干净快速地取消 I/O 操作

• 下载源代码 - 2.4 Kb

引言

本文介绍了从 Windows 用户模式模块（应用程序、DLL 等）干净快速地取消 I/O 操作的方法。这适用于执行 I/O 操作（例如通过 `ReadFile`、`WriteFile`、`fwrite` 等进行磁盘读/写）、设备特定 IOCTL 等的组件。

问题

当一个正在执行 I/O 操作或等待挂起 I/O 操作的应用程序被终止或关闭时，它不会立即退出（即使其 GUI 消失）。在所有 I/O 操作被取消或完成之前，应用程序仍将运行。但这并不是最终用户关闭应用程序主窗口时预期的行为（最终用户期望应用程序立即退出）。此外，系统关机/重启也会因为这些应用程序而花费更长的时间（因为操作系统会等待这些应用程序终止一段时间）。

到目前为止（Windows 2003 及更早版本），I/O 操作只能由启动它的同一个线程取消（使用 `CancelIo` API）。因此，在应用程序退出期间，很难从单个线程（终止处理程序）取消所有未完成的 I/O 操作。

到目前为止的解决方案是：在应用程序退出期间，所有线程都需要被通知（使用事件或其他方式），并且在收到此类通知后，每个线程（它将等待异步 I/O 操作完成）将使用 `CancelIo` API 取消 I/O 操作。在所有线程完成取消后，应用程序退出例程将返回。但是这个解决方案仍然存在一个缺陷：在应用程序退出期间，如果任何线程正在等待同步 I/O 操作的完成（例如，它调用了 `ReadFile`、`WriteFile` 同步操作），那么退出例程无法取消此类同步 I/O 操作——它必须等到 I/O 操作完成。

在 DLL 的情况下（在应用程序退出期间，所有已加载 DLL 的 `DllMain()` 都将被调用以处理未完成操作的取消），即使是异步 I/O 取消解决方案（如上所述）也是不可能的。这是因为，当 `DllMain()` 被调用时，DLL 创建的其他线程不会运行（由于内置的互斥机制）。因此，当 `DllMain()` 在应用程序退出期间以参数 `DLL_PROCESS_DETACH` 被调用时，即使它通知其他线程（通过事件或其他方式），其他线程也不会运行，因此任何未完成的 I/O 操作都不会被取消。

建议解决方案

本文（以及代码）描述了如何确保应用程序（甚至 DLL）可以取消所有当前未完成的 I/O 操作（同步和异步），并尽快退出，而且这种取消以更干净的方式发生。

所提议解决方案的优点

如果应用程序实现本文描述的解决方案，它们将确保所有未完成的 I/O 操作以干净的方式取消，并且应用程序一旦被最终用户终止或关闭，就会尽快退出，从而提高用户响应能力，并有助于最大限度地减少系统关机/重启所需的时间。

背景

设备 I/O（输入/输出）操作是操作系统中所有应用程序的心脏和大脑。许多应用程序的最终目标是读取设备或写入设备（设备可以是任何东西，扬声器、视频、硬盘等）。应用程序调用 Windows 提供的 API（例如 `ReadFile`、`WriteFile` 等）来执行设备 I/O 操作。

如何实现所提议的解决方案？

该解决方案的基本思想是利用 Windows Vista/Longhorn 中引入的新 API，即 CancelSynchronousIo 和 CancelIoEx。

在理解如何使用这些 API 之前，让我们首先了解 I/O 操作的类型。在发出 I/O 请求时，应用程序有两种选择；I/O 操作是同步的还是异步的。顾名思义，同步 I/O 操作 API（`ReadFile`、`WriteFile` 等）只有在 I/O 操作完成后才会返回给调用者，而异步 I/O 操作 API（`ReadFileEx`、`WriteFileEx` 等）在 I/O 操作启动时会立即返回（稍后，应用程序需要检查异步 I/O 操作是否完成）。

也就是说，应用程序可以根据其要求设计为使用同步 I/O 或异步 I/O，甚至两者都使用。该解决方案将解决所有类型 I/O 操作的取消问题。

取消未完成 I/O 操作的解决方案需要在应用程序退出时执行的例程中实现（例如：`WM_CLOSE` 消息处理程序或在 DLL 中收到 `DLL_PROCESS_DETACH` 时在 `DllMain()` 中）。

为了取消同步 I/O 操作，Vista/Longhorn 中引入了 `CancelSynchronousIo` API。此 API 将线程句柄作为其参数，并使用它取消该线程当前正在进行的同步 I/O 操作。现在，有两种方法可以检索此应用程序创建的所有线程的线程句柄。

1. 应用程序可以维护一个全局变量，其中包含所有已创建线程的句柄列表（具体来说，任何可能执行 I/O 操作的线程）。现在，在取消期间，可以遍历此全局列表以检索所有线程的句柄。
2. 在取消 I/O 操作期间，我们可以使用 `CreateToolhelp32Snapshot`、`Thread32First`、`OpenThread`、`Thread32Next` 等 API 枚举与此应用程序相关的所有线程（并检索线程句柄）（有关这些 API 的用法，请参见代码）。

现在，在检索到此应用程序所有线程的线程句柄后，可以为每个线程调用 `CancelSynchronousIo` API（注意：此 API 将在将 I/O 操作标记为已取消后立即返回）。请参阅代码。

要取消异步 I/O 操作，机制有点复杂。应用程序需要维护一个设备句柄列表，这些设备正在执行 I/O 操作。每当应用程序打开一个设备进行异步 I/O 操作（例如，使用 `CreateFile`、`OpenFile` 等）时，它必须更新设备句柄的全局列表（并在使用 `CloseHandle` API 关闭设备时删除该句柄）。

现在，在取消 I/O 操作期间，应用程序需要遍历设备句柄列表，并对列表中找到的每个句柄调用 `CancelIoEx` API（请参阅代码）。

通过执行上述算法，应用程序可以确保所有未完成的 I/O 操作（同步和异步）都将快速、干净地取消，从而提高终止时的响应能力。

使用代码

代码中包含一个名为 _CleanCancelIOs.cpp_ 的文件，其中包含名为 `CancelAllIOs()` 的例程。要使用它，首先将此文件添加到您的应用程序项目中。现在，在应用程序的终止处理程序中（`WM_CLOSE` 消息处理程序或在 DLL 中收到 `DLL_PROCESS_DETACH` 时在 `DllMain()` 中），调用 `CancelAllIOs()` 例程。

为了处理异步 I/O 取消，您需要声明全局变量 " `HANDLE *g_hDeviceList` "（其中包含设备句柄列表）和 " `int g_nDevCount` "（其中包含列表中设备句柄的数量），如上一节所述。如前所述，您的应用程序需要在打开或关闭设备时更新这些全局变量。

现在，编译并运行您的应用程序。现在，您的应用程序可以快速、干净地处理 I/O 取消。

参考文献

微软有一些文章讨论了 I/O 取消。但它们没有提及应用程序如何在终止期间（通常只有在终止期间，应用程序才需要取消所有未完成的 I/O 操作）确切地取消所有未完成的 I/O 操作——这正是本文的重点。

1. Windows Vista 中的 Win32 I/O 取消支持
2. 取消挂起的 I/O 操作

历史

• 2007 年 2 月 12 日：原文