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名 前

aio − POSIX 非 同 期 I/O の 概 要

説 明

POSIX 非 同 期 (AIO) イ ン タ ー フ ェ ー ス を 使 う と 、 ア プ リ ケ ー シ ョ ン は 、 非 同 期 に (つ ま り 、 バ ッ ク グ ラ ウ ン ド で ) 実 行 さ れ る I/O 操 作 を 一 つ 以 上 発 行 で き る よ う に な る 。 ア プ リ ケ ー シ ョ ン は I/O 操 作 の 完 了 の 通 知 方 法 を 選 択 す る こ と が で き る 。 選 択 で き る 通 知 方 法 は 、 シ グ ナ ル の 配 送 、 ス レ ッ ド の 起 動 、 通 知 を 行 わ な い で あ る 。

POSIX AIO イ ン タ ー フ ェ ー ス は 以 下 の 関 数 で 構 成 さ れ て い る 。

aio_read(3) 読 み 出 し リ ク エ ス ト を キ ュ ー に 入 れ る 。

read(2) の 非 同 期 版

で あ る 。

aio_write(3) 書 き 込 み リ ク エ ス ト を キ ュ ー に 入 れ る 。

write(2) の 非 同 期

版 で あ る 。

aio_fsync(3) フ ァ イ ル デ ィ ス ク リ プ タ ー に 対 し て 行 わ れ た

I/O 操 作 の 同

期 (sync) リ ク エ ス ト を キ ュ ー に 入 れ る 。 fsync(2)fdatasync(2) の 非 同 期 版 で あ る 。

aio_error(3) キ ュ ー に 入 れ ら れ た

I/O リ ク エ ス ト の エ ラ ー 状 態 を 取 得 す

る 。

aio_return(3) 完 了 し た

I/O リ ク エ ス ト の 終 了 ス テ ー タ ス を 取 得 す る 。

aio_suspend(3) 指 定 さ れ た

I/O リ ク エ ス ト の 集 合 (要 素 は 一 つ 以 上 ) が 完 了

す る ま で 、 呼 び 出 し 側 の 実 行 を 停 止 (suspend) す る 。

aio_cancel(3) 指 定 さ れ た フ ァ イ ル デ ィ ス ク リ プ タ ー に 関 す る 完 了 し て い な い

I/O リ ク エ ス ト の キ ャ ン セ ル を 試 み る 。

lio_listio(3) 一 回 の 関 数 呼 び 出 し で 複 数 の

I/O リ ク エ ス ト を キ ュ ー に 入 れ

る 。

aiocb ("非 同 期 I/O 制 御 ブ ロ ッ ク (asynchronous I/O control block)") 構 造 体 は 、 I/O 操 作 を 制 御 す る パ ラ メ ー タ ー を 定 義 す る 。 こ の 型 の 引 き 数 は 上 記 の 全 て の 関 数 で 使 用 さ れ て い る 。 こ の 構 造 体 は 以 下 の 通 り で あ る 。

#include <aiocb.h>

struct aiocb {
/* The order of these fields is implementation−dependent */

int aio_fildes; /* File descriptor */
off_t aio_offset; /* File offset */
volatile void *aio_buf; /* Location of buffer */
size_t aio_nbytes; /* Length of transfer */
int aio_reqprio; /* Request priority */
struct sigevent aio_sigevent; /* Notification method */
int aio_lio_opcode; /* Operation to be performed;
lio_listio() only */

/* Various implementation−internal fields not shown */ };

/* Operation codes for 'aio_lio_opcode': */

enum { LIO_READ, LIO_WRITE, LIO_NOP }; こ の 構 造 体 の フ ィ ー ル ド は 以 下 の 通 り で あ る 。

aio_filedes

I/O 操 作 の 実 行 対 象 と な る フ ァ イ ル デ ィ ス ク リ プ タ ー 。

aio_offset

I/O 操 作 を 行 う フ ァ イ ル オ フ セ ッ ト を 示 す 。

aio_buf

読 み 出 し 操 作 、 書 き 込 み 操 作 で デ ー タ 転 送 に 使 用 さ れ る バ ッ フ ァ ー 。

aio_nbytes

aio_buf が 指 す バ ッ フ ァ ー の サ イ ズ 。

aio_reqprio

こ の フ ィ ー ル ド で は 、 呼 び 出 し た ス レ ッ ド の リ ア ル タ イ ム 優 先 度 か ら 減 算 す る 値 を 指 定 す る 。 こ の I/O リ ク エ ス ト の 実 行 の 優 先 度 を 決 定 す る た め に 使 用 さ れ る (pthread_setschedparam(3) 参 照 )。 指 定 す る 値 は 0 と sysconf(_SC_AIO_PRIO_DELTA_MAX) が 返 す 値 の 間 で な け れ ば な ら な い 。 こ の フ ィ ー ル ド は 、 フ ァ イ ル 同 期 操 作 で は 無 視 さ れ る 。

aio_sigevent

こ の フ ィ ー ル ド は 、 非 同 期 I/O 操 作 が 完 了 し た 際 に 呼 び 出 し 側 に ど の よ う に 通 知 を 行 う か を 指 定 す る 構 造 体 で あ る 。 aio_sigevent.sigev_notify に 指 定 で き る 値 は 、 SIGEV_NONE, SIGEV_SIGNAL, SIGEV_THREAD で あ る 。 詳 細 は sigevent(7) を 参 照 。

aio_lio_opcode

実 行 さ れ る 操 作 の 種 別 。 lio_listio(3) で の み 使 用 さ れ る 。 上 記 の リ ス ト に あ る 標 準 の 関 数 に 加 え て 、 GNU C ラ イ ブ ラ リ で は 以 下 に 示 す POSIX AIO API に 対 す る 拡 張 が 提 供 さ れ て い る 。

aio_init(3)

glibc の POSIX AIO 実 装 の 動 作 を 調 整 す る パ ラ メ ー タ ー を 設 定 す る 。

エ ラ ー

EINVAL

aiocb 構 造 体 の aio_reqprio フ ィ ー ル ド が 、 0 よ り 小 さ い か 、 sysconf(_SC_AIO_PRIO_DELTA_MAX) が 返 す 上 限 よ り も 大 き か っ た 。

バ ー ジ ョ ン

POSIX AIO イ ン タ ー フ ェ イ ス は glibc バ ー ジ ョ ン 2.1 以 降 で 提 供 さ れ て い る 。

準 拠

POSIX.1−2001, POSIX.1−2008.

注 意

使 用 前 に 制 御 ブ ロ ッ ク バ ッ フ ァ ー を 0 で 埋 め る の は よ い 考 え で あ る (memset(3) 参 照 )。 I/O 操 作 が 実 行 中 の 間 は 、 制 御 ブ ロ ッ ク バ ッ フ ァ ー と aio_buf が 指 す バ ッ フ ァ ー を 変 更 し て は な ら な い 。 I/O 操 作 が 完 了 す る ま で 、 こ れ ら の バ ッ フ ァ ー は 有 効 な 状 態 に 保 た な け れ ば な ら な い 。 同 じ aiocb 構 造 体 を 使 っ て 、 同 時 に 複 数 の 非 同 期 の 読 み 出 し 操 作 や 書 き 込 み 操 作 を 行 っ た 場 合 に 、 ど の よ う な 結 果 に な る か は 未 定 義 で あ る 。 現 在 の Linux で は 、 POSIX AIO 実 装 は glibc に よ り ユ ー ザ ー 空 間 で 提 供 さ れ て い る 。 こ の た め 、 制 限 が い く つ か あ り 、 最 も 顕 著 な も の は 、 I/O 操 作 を 実 行 す る 複 数 の ス レ ッ ド の 管 理 コ ス ト が 高 く 、 ス ケ ー ラ ビ リ テ ィ に 欠 け る こ と で あ る 。 し ば ら く の 間 、 カ ー ネ ル の ス テ ー ト マ シ ン に よ る 非 同 期 I/O の 実 装 の 作 業 が 行 わ れ て い る が (io_submit(2), io_setup(2), io_cancel(2), io_destroy(2), io_getevents(2) 参 照 )、 こ の 実 装 は ま だ POSIX AIO 実 装 を カ ー ネ ル シ ス テ ム コ ー ル に よ り 再 実 装 す る ほ ど 成 熟 し た も の て は な い 。

下 記 の プ ロ グ ラ ム は 、 コ マ ン ド ラ イ ン 引 き 数 で 指 定 さ れ た 名 前 の フ ァ イ ル を そ れ ぞ れ オ ー プ ン し 、 得 ら れ た フ ァ イ ル デ ィ ス ク リ プ タ ー に 対 す る リ ク エ ス ト を aio_read(3) を 使 っ て キ ュ ー に 入 れ る 。 そ の 後 、 こ の プ ロ グ ラ ム は ル ー プ に 入 り 、 定 期 的 に aio_error(3) を 使 っ て ま だ 実 行 中 の 各 I/O 操 作 を 監 視 す る 。 各 I/O リ ク エ ス ト は 、 シ グ ナ ル の 配 送 に よ る 完 了 通 知 が 行 わ れ る よ う に 設 定 さ れ る 。 全 て の I/O リ ク エ ス ト が 完 了 し た 後 、 aio_return(3) を 使 っ て そ れ ぞ れ の ス テ ー タ ス を 取 得 す る 。

SIGQUIT シ グ ナ ル (control−\ を タ イ プ す る と 生 成 で き る ) を 送 る と 、 こ の プ ロ グ ラ ム は aio_cancel(3) を 使 っ て 完 了 し て い な い 各 リ ク エ ス ト に キ ャ ン セ ル 要 求 を 送 る 。 以 下 は こ の プ ロ グ ラ ム を 実 行 し た 際 の 出 力 例 で あ る 。 こ の 例 で は 、 標 準 入 力 に 対 し て 2 つ の リ ク エ ス ト を 行 い 、 "abc" と "x" と い う 2 行 の 入 力 を 行 っ て い る 。

$ ./a.out /dev/stdin /dev/stdin
opened /dev/stdin on descriptor 3
opened /dev/stdin on descriptor 4
aio_error():
for request 0 (descriptor 3): In progress
for request 1 (descriptor 4): In progress
abc

I/O completion signal received
aio_error():
for request 0 (descriptor 3): I/O succeeded
for request 1 (descriptor 4): In progress
aio_error():
for request 1 (descriptor 4): In progress
x

I/O completion signal received
aio_error():
for request 1 (descriptor 4): I/O succeeded
All I/O requests completed
aio_return():
for request 0 (descriptor 3): 4
for request 1 (descriptor 4): 2 プ ロ グ ラ ム の ソ ー ス

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <aio.h>
#include <signal.h>

#define BUF_SIZE 20 /* Size of buffers for read operations */

#define errExit(msg) do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

#define errMsg(msg) do { perror(msg); } while (0)

struct ioRequest { /* Application−defined structure for tracking
I/O requests */
int reqNum;
int status;
struct aiocb *aiocbp; };

static volatile sig_atomic_t gotSIGQUIT = 0;
/* On delivery of SIGQUIT, we attempt to
cancel all outstanding I/O requests */

static void /* Handler for SIGQUIT */
quitHandler(int sig)
{
gotSIGQUIT = 1; }

#define IO_SIGNAL SIGUSR1 /* Signal used to notify I/O completion */

static void /* Handler for I/O completion signal */
aioSigHandler(int sig, siginfo_t *si, void *ucontext)
{
write(STDOUT_FILENO, "I/O completion signal received\n", 31);

/* The corresponding ioRequest structure would be available as
struct ioRequest *ioReq = si−>si_value.sival_ptr;
and the file descriptor would then be available via
ioReq−>aiocbp−>aio_fildes */ }

int
main(int argc, char *argv[])
{
struct ioRequest *ioList;
struct aiocb *aiocbList;
struct sigaction sa;
int s, j;
int numReqs; /* Total number of queued I/O requests */
int openReqs; /* Number of I/O requests still in progress */

if (argc < 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s <pathname> <pathname>...\n",
argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE); }

numReqs = argc − 1;

/* Allocate our arrays */

ioList = calloc(numReqs, sizeof(struct ioRequest));
if (ioList == NULL)
errExit("calloc");

aiocbList = calloc(numReqs, sizeof(struct aiocb));
if (aiocbList == NULL)
errExit("calloc");

/* Establish handlers for SIGQUIT and the I/O completion signal */

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");

/* Open each file specified on the command line, and queue
a read request on the resulting file descriptor */

for (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("opened %s on descriptor %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;

/* Loop, monitoring status of I/O requests */

while (openReqs > 0) {
sleep(3); /* Delay between each monitoring step */

if (gotSIGQUIT) {

/* On receipt of SIGQUIT, attempt to cancel each of the
outstanding I/O requests, and display status returned
from the cancellation requests */

printf("got SIGQUIT; canceling I/O requests: \n");

for (j = 0; j < numReqs; j++) {
if (ioList[j].status == EINPROGRESS) {
printf(" Request %d 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
errMsg("aio_cancel"); } }

gotSIGQUIT = 0; }

/* Check the status of each I/O request that is still
in progress */

printf("aio_error():\n");
for (j = 0; j < numReqs; j++) {
if (ioList[j].status == EINPROGRESS) {
printf(" for request %d (descriptor %d): ",
j, ioList[j].aiocbp−>aio_fildes);
ioList[j].status = aio_error(ioList[j].aiocbp);

switch (ioList[j].status) {
case 0:
printf("I/O succeeded\n");
break;
case EINPROGRESS:
printf("In progress\n");
break;
case ECANCELED:
printf("Canceled\n");
break;
default:
errMsg("aio_error");
break; }

if (ioList[j].status != EINPROGRESS)
openReqs−−; } } }

printf("All I/O requests completed\n");

/* Check status return of all I/O requests */

printf("aio_return():\n");
for (j = 0; j < numReqs; j++) {
ssize_t s;

s = aio_return(ioList[j].aiocbp);
printf(" for request %d (descriptor %d): %zd\n",
j, ioList[j].aiocbp−>aio_fildes, s); }

exit(EXIT_SUCCESS); }

関 連 項 目

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)
http://www.squid-cache.org/~adrian/Reprint-Pulavarty-OLS2003.pdf">http://www.squid-cache.org/~adrian/Reprint-Pulavarty-OLS2003.pdf

こ の 文 書 に つ い て

こ の man ペ ー ジ は Linux man−pages プ ロ ジ ェ ク ト の リ リ ー ス 3.79 の 一 部 で あ る 。 プ ロ ジ ェ ク ト の 説 明 と バ グ 報 告 に 関 す る 情 報 は http://www.kernel.org/doc/man−pages/ に 書 か れ て い る 。

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