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Linuxカーネルに与えるファイルI/Oのアドバイス
（2009/03/24公開）

非同期I/O

　非同期I/Oを実行するには、カーネル最下位層のサポートが必要です。POSIX 1003.1-2003は、ありがたいことにLinuxが実装しているaioインターフェースを定義します。以下のように、aioライブラリには、非同期I/Oを提出して完了時に通知を受け取る関数ファミリがあります。

  #include <aio.h>
  /* asynchronous I/O control block */
  struct aiocb {
          int aio_filedes;        /* file descriptor */
          int aio_lio_opcode;     /* operation to perform */
          int aio_reqprio;        /* request priority offset */
          volatile void *aio_buf; /* pointer to buffer */
          size_t aio_nbytes;      /* length of operation */
          struct sigevent aio_sigevent;                     /*
signal number and value */
          /* internal, private members follow... */
  };
  int aio_read (struct aiocb *aiocbp);
  int aio_write (struct aiocb *aiocbp);
  int aio_error (const struct aiocb *aiocbp);
  int aio_return (struct aiocb *aiocbp);
  int aio_cancel (int fd, struct aiocb *aiocbp);
  int aio_fsync (int op, struct aiocb *aiocbp);
  int aio_suspend (const struct aiocb * const cblist[],
                   int n,
                   const struct timespec *timeout);

スレッドベースの非同期I/O

　LinuxはO_DIRECTフラグで開いたファイルのaioのみをサポートします。O_DIRECTを使わずに開いた通常ファイルで非同期I/Oを実行するには、自分で方法を探さなくてはなりませんが、カーネルのサポートがないため、本物の非同期I/Oに類似した結果を出してくれる近似の非同期I/Oを採用するしかありません。

　最初に、なぜ、アプリケーション開発者は非同期I/Oを希望するのでしょうか？以下がその理由です。

・ブロッキングなしでI/Oを実行するため
・I/Oを待ち行列に入れる、I/Oをカーネルに提出する、動作完了の通知を受け取る－これらの活動を分離するため

　1番目は性能の問題です。I/O動作がまったくブロックしなければ、入出力のオーバーヘッドはゼロになり、I/O制約のプロセスとならずにすみます。2番目は手順の問題であり、単にI/Oの処理方法が違うだけです。

　これらの目標を実現するもっとも一般的な方法は、スレッド（スケジューリングに関しては、第5章と第6章で解説します）を利用する方法です。この方法には、以下のプログラミングが含まれます。

1．すべてのI/Oを処理するために、「ワーカースレッド」のプールを作成する
2．I/O動作をワークキューに置くためのインターフェースセットを実装する
3．これらインターフェースのおのおのに、関連付いたI/O動作を一意的に特定するI/O記述子を戻させる。各ワーカースレッドで、キューの先頭からI/O要求を取り込み、提出して、完了を待つ
4．完了したら、動作結果（戻り値、エラーコード、すべての読み込みデータ）を結果キューへ置く
5．結果キューからステータス情報を読み出すインターフェースセットを実装し、最初に戻されたI/O記述子を使って各動作を特定する

　この方法を使えば、スレッド管理というオーバーヘッドが増大するものの、POSIXのaioインターフェースと同様の動作を実現することができます。

　では、次のパートで学習を続けましょう。