[笔记]Windows核心编程《九》同步设备I/O和异步设备I/O

打开和关闭设备

设备：定义为能与之通信的任何东西。

表1：各种设备及其常见用途

Windows允许我们以相同的方式来从设备读取数据和向设备写入数据，而不必关心他是何种类型的设备。

当然各种设备之间还是存在差异。

例如对于串口来说，设置波特率是合理的，但在使用命名管道来进行跨网络传输，波特率就没有意义。

文件是最常用的设备之一。

表2：用来打开各种设备的函数

细看CreateFile函数

HANDLE CreateFileW(
  LPCWSTR               lpFileName,
  DWORD                 dwDesiredAccess,
  DWORD                 dwShareMode,
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
  DWORD                 dwCreationDisposition,
  DWORD                 dwFlagsAndAttributes,
  HANDLE                hTemplateFile
);

大多数以句柄为返回值的Windows函数在失败的时候会返回NULL。但是，CreateFile返回INVALID_HANDLE_VALUE

使用文件设备

取得文件的大小

WINBASEAPI
BOOL
WINAPI
GetFileSizeEx(
    _In_ HANDLE hFile,
    _Out_ PLARGE_INTEGER lpFileSize
    );

hFile 一个已经打开的文件句柄；

lpFileSize是一个LARGE_INTEGER联合类型的地址。

设置文件指针的位置

文件内核对象有一个文件指针64位偏移量，表明应该在哪里执行下一次同步读取或写入操作。初始值为0

例如一下代码先读取前10个字节到缓存，然后再把后10个字节读取到缓存中。

执行同步设备I/O

同步设备IO， 可以是文件，邮件槽，管道，套接字等。

最常见的操作就是读写数据。

WINBASEAPI
_Must_inspect_result_
BOOL
WINAPI
ReadFile(
    _In_ HANDLE hFile,
    _Out_writes_bytes_to_opt_(nNumberOfBytesToRead, *lpNumberOfBytesRead) __out_data_source(FILE) LPVOID lpBuffer,
    _In_ DWORD nNumberOfBytesToRead,
    _Out_opt_ LPDWORD lpNumberOfBytesRead,
    _Inout_opt_ LPOVERLAPPED lpOverlapped
    );

WINBASEAPI
BOOL
WINAPI
WriteFile(
    _In_ HANDLE hFile,
    _In_reads_bytes_opt_(nNumberOfBytesToWrite) LPCVOID lpBuffer,
    _In_ DWORD nNumberOfBytesToWrite,
    _Out_opt_ LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,
    _Inout_opt_ LPOVERLAPPED lpOverlapped
    );

hFile：表示要访问的设备句柄。 （打开设备时不要执行FILE_FLAG_OVERLAPPED标志，否则系统会认为我们想要与设备执行异步IO）

lpBuffer：执行一个缓存，函数会把数据读取到该缓存中，或者把缓存中的数据写入设备。

nNumberOfBytesToRead：（要读取的字节）

nNumberOfBytesToWrite ：(要写入多少字节）

lpNumberOfBytesRead：（返回实际读取的字节）

lpNumberOfBytesWritten：(返回实际写入的字节）

lpOverlapped：（设置为NULL 表示执行同步读写）

ReadFile：（用于使用GENERIC_READ打开的设备）

WriteFile：(用于使用GENERIC_WRITE打开的设备）

异步设备I/O基础

和计算机执行的其他操作相比，设备IO是其中最慢，最不可预测的操作之一。

异步IO就是，将IO请求加入请求队列，由设备的驱动程序来执行IO，应用程序当前的线程不会被挂起。

CreateFile dwFlagsAndAttributes参数中指定FILE_FLAG_OVERLAPPED标志来打开设备。

接受I/O请求完成通知

windows提供了4种不同方法来接收IO请求已经完成的通知。

触发设备内核对象

ReadFile和WriteFile函数将IO请求添加到队列之前，会先将设备内核对象设置为未触发状态。当设备驱动完成了请求以后，驱动程序会将设备内核对象设置为非触发状态。

一旦一个线程触发了一个异步I/O请求，该线程将会继续运行，以执行其它有用的任务。但即便如此，线程最终海华丝需要与I/O操作的完成状态进行同步。我 们会继续运行到线程代码中的一个点，在这个点上，除非设备数据已经被载入到缓存中，否则线程将无法执行后继操作。在Windows中设备内核对象可以用来 进行线程同步，因此对象既可能处于触发状态，也可能处于未触发状态。ReadFile和WriteFile函数在将I/O请求添加到队列之前，会先将设备 内核对象设为未触发状态，当设备驱动程序完成了请求之后，驱动程序会将设备内核对象设为触发状态。

可提醒I/O

当系统创建一个线程的时候，会同时创建一个与线程相关联的队列。这个队列被称为异步过程调用（asynchronous procedure call，APC）队列。当发出一个I/O请求的时候，我们可以告诉设备驱动程序在调用线程的APC队列中添加一项。

I/O完成端口

I/O 完成端口背后的理论是并发运行的线程的数量必须有一个上限——也就是说，同时发出的500个客户请求不应该允许出现500个可运行的线程。如果能在应用程 序初始化的时候创建一个线程池，并让线程池中的线程在应用程序运行期间一直保持可用状态，那么服务应用程序的性能就能得到提高。I/O完成端口的设计初衷 就是与线程池配合使用。

篇外

用HOOK来修改API函数的功能（5）-EXE和WDM驱动通信

通常EXE和WDM驱动通信有2种方法：

1：使用DeviceIOControl函数。

2：使用自定义事件。

相关：

参考1

参考2

参考3

参考4

Windows核心编程-CreateFile详解

基于visual c++之windows核心编程代码分析（6）分配和释放可读可写的虚拟内存页面

基于visual c++之windows核心编程代码分析（24）IO控制、内核通信

基于visual c++之windows核心编程代码分析（25）检测U盘控制开关机

【CreateFileA】创建或打开文件或I / O设备

微软 调用 DeviceIoControl Demo

DeviceIoControl 函数详细解析