Освобождать процессор на время ожидания хорошо, но хотелось бы параллельно с вводом/выводом делать какую-либо полезную работу. Что бы это стало возможным, необходимо в качестве параметра dwFlagsAndAttributes вместо 0 указать FILE_FLAG_OVERLAPPED. Кроме того, для функций ReadFile, WriteFile и WaitCommEvent необходимо в качестве параметра lpOverlapped указывать адрес правильно инициализированной структуры OVERLAPPED. Вот как выглядит эта структура:
typedef struct _OVERLAPPED {
DWORD Internal;
DWORD InternalHigh;
DWORD Offset;
DWORD OffsetHigh;
HANDLE hEvent;
} OVERLAPPED, *LPOVERLAPPED;
Подробно описывать поля этой структуры не буду, поскольку данная статья не о файловом вводе/выводе вообще, а о работе с портами. Для наших целей, за исключением WaitCommEvent, можно просто обнулить все поля этой структуры. Для WaitCommEvent поле hEvent должно содержать корректный описатель объекта "событие". Что бы все стало понятно, надо разобраться с таким обязательным атрибутом параллельной работы как синхронизация.
ВНИМАНИЕ!!! Дескриптор файла, в данном случае дескриптор файла порта, является синхронизирующим объектом ядра (согласно официальной документации Microsoft). Это означает, что его можно использовать в функциях ожидания событий наравне с дескрипторами событий. Таким образом в поле hEvent в структуре OVERLAPPED можно занести NULL и ожидать освобождения дескриптора файла, а не дескриптора события. Это действительно работает в Windows NT. Однако в Windows95/98 все совсем иначе. Обсуждение ошибок, неточностей и прочих проблем документации оставим в стороне. Просто замечу, что в Windows95/98 поле hEvent должно содержать корректный дескриптор объекта event В ЛЮБОМ СЛУЧАЕ!!! Иначе функции асинхронного ввода/вывода будут работать более чем странным образом. Кроме того, мы должны ожидать освобождения именно дескриптора этого события, а не дескриптора файла.
Синхронизация нужна для упорядочения доступа к совместно используемым объектам. Предположим, что две программы одновременно пытаются изменить значение общей переменной. Каков будет результат? Скорее всего неопределенный. Что бы этого избежать требуется разрешать доступ второй программы к переменной только после того, как с ней закончила работать первая программа.
Для синхронизации используются различные методы: семафоры, блокировки, события, критические секции и т.п. События являются простейшими синхронизирующими объектами. Они могут находиться только в двух состояниях: установленом (событие произошло или наступило) и сброшеном (собитие не произошло или не наступило). События создаются функцией CreateEvent и разрушаются функцией CloseHandle. Установить событие можно функцией SetEvent, а сбросить ResetEvent.
Фнкции записи/чтения для файла открытого для асинхронного ввода/вывода будут немедленно возвращать управление с кодом ошибки ERROR_IO_PENDING. Это означает, что асинхронная операция успешно стартовала. Если возвращается другой код ошибки, то операция не стартовала (например из-за ошибки в параметрах). Теперь Вы можете спокойно заниматься другой работой периодически проверяя, завершилась ли операция ввода/вывода. Эта проверка выполняется функцией
BOOL GetOverlappedResult(HANDLE hFile, LPOVERLAPPED lpOverlapped, LPDWORD lpcbTransfer, BOOL fWait);
Параметр hFile определяет дескриптор опрашиваемого файла, lpOverlapped задает адрес структуры OVERLPPED. Третий параметр задает адрес переменной, куда будет помещено количество считанных или записанных байт. Соответсвующий параметр функций ReadFile и WriteFile, хоть и ДОЛЖЕН БЫТЬ ЗАДАН НЕ НУЛЕВЫМ, не позволяет получить количество переданных байт, так как на момент возврата управления из функций чтения/записи не передано ни одного байта. Параметр fWait означает, должна ли функция GetOverlappedResult ждать завершения операции ввода/вывода. Если этот параметр равет FALSE, то функция немедленно вернет управление. При этом код возврата будет TRUE, если операция завершена, или FALSE, если операция не завершена. В послед случае код ошибки возвращаемой функцией GetLastError будет ERROR_IO_INCOMPLETE. Если функция GetOverlappedResult завершилась с кодом возврата FALSE, и другим кодом ошибки, то ошибка произошла именно при вызове самой функции. Если параметр fWait равен TRUE, то функция будет дожидаться завершения операции ввода-вывода.
Замечу, что ожидать завершения ввода/вывода с помощью функции GetOverlappedResult не самое правильное решение. При работе с дисковым файлом операция завершится гарантированно, а при работе с последовательным или параллельным портом совсем не обязательно. Представьте, что Вы не настроили тайм-ауты последовательного порта, а подключенное устройство неисправно. GetOverlappedResult будет ждать вечно, так как нет способа указать максимальное время ожидания. Ждать завершения ввода/вывода лучше с помощью функций:
DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hObject, DWORD dwTimeout);
DWORD WaitForMultipleObjects(DWORD cObjects, LPHANDLE lpHandles, BOOL bWaitAll, DWORD dwTimeout);
Как следует из названия, эти функции предназначены для ожидания одного или нескольких объектов. Однако следует вспомнить примечание, которое я привел к описанию структуры OVERLAPPED! Поэтому не мудрствуя лукаво будем ожидать только объекты event.
Функция WaitForSingleObject ожидает только один объект задаваемый первым параметром. Вторым параметром задается максимальное время ожидания наступления события в миллисекундах. Если вместо времени указана магическая величина INFINITE, то событие будет ожидаться вечно.
Функция WaitForMultipleObjects ждет несколько событий. Первый параметр указывает сколько именно, а второй задает массив дескрипторов этих событий. Замечу, что один и тот же дескриптор нельзя указывать в этом массиве более одного раза. Третий параметр задает тип ожидания. Если он равен TRUE, то ожидается наступление всех событий. Если FALSE, то наступления любого одного из указанных. И естественно тоже можно задать максимальное время ожидания последним параметром.
Если событие наступило, то функции возвращают значения от WAIT_OBJECT_0 до WAIT_OBJECT_0+cObject-1. Естественно, что WaitForSingleObject может вернуть только WAIT_OBJECT_0 (если конечно не произошло ошибки). Если произошла ошибка, то будет возвращено WAIT_FAILED. При превышении максимального времени ожидания функции вернут WAIT_TIMEOUT.
Вернусь к объектам event, которые мы собственно и используем для ожидания. Поясню, почему для наших целей требуются события с ручным сбросом. Функции ReadFile и WriteFile в асинхронном режиме первым делом сбрасывают (переводят в занятое состояние) как дескриптор файла, так и дескриптор объекта event задананный в структуре OVERLAPPED. Когда операция чтения или записи завершается система устанавливает эти дескрипторы в свободное состояние. Тут все логично. Однако и функции WaitForSingleObject и WaitForMultipleObjects для событий с автоматическим сбросом так же выполняют их перевод в занятое состояние при вызове. Для событий с ручным сбросом этого не происходит. Теперь представьте, что операция ввода/вывода завершилась ДО вызова WaitForSingleObject. Представили? Для событий с автоматическим сбросом снова будет выполнен перевод объекта в занятое состояние. Но освобождать то его будет некому! Более подробная информация об объектах event выходит за рамки этой статьи.
Теперь небольшой пример. Все подробности, не относящиеся к работе в асинхронном режиме я опускаю.
#include <windows.h>
#include <string.h>
. . .
HANDLE port;
char* buf;
OVERLAPPED ovr;
DWORD bc;
. . .
port=CreateFile("COM2", GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL);
memset(&ovr, 0, sizeof(ovr));
ovr.hEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL);
ReadFile(port, buf, buf_size, &bc, &ovr);
/* Выполняем некую полезную работу */
if (WaitForSingleObject(ovr.hEvent,10000) == WAIT_OBJECT_0) {
GetOverlappedResult(port, &ovr, &bc, FALSE);
} else {
/* Обработка ошибки */
}
CloseHandle(port);
CloseHandle(ovr.hEvent);
В этом примере переменная bc, предназначенная для получения количества считанных байт, после вызова ReadFile будет равна 0, так как никакой передачи информации еще не было. После вызова GetOverlappedResult в эту переменную будет помещено число реально считанных байт.
Безусловно, можно придумать очень сложные схемы распараллеливания ввода/вывода и вычислений, базирующиеся на использовании асинхронных операций и объектов event. Позволю себе не приводить реально работающих примеров программ. Таких программ работающих в реальном масштабе времени много, но они очень сложны и громоздки для этой статьи.
Вернемся ненадолго с структуре OVERLAPPED и функциям ReadFile и WriteFile. Для дискового ввода/вывода возможно задать одновременно несколько конкурирующих операций чтения/записи. Однако для каждой такой операции необходимо использовать свою структуру OVERLAPPED. Для работы с портами нельзя задавать конкурирующие операции. Точнее можно, но только в Windows NT. Поэтому для целей совместимости лучше этого не делать.
Теперь, уже совсем кратко, еще об одной возможности, реализованной только в Windows NT. Речь идет о "тревожном вводе-выводе". Эта возможность реализуется функциями ReadFileEx, WriteFileEx и SleepEx. Суть использования данных функий такова. Вы вызываете расширенную функцию записи или чтения, которая имеет еще один параметр – адрес функции завершения. После чего, вызвав расширенную функцию засыпания, освобождаете процессор. После завершения ввода/вывода Ваша функция завершения будет вызвана системой. Причем вызвана ТОЛЬКО в том случае, если ваша программа вызвала SleepEx. Нетрудно заметить, что данный вариант работы подходит для систем с большим количеством портов и работающих в режиме ответа по требованию. Например, сервер с мультипортовым контроллером последовательного порта, к которому подключены модемы.
Теперь, но ОЧЕНЬ кратко, залезем в еще большие дебри. Предположим, что протокол обмена с Вашим устройством, подключенным к последовательному порту, очень сложен (передаются большие и сложные структуры данных). При этом Ваша программа должна получать уже полностью принятую и проверенную информацию. Предположим так же, что Ваша программа занимается очень большими и сложными вычислениями и ей нет времени отвлекаться на обработку ввода/вывода. Да и сложность ее такова, что встраивание фонового ввода/вывода сделает ее трудно прослеживаемой и неустойчивой. Чувствуете, куда я клоню? Правильно, к выделению всех тонкостей ввода/вывода в отдельный поток. Возможно выделение и в отдельную задачу, но в этом случае мы не получим никакой выгоды, а накладные расходы на переключение задач гораздо больше, нежели на переключение потоков в одной задаче.