实验九使用异步方式实现文件读\写

一、实验目的

了解Windows系统异步文件读/写的概念。
熟悉Windows系统文件读/写相关的API。
掌握采用异步方式实现文件读/写的相关参数设置。

二、实验准备

文件异步传输及相关API函数介绍

文件异步传输基本原理

文件异步传输是一种改变指令执行顺序的机制。一般而言，指令是顺序执行的，下一条指令必须在上一条指令执行完毕才可执行。因此当CPU遇到一条访问磁盘的指令时。应用程序需要等待磁盘访问结束后才能进行后续的工作。但如果后续工作与访问磁盘操作无关，这样的等待就显得很没有必要。Windows XP 系统中提供了异步传输机制可以解决这个问题。它通过打开文件时设置标志位表明文件采用异步传输方式，这样，进程不等待读写操作而继续执行。当指令必须用到磁盘访问结果的数据时，可通过一条Wait指令进行等待。
文件异步传输时，访问磁盘指令和等待指令之间的指令与磁盘访问并发进行。从而大大加快了系统处理I/O的速度。

相关API函数介绍

函数GetOverlappedResult()返回指定文件命名通道或通信设备上OVERLAPPED操纵的结果。

函数原型

Bool GetOverlappedResult(
HANDLE hFile                               //文件 命名通道或通信设备的句柄,
LPOVERLAPPED lpOverlapped,                //指向OVERLAPPED结构的指针
LPDWORD  lpNumberOfBytesTransferred,,       //指向实际传输字节数的指针
BOOL bWait                                 //等待标志
)；

参数说明：

hFile：文件命名通道或通信设备的句柄,。
lpOverlaooed：指向OVERLAPPED结构的指针。
lpNumberOfBytesTransferred,：32位变量指针，指向实际传输字节数。
bWait ： /等待标志。指定函数是否应等待被挂起的要完成的OVERLAPPED操作。若为TURE,则OVERLAPPED操作完成之前该函数不返回；若为FASLE,则OVERLAPPED 被挂起，则函数返回FASLE，调用GetlastError()函数应返回ERROR_IO_INCOMPLETE。

返回值：

如果函数调用成功，则返回值为非0值。如果函数调用失败，则返回值为0.若要得到更多的错误信息，则调用函数GetLastError()。

其他相关的API函数的介绍

文件创建

函数CreateFile( ) 用于创建一个新文件，如果文件已经存在，则得到该文件的句柄。该函数的参数dwFalgsAndAttributes决定了文件的传输方式，对于普通的文件传输，可将参数设置为FILE_ATTRIBUTE_NORMAL；而若设置为FILE_FLAG_NO_BUFFERING，表示不使用高速缓存进行文件传输；若同时使用标志FILE_FLAG_NO_BUFFERING和FILE_FLAG_OVERLAPPED，可对文件进行异步传输；若设置为FILE_FLAG_SEQUENTIAL_SCAN，表示使用高速缓存进行文件的传输。

函数原型

HANDLE CreateFile(LPCTSTR lpFileName,                                 //指向文件名的指针DWORD dwDesiredAccess,                            //读/写访问模式DWORD dwShareMode,                             //共享模式LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,       //指向安全属性的指针DWORD dwCreationDisposition,                     //文件存在标志DWORD dwFlagsAndAttributes,                      //文件属性DWORD hTemplateFile                              //指向访问模板文件的句柄) ;

参数说明

lpFILEName：指向文件名的指针。
dwDesiredAccess：指出访问文件的类型，可以是读访问、写访问、读 / 写访问或查询访问。该参数可以是表4-1中的组合。
dwShareMode：指出文件共享模式。若dwShareMode的值为0，表示目标不能被共享。若要共享文件，可以使用表4-2中的组合。

表4-1 不同值的描述

值	描述
0	查询访问
GENERIC_READ	读访问，从文件中读出数据，且移动文件指针。当需要对文件进行读写时，该属性可以与GENERIC_WRITE组合使用
GENERIC_WRITE	写访问，将数据写入文件，且移动文件指针。当需要对文件进行读/写时，该属性可以与GENERIC_READ组合使用

表4-2 dwShareMode的值

值	描述
FILE_SHARE_DELETE	仅当删除访问时，对文件的打开操作才能成功
FILE_SHARE_READ	仅当读访问时，对文件的打开操作才能成功
FILE_SHARE_WRITE	仅当写访问时，对文件的打开操作才能成功

lpSecurityAttributes：指向安全属性的指针。为NULL时，子进程可以继承该安全描述符。
dwCreationDisposition：文件存在标志。指出当文件不存在时，可以对文件进行何种操作。可以取表4-3中的值。

表4-3 dwCreationDisposition 的值

值	描述
CREAT_NEW	创建新文件。若文件已存在，则该函数调用失败
CREAT_ALWAYS	创建新文件。若文件已存在，则该函数覆盖原文件的内容且清空现有属性
OPEN_EXISTING	打开已存在文件，若文件不存在，则该函数打开失败
OPEN_ALWAYS	若文件存在，则打开该文件，若文件不存在，则以CREAT_NEW方式创建文件
TRUNCATE_EXISTING	打开文件，并将文件的大小截取为0

dwFlagsAndAttributes：指出文件属性和标志。除了FILE_ATTRIBUTE_NORMAL属性之外，参数dwFlagsAndAttributes可以取表4-4中任何属性的组合。参数dwFlagsAndAttributes还可以取表4-5中任何属性的组合。

表4-4 属性描述

属性	描述
FILE_ATTRIBUTE_ARCHIVE	文件可以被存档
FILE_ATTRIBUTE_HIDDEN	文件可以被隐藏
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL	文件没有其他属性，该属性仅当单独时使用才有效
FILE_ATTRIBUTE_OFFLINE	文件中的数据被脱机存储，文件中的数据不能立即有效
FILE_ATTRIBUTE_READONLY	文件只能读
FILE_ATTRIBUTE_SYSTEM	文件被系统使用
FILE_ATTRIBUTE_TEMPORARY	文件被临时存储

表4-5 属性补充

属性	描述
FILE_FLAG_WRITE_THROUGH	系统对文件的任何写操作，当缓冲的内容改变时立即写回磁盘
FILE_FLAG_OVERLAPPED	异步读/写，使用该属性时，文件指针将不被保留
FILE_FLAG_NO_BUFFERING	文件不使用缓冲
FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS	文件随机访问
FILE_FLAG_SEQUENTIAL_SCAN	文件被顺序访问
FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE	当文件句柄关闭时，文件立即被删除
FILE_FLAG_BACKUP_SEMANTICS	文件用于备份或转储
FILE_FLAG_POSIX_SEMANTICS	文件访问遵循POSIX协议。

hTemplateFile：指向访问模板文件的句柄，可以将其设置为空。
返回值：文件创建成功，该函数返回文件句柄，否则返回INVALID_HANDLE_VALUE，可调用函数GetLastError( )查询失败的原因。

用法举例

HANDLE handle;
handle = CreateFile(“nobuffer.txt”,GENERIC_WRITE,NULL,NULL,CREATE_ALWAYS,
NULL,NULL);
//使用函数创建一个新文件nobuffer.txt，对该文件只能进行写操作

读文件

函数Readfile( ) 从文件指针指示的位置开始读取文件中的数据。如果文件不是用FILE_FLAG_OVERLAPPED属性创建的，则文件指针移动到实际读出字节数所处的位置；如果文件是用FILE_FLAG_OVERLAPPED属性创建的，则文件指针由应用程序来调整其位置。
函数原型:

 BOOL ReadFILE(HANDLE hFile,                              //要读的文件的句柄LPVOID lpBuffer,                           //指向文件缓冲区的指针DWORD nNumberOfBytesToRead,                //从文件中要读取的字节数LPDWORD lpNumberOfBytesRead,               //指向从文件中要读取的字节数的指针LPOVERLAPPED lpOverlapped                  //指向OVERLAPPED结构的指针) ;

lpOverlapped：如果文件是用FILE_FLAG_OVERLAPPED属性创建的，则需要此结构；如果文件是用FILE_FLAG_OVERLAPPED属性打开的，则参数lpOverlapped不为NULL,它指向一个OVERLAPPED结构。如果文件是用FILE_FLAG_OVERLAPPED属性创建且参数lpOverlapped为NULL,则该函数不能正确报告读操作是否完成。

如果文件用FILE_FLAG_OVERLAPPED属性打开且参数lpOverlapped不为NULL，则读操作从OVERLAPPED结构中指定的位置开始，且ReadFile( )函数在读操作完成之前返回。此时ReadFile( )返回FALSE，并且GetLastError( )函数返回ERROR_IO_PENDING，即执行读文件操作的进程被挂起，当读操作完成时，进程才继续执行。在OVERLAPPED结构中指定的事件被设置为读操作完成的发送信号状态。

如果文件不用FILE_FLAG_OVERLAPPED属性打开且参数lpOverlapped不为NULL，则读操作从OVERLAPPED结构中指定的位置开始，操作完成时ReadFile( )函数返回。

返回值:

如果函数调用成功，则返回值为非0值。
如果返回非0值，且读出的字节数为0，则说明执行读操作时文件的指针出界，此时调用GetLastError( )函数，可得到返回值ERROR_HANDLE_EOF。但若文件用FILE_FLAG_OVERLAPPED属性打开且参数lpOverlapped不为NULL，则ReadFile( )函数返回为FALSE。
如果函数调用失败，则返回值为0。若要得到更多的错误信息，可调用函数GetLastError( )。

用法举例：

//下面的例子说明如何测试异步读操作的文件结尾。
//设置 OVERLAPPED结构
gOverLapped.Offset    =0;
gOverLapped.OffsetHigh=0;
gOverLapped.hEvent    =NULL;
//执行异步读操作
bResult = ReadFile(hFile, &inBuffer, nBytesToRead, &nBytesRead, &gOverlapped);
//异步读不成功，进程挂起
if ( !bResult)
{  //处理错误码switch (dwError = GetLastError( )){  case ERROR_HANDLE_EOF:{//文件出界处理}case ERROR_IO_PENDING:{//异步I/O进行中//做其他事……GoDoSomethingElse( );//检查异步读结果bResult = GetOverlappedResult( hFile, &gOverlapped, &nBytesRead, FALSE) ;//若不成功if ( !bResult ){   //处理错误代码switch (dwError = GetLastError( ) ){case ERROR_HANDLE_EOF:{  //异步操作期间达到文件尾}//处理其他错误码}}}// end case//处理其他错误码}//end switch
}// end if

写文件

函数WriteFile ( ) 将数据写入文件。函数在文件指针所指的位置完成写操作，写操作完成后，文件指针按实际写入的字节数来调整。

函数原型

BOOL WriteFile(                           HANDLE hFile,                            // 要读的文件的句柄LPVOID lpBuffer,                         // 指向文件缓冲区的指针DWORD nNumberOfBytesToWrite,             // 从文件中要读取的字节数LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,          // 指向从文件中要读取的字节数的指针LPOVERLAPPED lpOverlapped                // 指向 OVERLAPPED结构的指针) ;

返回值：

如果函数调用成功，则返回值为非0值。
如果函数调用失败，则返回值为0.若要得到更多的错误信息，可调用函数GetLastError().

关闭文件句柄

函数CloseHandle()关闭与文件相关的句柄，其作用与释放动态申请的内存空间类似，这样可以释放系统资源，使进程安全运行。

函数原型：

BOOL CloseHandle(
HANDLE hObject
);

参数说明：

hObject：已打开对象的句柄

返回值：

如果函数调用成功，则返回值为非0值。
如果函数调用失败，则返回值为0.若要得到更多的错误信息，可调用函数GetLastError()。

三、实验内容

（一）实验内容

建立一个函数，使用该函数将原文件source.txt中的内容读出。再写到目标文件overlapped.txt中去。
采用异步方式实现文件的读/写。

（二）主要代码

// File_OverLapped.cpp : Defines the entry point for the console application.
//#include "stdafx.h"
#include "File_OverLapped.h"#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[] = __FILE__;
#endif
DWORD BufferSize = 1024;
char buf[1024];
/
// The one and only application objectCWinApp theApp;using namespace std;
void FileReadWrite_Overlapped(char* source,char* destination);int _tmain(int argc, TCHAR* argv[], TCHAR* envp[])
{int nRetCode = 0;printf("Call FileReadWrite_Overlapped!\n");FileReadWrite_Overlapped("source.txt","overlapped.txt");return nRetCode;
}void FileReadWrite_Overlapped(char* source,char* destination)
{HANDLE handle_src,handle_dst;DWORD NumberOfByteRead,NumberOfByteWrite,Error;BOOL cycle;char *buffer;buffer=buf;OVERLAPPED overlapped;//建立文件handle_src=CreateFile(source,GENERIC_READ,0,NULL,OPEN_EXISTING,FILE_FLAG_NO_BUFFERING|FILE_FLAG_OVERLAPPED,NULL);handle_dst=CreateFile(destination,GENERIC_WRITE,NULL,NULL,CREATE_ALWAYS,NULL,NULL);if (handle_src==INVALID_HANDLE_VALUE||handle_dst==INVALID_HANDLE_VALUE){printf("File Create Fail!\n");exit(1);}cycle=TRUE;overlapped.hEvent = NULL;overlapped.Offset = -BufferSize;overlapped.OffsetHigh = 0;while (cycle){overlapped.Offset = overlapped.Offset+BufferSize;NumberOfByteRead=BufferSize;//读文件if (!ReadFile(handle_src,buffer,NumberOfByteRead,&NumberOfByteRead,&overlapped)){switch(Error = GetLastError()){case ERROR_HANDLE_EOF:        //若到文件尾cycle = FALSE;break;case ERROR_IO_PENDING:      //若进程挂起if(!GetOverlappedResult(handle_src,&overlapped,&NumberOfByteRead,TRUE)){printf("GetOverlappedResult!%d\n",GetLastError());exit(1);}break;default:break;}}if(NumberOfByteRead<BufferSize) cycle=FALSE;//写文件if(!WriteFile(handle_dst,buffer,NumberOfByteRead,&NumberOfByteWrite,NULL)) {printf("Write File Error!%d\n",GetLastError());exit(1);}}  //关闭文件句柄CloseHandle(handle_src);CloseHandle(handle_dst);
}

四、实验结果和总结

实验结果

在File_NoBuffer目录下建立source.txt文件并输入内容
运行实验，将source.txt的文件内容复制到overlapped.txt文件下，显示如下代码
运行后，File_NoBuffer目录下建立了overlapped.txt文件，并显示如下内容

总结

该实验完成异步方式的文件读/写操作。先创建文件source.txt,然后反复从文件source.txt中读出数据块，并写到文件overlapped.txt中去，直到文件尾为止。由于要采用异步方式对文件进行操作，在使用函数CreateFile()建立文件时其参数dwFlagsAndAttributes选用FILE-FLAG_NO_BUFFERING| FILE-FLAG_OVERLAPPED。