面试题：网络编程中异步I/O模型在文件I/O操作的基本应用方式

Question

在后端开发网络编程场景下，简单阐述异步I/O模型如何应用于文件I/O操作，并说明涉及的主要系统调用或函数。

Answer 1

异步I/O模型在文件I/O操作中的应用

在后端开发网络编程场景下，异步I/O模型应用于文件I/O操作时，程序发起文件I/O操作后，无需等待操作完成即可继续执行后续代码。这提高了程序的并发处理能力，避免因等待文件I/O操作而造成的线程阻塞。例如在处理大量文件读取或写入任务时，应用异步I/O模型可以让程序在等待文件操作的同时处理其他请求。

主要系统调用或函数

1. Linux系统：
   • aio_read()：用于异步读取文件。它允许程序在发起文件读取请求后立即返回，继续执行后续代码。函数原型为int aio_read(struct aiocb *aiocbp);，其中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操作的各种参数，如文件描述符、缓冲区地址、读取长度等。
   • aio_write()：用于异步写入文件。同样在发起请求后立即返回，函数原型为int aio_write(struct aiocb *aiocbp);，参数aiocbp与aio_read类似，用于配置异步写入操作。
   • aio_suspend()：可暂停调用线程，直到指定的一个或多个异步I/O操作完成。原型为int aio_suspend(const struct aiocb *const cblist[], int nent, const struct timespec *timeout);，cblist是一个指向struct aiocb结构体指针的数组，nent指定数组中元素的数量，timeout用于设置超时时间。
   • aio_error()：用于检查异步I/O操作的状态。函数原型为int aio_error(const struct aiocb *aiocbp);，返回值表示异步操作的错误状态，0表示操作成功。
   • aio_return()：获取异步I/O操作的返回值。原型为ssize_t aio_return(struct aiocb *aiocbp);，返回异步操作实际传输的字节数（对于读操作）或写入的字节数（对于写操作）。
2. Windows系统：
   • ReadFileEx()：用于异步读取文件。函数原型为BOOL ReadFileEx(HANDLE hFile, LPVOID lpBuffer, DWORD nNumberOfBytesToRead, LPOVERLAPPED lpOverlapped, LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);，hFile是文件句柄，lpBuffer为接收数据的缓冲区，nNumberOfBytesToRead指定要读取的字节数，lpOverlapped是一个指向OVERLAPPED结构体的指针，用于异步操作，lpCompletionRoutine是一个指向完成例程的指针，当操作完成时会调用该例程。
   • WriteFileEx()：用于异步写入文件。原型为BOOL WriteFileEx(HANDLE hFile, LPCVOID lpBuffer, DWORD nNumberOfBytesToWrite, LPOVERLAPPED lpOverlapped, LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);，参数与ReadFileEx类似，用于配置异步写入操作。
   • GetOverlappedResult()：用于获取异步I/O操作的结果。函数原型为BOOL GetOverlappedResult(HANDLE hFile, LPOVERLAPPED lpOverlapped, LPDWORD lpcbTransferCount, BOOL bWait);，hFile是文件句柄，lpOverlapped是指向OVERLAPPED结构体的指针，lpcbTransferCount用于接收实际传输的字节数，bWait指定是否等待操作完成，如果设置为TRUE，函数会阻塞直到操作完成。