面试题：C语言中Linux异步I/O的基本实现

在Linux环境下使用C语言实现简单的异步I/O操作（如异步读取文件），可以利用aio库。以下是关键函数及其作用：

aio_read
- 作用：用于发起一个异步读操作。
- 函数原型：int aio_read(struct aiocb *aiocbp);
- 参数：aiocbp是一个指向struct aiocb结构体的指针，该结构体包含了异步I/O操作的详细信息，如文件描述符、缓冲区指针、要读取的字节数等。
struct aiocb结构体
- 作用：用于定义异步I/O控制块，存储异步I/O操作的相关信息。
- 关键成员：
  - aio_fildes：文件描述符，指定要进行I/O操作的文件。
  - aio_buf：指向用于I/O操作的缓冲区的指针。
  - aio_nbytes：指定要读取或写入的字节数。
  - aio_offset：指定文件偏移量，从文件的该位置开始进行I/O操作。
aio_error
- 作用：用于获取异步I/O操作的错误状态。
- 函数原型：int aio_error(const struct aiocb *aiocbp);
- 参数：aiocbp是指向之前发起异步I/O操作时使用的struct aiocb结构体的指针。返回值为0表示操作成功，非零值表示有错误发生。
aio_return
- 作用：用于获取异步I/O操作的返回值（如读取的字节数）。
- 函数原型：ssize_t aio_return(struct aiocb *aiocbp);
- 参数：aiocbp是指向之前发起异步I/O操作时使用的struct aiocb结构体的指针。只有在异步操作完成后调用该函数才有意义。
aio_suspend
- 作用：用于挂起调用线程，直到指定的一个或多个异步I/O操作完成。
- 函数原型：int aio_suspend(const struct aiocb *const list[], int nent, const struct timespec *timeout);
- 参数：
  - list：一个指向struct aiocb结构体指针的数组，指定要等待完成的异步I/O操作。
  - nent：数组list中的元素个数。
  - timeout：指定等待的超时时间，如果为NULL，则无限期等待。

示例代码如下：

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

#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int fd;
    struct aiocb aiocb;
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    // 打开文件
    fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    // 初始化aiocb结构体
    memset(&aiocb, 0, sizeof(aiocb));
    aiocb.aio_fildes = fd;
    aiocb.aio_buf = buffer;
    aiocb.aio_nbytes = BUFFER_SIZE;
    aiocb.aio_offset = 0;

    // 发起异步读操作
    if (aio_read(&aiocb) == -1) {
        perror("aio_read");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // 等待异步操作完成
    struct timespec timeout = {5, 0}; // 等待5秒
    if (aio_suspend(&aiocb, 1, &timeout) == -1) {
        perror("aio_suspend");
        aio_cancel(fd, &aiocb);
        close(fd);
        return 1;
    }

    // 检查异步操作的错误状态
    int error = aio_error(&aiocb);
    if (error != 0) {
        perror("aio_error");
    } else {
        // 获取读取的字节数
        ssize_t bytes_read = aio_return(&aiocb);
        printf("Read %zd bytes: %.*s\n", bytes_read, (int)bytes_read, buffer);
    }

    // 关闭文件
    close(fd);
    return 0;
}

在上述代码中，首先打开一个文件，然后初始化aiocb结构体并发起异步读操作。接着使用aio_suspend等待操作完成，之后检查错误状态并获取读取的字节数。最后关闭文件。

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