PoEdu - Windows阶段班 【Po学校】 Lesson004_003-1 IO操作

• Windows编程 Lesson004_003-1 IO操作

  • 001 什么是Windows的IO：（Input / Output）
  • 从编程语言角度来看IO操作有：标C中的printf与scanf就是IO操作、C++中有cout与cint也是IO操作，打开文件等都是IO操作。
  • windows平台上的IO有几类：
  • 1 操作文件
  • 2 外部设备操作，对于所有“设备”的操作，都是IO操作。设备概念：除了内存以外，都可以称之为设备 。
  • 常见外部设备有 1硬盘（文件）
  • 3 网络通信
  • 002 完成端口机制
  • 完成端口机制 由来：
  • windows是 “多任务，多线程”的操作系统，在多核CPU上，windows操作系统有完善的并行处理机制，通过多核，并行多线程执行程序； 如今计算机的瓶颈，不在是CPU的速度，或内存速度，或内存大小等因素，瓶颈在于“外部设备（硬盘）”之上。IO操作外部设备，特别是硬盘文件的IO操作上，外部设备响应速度跟不上，线程会被挂起；为了避免这种IO操作上的瓶颈，就有了“完成端口机制”。
  • 完成端口机制 流程：
  • 当有IO请求发起，“完成端口机制”是先接收到请求，不去等待外部设备的IO操作完成，而是直接返回，先去处理其它任务；直到IO操作完成后发起通知，才去处理IO完成后的任务。
  • 003 文件内核对象的理解
  • IO操作：
  • 1 与文件之间的IO操作
  • 2 和目录之间的IO操作
  • 3 与逻辑磁盘之间的IO操作
  • 4 与物理磁盘之间的IO操作
  • 5 串口IO操作
  • 6 并口IO操作
  • 7 邮件槽IO操作 （少见）
  • 8 命名管道IO操作
  • 9 匿名管道IO操作
  • 10 套接字IO操作
  • 11 控制台IO操作 （少见）
  • 设备的抽象概念：文件、目录、逻辑磁盘、物理磁盘、串口、并口、等，都可以看成”设备“；
  • 文件格式
  • 二进制文件
  • 文本文件
  • 目标文件
  • 超文本
  • ……等等
  • 文件内核的由来：
  • 文件、目录、逻辑磁盘，本质上是windows为了方便管理，为用户虚拟出来的二进制数据。二进制数据有了一些”文件“的属性后，它就是文件，文件属性设置了属于哪个”目录“，就有了目录；目录建立之初，设置属性属于哪个”逻辑磁盘“，就有了逻辑分区。这一套”文件“管理机制，由windows操作系统来维护管理：”文件内核对象“是最为关键所在。
  • 磁盘上的文件，本质上是一段存放在磁盘扇区上的二进制数据，打开了文件，这段”二进制数据“就要加载进内存，那么问题来了：操作系统如何确定”二进制数据“的大小？或者说：从哪里起始，加载进入内存，又在在哪里确定边界？——用C++的面向对象来理解：操作系统可以设计一个专门的类（或结构体），来处理初始化”二进制数据“，使其构造成为文件。实际上windows操作系统上，设计了专门的结构体，来处理文件的初始化。而这些结构体都保存在内核里面，所以“文件类”产生的对象，就是“文件内核对象”。
  • 内核当中存在的类或结构体，我们不能直接new出一个对象，windows操作系统提供了系列win32API 来获取文件内核对象。
  • 004 所有的设备类型的讲解
  • 串口、并口 ：两种不同的接口，代表两种不同的通信方式。串口是通过电话线发送型号，单通道；并口是8通道。
  • 邮件槽 ： 局域网中， 一对多的服务或传输方式。
  • 管道 ： 命名管道，局域网中一对一的传输方式。匿名管道，主要用于本机之间通信。
  • 本机之间为什么还要匿名管道呢？实际上，本机中，进程与进程之间隔离，相对独立，匿名管道就提供了通信传输的渠道。
  • 当然也可以采用套接字Socket通信。
  • 套接字 Socket: 报文或数据流传输，通过网络。
  • 网络社会基于套接字来传输。
  • 005 R3层和R0层文件对象的交互

   

   

  • 文件对象交互流程：
  • APP应用程序-->
  • "打开并读取磁盘文件xxx.txt" -->
  • 调用win32API函数 -->
  • 通过R3层检测 -->
  • R0层找到文件所在 -->
  • 文件内核管理 加载文件到内存 -->
    这里会根据文件类型来决定，是否读取文件。
  • 构造“文件内核对象” （内核对象代表文件所在空间） -->
  • • • • • • • • • • 以“文件内核对象”来做标识标记 ，存放在内存中 -->
                      此时会有文件的系列信息表生成，把信息表里的部分数据传递出去，内核对象不对暴露出去，只有通过验证过后，才能操作内核对象，内核层才是安全的。
                      • 内存中有了文件内核对象，则返回用户层R3层，通知用户，打开成功 <--||
  • • 文件打开成功 -->
    • 通过R3层，通知API函数 -->
    • 返回的是“文件内核对象”的句柄 -->
      并不会返回“文件内核对象”本身，因为R0层和R3层是中断的（不在一个位面）。只能是额外的开辟一块区域，R0层把参数传到这块区域后，R3层来读取。R3层能获得的，只是“文件内核对象”的一个编号，这个编号就是“句柄”，它对应了文件内核对象的所在。
    • 获得文件内核对象的句柄后，再次发起“读取”文件的请求 -->
    • 告诉R3层，要读取的内核对象是哪个？（句柄的意义） -->
    • 通过R3层的检测 -->
    • • • • • • • 来到R0层 -->
                  • 文件内核管理模块，解读句柄，获取必要参数 -->
                    • 指向开辟的共享区域的文件所在，让R3层读取具体文件信息 <--||
  • 句柄： 代表了某个“内核对象”，内核对象是一类事务的抽象
  • 006 设备的打开方式 初步整理：

   

   

  • 文件 CreateFile(路径名或UNC路径)
  • UNC路径：局域网路径
  • 目录 CreateFile(路径名或UNC路径)
  • 需要FILE_FLAG_BACKUP_SEMANTICS标志
  • 逻辑磁盘 CreateFile(\\.\?:)
  • “\\.”代表 本机；
  • “？”代表 盘符；
  • 物理磁盘 CreateFile(\\.\PHYSICALDRIVE?)
  • 固定格式：\PHYSICALDRIVE?
  • "\PHYSICALDRIVE" 代表物理磁盘;
  • "?" 这里代表物理磁盘的编号，一般为数字。
  • 串口 CreateFile(COM?)
  • 并口 CreateFile(LPT?)
  • 邮件槽服务器 CreateMailslot(\\.\mailslot\邮件槽名)
  • 邮件槽客户端 CreateFile(\\servername\mailslot\邮件槽名)
  • 命名管道服务器 CreateNamePipe(\\.\pipe\管道名)
  • 命名管道客户端 CreateFile(\\servername\pipe\管道名)
  • 匿名管道 CreatePipe
  • 套接字 Socket , accept