Was sind die asynchronen I/O-Modelle in C++? Was sind ihre Vor- und Nachteile?

Asynchrones I/O-Modell in C++

Das asynchrone I/O-Modell ermöglicht die gleichzeitige Ausführung von I/O-Vorgängen, ohne den Hauptthread zu blockieren. Dies ist für Hochleistungsanwendungen von entscheidender Bedeutung, da Berechnungen und andere Aktivitäten gleichzeitig erfolgen können.

Es gibt zwei Haupttypen von asynchronen I/O-Modellen in C++:

1. Ereignisgesteuerte I/O (I/O Completion Port)

• Das ereignisgesteuerte Modell verwendet Benachrichtigungshandles im Betriebssystem Ebene. Wenn ein E/A-Vorgang abgeschlossen ist, sendet das System eine Benachrichtigung an das Handle, die dann von der Anwendung verarbeitet werden kann.
• Vorteile: hohe Leistung, geringer Overhead und starke Skalierbarkeit.
• Nachteile: Erfordert mehr Code und Konfiguration.

Beispielcode:

    // 创建 I/O 完成端口
    HANDLE ioPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);

    // 为每个套接字创建通知句柄
    SOCKET sock = ...;
    CreateIoCompletionPort((HANDLE)sock, ioPort, 0, 0);

    // 在单独的线程中处理通知
    DWORD bytesTransferred;
    LPOVERLAPPED overlapped;
    while (GetQueuedCompletionStatus(ioPort, &bytesTransferred, &overlapped, NULL, INFINITE)) {
        // 处理完成的 I/O 操作
    }

2. Asynchrone Datei-E/A

• Asynchrone Datei-E/A verwendet die ReadFileEx() 和 WriteFileEx()-Funktion. Im Gegensatz zum ereignisgesteuerten Modell verwendet es keine Benachrichtigungs-Handles, sondern kehrt direkt nach Abschluss zurück.
• Vorteile: Es ist keine zusätzliche Konfiguration erforderlich und der Code ist einfacher.
• Nachteile: Die Leistung kann geringer sein, die Skalierbarkeit ist eingeschränkt.

Beispielcode:

    HANDLE fileHandle = ...;
    DWORD bytesTransferred;
    OVERLAPPED overlapped;

    ReadFileEx(fileHandle, buffer, sizeof(buffer), &overlapped, NULL);

    while (GetOverlappedResult(fileHandle, &overlapped, &bytesTransferred, FALSE)) {
        // 处理已完成的 I/O 操作
    }

Wählen Sie das richtige Modell

Die Auswahl des besten asynchronen E/A-Modells hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab:

• Für diejenigen mit hohen Leistungs- und Skalierbarkeitsanforderungen: Ereignisgesteuerte E/A (I/O Completion Port) ist die bessere Wahl.
• Für Anwendungen, die eine hohe Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit erfordern, ist asynchrone Datei-E/A möglicherweise die bessere Wahl.

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