异步机制 - IO完成端口
1 KQUEUE KeInitializeQueue
VOID
KeInitializeQueue(
IN PKQUEUE Queue,
IN ULONG Count OPTIONAL
);
lkd> dt _KQUEUE
nt!_KQUEUE
+0x000 Header : _DISPATCHER_HEADER
+0x010 EntryListHead : _LIST_ENTRY
+0x018 CurrentCount : Uint4B
+0x01c MaximumCount : Uint4B
+0x020 ThreadListHead : _LIST_ENTRY
KeInitializeQueue初始化Queue对象，线程可以等待访问队列中的元素，Count 表示同时可以访问队列的线程数(不需要等待)，一般使用KQUEUE的时候也会创建对应数量的线程来queue and dequeue its entries
2 KQUEUE KeInsertQueue
LONG
KeInsertQueue(
IN PKQUEUE Queue,
IN PLIST_ENTRY Entry
);
如果当前线程的不是处于queue wait状态，或者等待的QUEUE不是要插入的这个QUEUE，并且有其它线程在等待KQUEUE(调用KeRemoveQueue)，活跃的线程小于最大的活跃线程，则会唤醒等待KQUEUE的线程来取本次要插入的Entry，否则把Entry插入到Queue的尾部.
3 CreateIoCompletionPort - ExistingCompletionPort为NULL的情况
HANDLE WINAPI CreateIoCompletionPort(
__in HANDLE FileHandle,
__in HANDLE ExistingCompletionPort,
__in ULONG_PTR CompletionKey,
__in DWORD NumberOfConcurrentThreads
);
内部创建一个完成端口对象，对象开始是一个_KQUEUE对象，然后调用KeInitializeQueue初始化这个KQUEUE，然后返回这个对象的句柄。如果FileHandle不为NULL，则调用NtSetInformationFile把FileHandle和完成端口进行绑定关联
CompletionInfo.Port = ExistingCompletionPort;
CompletionInfo.Key = (void *)CompletionKey;
NtSetInformationFile(FileHandle, &IoSb, &CompletionInfo, 8, FileCompletionInformation);
关于NtSetInformationFile内部的实现，先看FILE_OBJECT对象
lkd> dt _FILE_OBJECT
nt!_FILE_OBJECT
...
+0x06c CompletionContext : Ptr32 _IO_COMPLETION_CONTEXT
lkd> dt _IO_COMPLETION_CONTEXT
nt!_IO_COMPLETION_CONTEXT
+0x000 Port : Ptr32 Void
+0x004 Key : Ptr32 Void
也就是说内部先分配一个IO_COMPLETION_CONTEXT结构体，然后根据CompletionInfo里面的Port句柄获得Port对象，然后填充这个结构体，最后把这个结构体的指针放到FileHandle对应的文件对象的CompletionContext里面。一个CompletionPort可以关联多个FileHandle，可以通过CompletionKey来标识具体的FileHandle
4 PostQueuedCompletionStatus
BOOL WINAPI PostQueuedCompletionStatus(
__in HANDLE CompletionPort,
__in DWORD dwNumberOfBytesTransferred,
__in ULONG_PTR dwCompletionKey,
__in LPOVERLAPPED lpOverlapped //这里只是个指针，不一定非要指向OVERLAPPED结构体
);
往CompletionPort投递一个I/O completion packet，包含dwNumberOfBytesTransferred， dwCompletionKey和lpOverlapped.
PostQueuedCompletionStatus内部调用NtSetIoCompletion来实现具体的功能
NTSTATUS
NtSetIoCompletion (
__in HANDLE IoCompletionHandle, //CompletionPort
__in PVOID KeyContext, //dwCompletionKey
__in_opt PVOID ApcContext, //为0
__in NTSTATUS IoStatus, //lpOverlapped
__in ULONG_PTR IoStatusInformation //dwNumberOfBytesTransferred
)
NtSetIoCompletion内部大概实现如下
IoCompletionHandle获得完成端口对象IoCompletion，分配一个结构体_IOP_MINI_COMPLETION_PACKET MiniPacket，根据NtSetIoCompletion传进的参数初始化MiniPacket，调用KeInsertQueue((PKQUEUE)IoCompletion, &MiniPacket->ListEntry);插入到完成端口对象的KQUEUE里面_IOP_MINI_COMPLETION_PACKETL里面的PacketType表示类型，比如IopCompletionPacketIrp表示是IRP IO完成时投递的，在NtRemoveIoCompletion里面会跟进这个字段来区分数据
5 GetQueuedCompletionStatus
BOOL WINAPI GetQueuedCompletionStatus(
__in HANDLE CompletionPort,
__out LPDWORD lpNumberOfBytes,
__out PULONG_PTR lpCompletionKey,
__out LPOVERLAPPED* lpOverlapped,
__in DWORD dwMilliseconds
);
内部只是简单的调用NtRemoveIoCompletion
NTSTATUS
NtRemoveIoCompletion (
__in HANDLE IoCompletionHandle,
__out PVOID *KeyContext,
__out PVOID *ApcContext,
__out PIO_STATUS_BLOCK IoStatusBlock,
__in_opt PLARGE_INTEGER Timeout
)
如果是IO
ApcContext = Irp->Overlay.AsynchronousParameters.UserApcContext;
KeyContext = (PVOID)Irp->Tail.CompletionKey;
IoStatusBlock = Irp->IoStatus;
6 完成端口跟FileHandle的内部逻辑
当一次IO完成时，会调用IopCompleteRequest，IopCompleteRequest内部有这一处逻辑
if (fileObject && fileObject->CompletionContext) {
port = fileObject->CompletionContext->Port;
key = fileObject->CompletionContext->Key;
}
irp->Tail.CompletionKey = key;
irp->Tail.Overlay.PacketType = IopCompletionPacketIrp;
KeInsertQueue( (PKQUEUE) port,
&irp->Tail.Overlay.ListEntry );
也就是说，每一次IO完成时，都会向完成端口投递相关信息
7 BindIoCompletionCallback
BOOL WINAPI BindIoCompletionCallback(
__in HANDLE FileHandle,
__in LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE Function,
ULONG Flags //没用
);
微软内部帮你封装好了IO 完成端口的调用，线程池，在文件操作完成时会调用Function
BindIoCompletionCallback内部实现
Status = RtlSetIoCompletionCallback(FileHandle,
(PIO_APC_ROUTINE)Function,
Flags);
RtlSetIoCompletionCallback内部只是把Function当做一个CompletionKey，调用 NtSetInformationFile(FileHandle, &IoSb, &CompletionInfo, 8, FileCompletionInformation); 把Function和文件句柄进行绑定，下次有IO完成时，线程池里面的线程调用ZwRemoveIoCompletion就可以获得CompletionKey，然后进行调用
VOID CALLBACK FileIOCompletionRoutine(
[in] DWORD dwErrorCode, //
[in] DWORD dwNumberOfBytesTransfered,
[in] LPOVERLAPPED lpOverlapped //ApcContext = Irp->Overlay.AsynchronousParameters.UserApcContext;
);
那Irp->Overlay.AsynchronousParameters.UserApcContext从哪来的，在NtReadFile, NtWriteFile里面会设置
NTSTATUS
NtReadFile (
__in HANDLE FileHandle,
__in_opt HANDLE Event,
__in_opt PIO_APC_ROUTINE ApcRoutine,
__in_opt PVOID ApcContext,
__out PIO_STATUS_BLOCK IoStatusBlock,
__out_bcount(Length) PVOID Buffer,
__in ULONG Length,
__in_opt PLARGE_INTEGER ByteOffset,
__in_opt PULONG Key
)
irp->Overlay.AsynchronousParameters.UserApcContext = ApcContext;
对应的就是ReadFile里面的lpOverlapped
BOOL WINAPI ReadFile(
__in HANDLE hFile,
__out LPVOID lpBuffer,
__in DWORD nNumberOfBytesToRead,
__out LPDWORD lpNumberOfBytesRead,
__in LPOVERLAPPED lpOverlapped
);
8 APC和完成端口
如果绑定了完成端口，那APC是不能干活的，在NtReadFile, NtWriteFile里面会这么判断
if (fileObject->CompletionContext && IopApcRoutinePresent( ApcRoutine )) {
ObDereferenceObject( fileObject );
return STATUS_INVALID_PARAMETER;
}
也就是意味着绑定了完成端口以后，你不能使用ReadFileEx传入回调
