面试题：C语言aio_read()函数的基本使用

Question

请简述在Linux环境下使用C语言的aio_read()函数进行异步数据读取时，需要涉及哪些关键步骤和相关的数据结构，并给出一个简单示例代码框架。

Answer 1

关键步骤

1. 初始化异步I/O控制块（struct aiocb）：
   • 填充aio_fildes指定要读取的文件描述符。
   • 设置aio_buf为数据读取的缓冲区指针。
   • 设置aio_nbytes为要读取的字节数。
   • 设置aio_offset指定从文件的哪个偏移位置开始读取。
2. 调用aio_read()函数：传递已初始化的struct aiocb指针，启动异步读取操作。
3. 检查异步I/O操作的完成状态：可以使用aio_error()函数检查操作是否完成，如果完成，使用aio_return()获取读取的字节数。也可以使用aio_suspend()函数等待异步操作完成，或者通过信号机制（如SIGIO）来处理操作完成。

相关数据结构

1. struct aiocb：用于控制异步I/O操作的结构体，定义在<aio.h>头文件中。它包含了文件描述符、缓冲区、读取字节数、偏移量等信息，具体如下：

struct aiocb {
    int aio_fildes;  /* 要操作的文件描述符 */
    off_t aio_offset;  /* 读写偏移量 */
    volatile void *aio_buf;  /* 数据缓冲区 */
    size_t aio_nbytes;  /* 要读写的字节数 */
    int aio_reqprio;  /* 请求优先级 */
    struct sigevent aio_sigevent;  /* 信号处理相关 */
    int aio_lio_opcode;  /* 用于lio_listio() */
};

示例代码框架

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <aio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int fd;
    struct aiocb my_aiocb;

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

    // 初始化aiocb结构体
    memset(&my_aiocb, 0, sizeof(struct aiocb));
    my_aiocb.aio_fildes = fd;
    my_aiocb.aio_buf = malloc(BUFFER_SIZE);
    if (my_aiocb.aio_buf == NULL) {
        perror("malloc");
        close(fd);
        exit(1);
    }
    my_aiocb.aio_nbytes = BUFFER_SIZE;
    my_aiocb.aio_offset = 0;

    // 发起异步读取
    if (aio_read(&my_aiocb) == -1) {
        perror("aio_read");
        free(my_aiocb.aio_buf);
        close(fd);
        exit(1);
    }

    // 检查异步读取是否完成
    int error;
    while ((error = aio_error(&my_aiocb)) == EINPROGRESS) {
        // 等待操作完成
        sleep(1);
    }

    if (error != 0) {
        perror("aio_error");
    } else {
        ssize_t bytes_read = aio_return(&my_aiocb);
        printf("Read %zd bytes.\n", bytes_read);
    }

    free(my_aiocb.aio_buf);
    close(fd);
    return 0;
}