIZE];
    int file_descriptors[MAX_REQUESTS];
    int num_files = 5;

    // 初始化异步I/O上下文
    if (io_setup(MAX_REQUESTS, &ctx) != 0) {
        perror("io_setup");
        return 1;
    }

    // 打开文件并准备异步I/O请求
    for (int i = 0; i < num_files; i++) {
        char filename[20];
        snprintf(filename, sizeof(filename), "file%d.txt", i);
        file_descriptors[i] = open(filename, O_RDONLY);
        if (file_descriptors[i] == -1) {
            perror("open");
            continue;
        }

        memset(&iocbs[i], 0, sizeof(struct iocb));
        io_prep_pread(&iocbs[i], file_descriptors[i], buffers[i], BUFFER_SIZE, 0);
    }

    // 提交异步I/O请求
    if (io_submit(ctx, num_files, (struct iocb **)&iocbs) != num_files) {
        perror("io_submit");
        goto cleanup;
    }

    // 等待异步I/O完成
    if (io_getevents(ctx, num_files, num_files, events, NULL) != num_files) {
        perror("io_getevents");
        goto cleanup;
    }

    // 处理读取结果
    for (int i = 0; i < num_files; i++) {
        if (events[i].res < 0) {
            perror("read error");
        } else {
            printf("Read %ld bytes from file%d.txt: %.*s\n", events[i].res, i, (int)events[i].res, buffers[i]);
        }
        close(file_descriptors[i]);
    }

cleanup:
    // 销毁异步I/O上下文
    io_destroy(ctx);
    return 0;
}

此代码示例展示了如何使用异步I/O在Linux系统中并行读取多个文件，避免阻塞主线程，从而提高性能。

星途面试题库

面试题：C语言Linux文件I/O异步操作优化

知识考点

面试题答案

实现思路

关键函数

代码示例