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aio - Vue d'ensemble des entrées-sorties (E/S) asynchrones POSIX
L'interface d'E/S asynchrones (AIO pour « asynchronous I/O ») POSIX permet aux applications de déclencher une ou plusieurs opérations d'E/S réalisées de façon asynchrone (c'est-à-dire en arrière-plan). La fin d'une opération d'E/S peut être notifiée à l'application de différentes façons au choix : distribution d'un signal, instanciation d'un thread ou absence de notification.
L'interface AIO POSIX est composée des fonctions suivantes :
La structure aiocb (« asynchronous I/O control block », ou bloc de contrôle d'E/S asynchrones) définit les paramètres de contrôle d'une opération d'E/S. Un argument de ce type est utilisé avec toutes les fonctions précédentes. Cette structure est de la forme suivante :
#include <aiocb.h>
struct aiocb {
/* L'ordre de ces champs dépend de l'implémentation */
int aio_fildes; /* Descripteur de fichier */
off_t aio_offset; /* Position dans le fichier */
volatile void *aio_buf; /* Emplacement du tampon */
size_t aio_nbytes; /* Longueur de transfert */
int aio_reqprio; /* Priorité de requête */
struct sigevent aio_sigevent; /* Méthode de notification */
int aio_lio_opcode; /* Opération à réaliser ;
lio_listio() seulement */
/* Divers champs internes à l'implémentation ne sont pas montrés */
};
/* Operation codes for 'aio_lio_opcode': */
enum { LIO_READ, LIO_WRITE, LIO_NOP };
Les membres de cette structure sont les suivants :
En plus des fonctions standard précédentes, la bibliothèque C du projet GNU fournit l'extension suivante à l'API AIO POSIX :
The POSIX AIO interfaces are provided by glibc since glibc 2.1.
POSIX.1-2001, POSIX.1-2008.
Il est conseillé de mettre à zéro le tampon de bloc de contrôle avant utilisation (consultez memset(3)). Le tampon de bloc de contrôle et le tampon pointé par aio_buf ne doivent pas être modifiés pendant l'exécution d'une opération d'E/S. Ces tampons doivent rester valables jusqu'à la fin de l'opération d'E/S.
Les opérations de lecture ou d'écriture asynchrones simultanées qui utilisent la même structure aiocb produisent des résultats indéfinis.
L'actuelle implémentation AIO POSIX de Linux est fournie en espace utilisateur par la glibc. De nombreuses limites existent, en particulier le maintien de plusieurs threads pour réaliser des opérations d'E/S est très coûteux et monte mal en charge. L'implémentation d'E/S asynchrones basée sur l'état de la machine est en travaux depuis un moment sur le noyau (consultez io_submit(2), io_setup(2), io_cancel(2), io_destroy(2), io_getevents(2)), mais cette implémentation n'a pas encore atteint le niveau où l'implémentation AIO POSIX peut être entièrement réimplémentée en utilisant les appels système du noyau.
Le programme suivant ouvre chaque fichier nommé en argument de sa ligne de commande et place une requête sur le descripteur de fichier dans la file avec aio_read(3). Le programme boucle ensuite, en surveillant périodiquement toutes les opérations d'E/S en cours avec aio_error(3). Chaque requête d'E/S est configurée pour fournir une notification en distribuant un signal. Quand toutes les requêtes d'E/S sont terminées, le programme récupère leur état avec aio_return(3).
The SIGQUIT signal (generated by typing control-\) causes the program to request cancelation of each of the outstanding requests using aio_cancel(3).
Voici un exemple de ce qui pourrait être affiché lors de l'exécution de ce programme. Dans cet exemple, le programme place en file d'attente deux requêtes sur l'entrée standard et deux lignes de saisie contenant « abc » et « x » y répondent.
$ ./a.out /dev/stdin /dev/stdin /dev/stdin ouvert sur le descripteur 3 /dev/stdin ouvert sur le descripteur 4 aio_error():
pour la requête 0 (descripteur 3) : En cours
pour la requête 1 (descripteur 4) : En cours abc Signal de fin d'E/S reçu aio_error():
pour la requête 0 (descripteur 3) : E/S réussie
pour la requête 1 (descripteur 4) : En cours aio_error():
pour la requête 1 (descripteur 4) : En cours x Signal de fin d'E/S reçu aio_error():
pour la requête 1 (descripteur 4) : E/S réussie Toutes les requêtes d'E/S sont terminées aio_return():
pour la requête 0 (descripteur 3) : 4
pour la requête 1 (descripteur 4) : 2
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <aio.h>
#include <signal.h>
#define BUF_SIZE 20 /* Taille des tampons pour les opérations de lecture */
#define errExit(msg) do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)
struct ioRequest { /* Structure spécifique à l'application
pour suivre les requêtes d'E/S */
int reqNum;
int status;
struct aiocb *aiocbp;
};
static volatile sig_atomic_t gotSIGQUIT = 0;
/* Essayer d'annuler toutes les requêtes d'E/S
en cours lors de la réception d'un SIGQUIT */
static void /* Gestionnaire pour SIGQUIT */
quitHandler(int sig)
{
gotSIGQUIT = 1;
}
#define IO_SIGNAL SIGUSR1 /* Signal pour notifier la fin d'E/S */
static void /* Gestionnaire pour le signal de fin d'E/S */
aioSigHandler(int sig, siginfo_t *si, void *ucontext)
{
if (si->si_code == SI_ASYNCIO) {
write(STDOUT_FILENO, "Signal de fin d'E/S reçu\n", 31);
/* La structure ioRequest correspondante serait disponible en
struct ioRequest *ioReq = si->si_value.sival_ptr;
et le descripteur de fichier serait alors disponible via
ioReq->aiocbp->aio_fildes */
}
}
int
main(int argc, char *argv[])
{
struct sigaction sa;
int s;
int numReqs; /* Nombre total de requêtes d'E/S dans la file */
int openReqs; /* Nombre de requêtes d'E/S encore en cours */
if (argc < 2) {
fprintf(stderr, "Utilisation : %s <chemin> <chemin>...\n",
argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
numReqs = argc - 1;
/* Allocation des tableaux. */
struct ioRequest *ioList = calloc(numReqs, sizeof(*ioList));
if (ioList == NULL)
errExit("calloc");
struct aiocb *aiocbList = calloc(numReqs, sizeof(*aiocbList));
if (aiocbList == NULL)
errExit("calloc");
/* Mise en place des gestionnaires pour SIGQUIT et le signal de fin d'E/S. */
sa.sa_flags = SA_RESTART;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_handler = quitHandler;
if (sigaction(SIGQUIT, &sa, NULL) == -1)
errExit("sigaction");
sa.sa_flags = SA_RESTART | SA_SIGINFO;
sa.sa_sigaction = aioSigHandler;
if (sigaction(IO_SIGNAL, &sa, NULL) == -1)
errExit("sigaction");
/* Ouverture de chaque fichier indiqué sur la ligne de commande et mise en file
d'attente d'une requête de lecture sur le descripteur de fichier correspondant. */
for (size_t j = 0; j < numReqs; j++) {
ioList[j].reqNum = j;
ioList[j].status = EINPROGRESS;
ioList[j].aiocbp = &aiocbList[j];
ioList[j].aiocbp->aio_fildes = open(argv[j + 1], O_RDONLY);
if (ioList[j].aiocbp->aio_fildes == -1)
errExit("open");
printf("%s ouvert sur le descripteur %d\n", argv[j + 1],
ioList[j].aiocbp->aio_fildes);
ioList[j].aiocbp->aio_buf = malloc(BUF_SIZE);
if (ioList[j].aiocbp->aio_buf == NULL)
errExit("malloc");
ioList[j].aiocbp->aio_nbytes = BUF_SIZE;
ioList[j].aiocbp->aio_reqprio = 0;
ioList[j].aiocbp->aio_offset = 0;
ioList[j].aiocbp->aio_sigevent.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
ioList[j].aiocbp->aio_sigevent.sigev_signo = IO_SIGNAL;
ioList[j].aiocbp->aio_sigevent.sigev_value.sival_ptr =
&ioList[j];
s = aio_read(ioList[j].aiocbp);
if (s == -1)
errExit("aio_read");
}
openReqs = numReqs;
/* Boucle, surveillance de l'état des requêtes d'E/S. */
while (openReqs > 0) {
sleep(3); /* Délai entre chaque étape de surveillance */
if (gotSIGQUIT) {
/* On receipt of SIGQUIT, attempt to cancel each of the
outstanding I/O requests, and display status returned
from the cancelation requests. */
printf("réception de SIGQUIT ; annulation des requêtes d'E/S : \n");
for (size_t j = 0; j < numReqs; j++) {
if (ioList[j].status == EINPROGRESS) {
printf(" Request %zu on descriptor %d:", j,
ioList[j].aiocbp->aio_fildes);
s = aio_cancel(ioList[j].aiocbp->aio_fildes,
ioList[j].aiocbp);
if (s == AIO_CANCELED)
printf("I/O canceled\n");
else if (s == AIO_NOTCANCELED)
printf("I/O not canceled\n");
else if (s == AIO_ALLDONE)
printf("I/O all done\n");
else
perror("aio_cancel");
}
}
gotSIGQUIT = 0;
}
/* Vérification de l'état de toutes les
requêtes d'E/S encore en cours. */
printf("aio_error():\n");
for (size_t j = 0; j < numReqs; j++) {
if (ioList[j].status == EINPROGRESS) {
printf(" for request %zu (descriptor %d): ",
j, ioList[j].aiocbp->aio_fildes);
ioList[j].status = aio_error(ioList[j].aiocbp);
switch (ioList[j].status) {
case 0:
printf("E/S réussie\n");
break;
case EINPROGRESS:
printf("En cours\n");
break;
case ECANCELED:
printf("Annulée\n");
break;
default:
perror("aio_error");
break;
}
if (ioList[j].status != EINPROGRESS)
openReqs--;
}
}
}
printf("Toutes les requêtes d'E/S sont terminées\n");
/* Vérification de l'état de retour de toutes les requêtes d'E/S. */
printf("aio_return():\n");
for (size_t j = 0; j < numReqs; j++) {
ssize_t s;
s = aio_return(ioList[j].aiocbp);
printf(" for request %zu (descriptor %d): %zd\n",
j, ioList[j].aiocbp->aio_fildes, s);
}
exit(EXIT_SUCCESS);
}
io_cancel(2), io_destroy(2), io_getevents(2), io_setup(2), io_submit(2), aio_cancel(3), aio_error(3), aio_init(3), aio_read(3), aio_return(3), aio_write(3), lio_listio(3)
"Asynchronous I/O Support in Linux 2.5", Bhattacharya, Pratt, Pulavarty, and Morgan, Proceedings of the Linux Symposium, 2003, https://www.kernel.org/doc/ols/2003/ols2003-pages-351-366.pdf
La traduction française de cette page de manuel a été créée par Christophe Blaess <https://www.blaess.fr/christophe/>, Stéphan Rafin <stephan.rafin@laposte.net>, Thierry Vignaud <tvignaud@mandriva.com>, François Micaux, Alain Portal <aportal@univ-montp2.fr>, Jean-Philippe Guérard <fevrier@tigreraye.org>, Jean-Luc Coulon (f5ibh) <jean-luc.coulon@wanadoo.fr>, Julien Cristau <jcristau@debian.org>, Thomas Huriaux <thomas.huriaux@gmail.com>, Nicolas François <nicolas.francois@centraliens.net>, Florentin Duneau <fduneau@gmail.com>, Simon Paillard <simon.paillard@resel.enst-bretagne.fr>, Denis Barbier <barbier@debian.org>, David Prévot <david@tilapin.org>, Thomas Vincent <tvincent@debian.org> et Jean-Pierre Giraud <jean-pierregiraud@neuf.fr>
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| 5 février 2023 | Pages du manuel de Linux 6.03 |