Windows下用ReadFile加速文件处理

Windows下用ReadFile加速文件处理

引用

CSDN

等

10

来源

1.

https://blog.csdn.net/qq_25905159/article/details/119739618

2.

https://blog.csdn.net/hu1610552336/article/details/121072372

3.

https://blog.csdn.net/huangkangying/article/details/73614402

4.

https://blog.51cto.com/u_16175517/8342163

5.

https://blog.csdn.net/qq_39232194/article/details/124078956

6.

https://blog.csdn.net/jinking01/article/details/106547862

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https://learn.microsoft.com/en-us/windows/win32/api/fileapi/nf-fileapi-readfile

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https://learn.microsoft.com/en-us/windows/win32/sync/synchronization-and-overlapped-input-and-output

9.

https://learn.microsoft.com/en-us/windows/win32/devio/overlapped-operations

10.

https://www.cnblogs.com/linhaostudy/p/16126723.html

在Windows系统中，ReadFile函数是进行文件读取操作的核心API。通过合理利用其各种特性，可以显著提升文件处理速度。本文将详细介绍如何通过异步读取、多线程读取和预读技术来优化文件读取性能。

ReadFile函数用于从指定的文件或I/O设备读取数据。其函数原型如下：

BOOL ReadFile(
  HANDLE       hFile,
  LPVOID       lpBuffer,
  DWORD        nNumberOfBytesToRead,
  LPDWORD      lpNumberOfBytesRead,
  LPOVERLAPPED lpOverlapped
);

• hFile：要读取的文件或设备的句柄
• lpBuffer：接收数据的缓冲区
• nNumberOfBytesToRead：要读取的最大字节数
• lpNumberOfBytesRead：实际读取的字节数
• lpOverlapped：指向OVERLAPPED结构的指针，用于异步操作

通过检查lpNumberOfBytesRead的值，可以判断是否已到达文件末尾。如果该值小于请求读取的字节数，通常意味着已到达文件末尾。

异步读取（也称为重叠I/O）允许程序在等待I/O操作完成的同时继续执行其他任务，从而提高效率。要使用异步读取，需要满足以下条件：

1. 在打开文件时使用FILE_FLAG_OVERLAPPED标志：

HANDLE hFile = CreateFile(
  "example.txt",
  GENERIC_READ,
  0,
  NULL,
  OPEN_EXISTING,
  FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,
  NULL
);

2. 使用OVERLAPPED结构体：

OVERLAPPED overlapped = {0};
overlapped.Offset = 0; // 设置读取的起始位置
overlapped.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);

3. 调用ReadFile时传入OVERLAPPED结构体：

BOOL result = ReadFile(
  hFile,
  buffer,
  bufferSize,
  NULL, // 异步操作时此参数应为NULL
  &overlapped
);

4. 使用GetOverlappedResult等待I/O完成：

DWORD bytesRead;
GetOverlappedResult(hFile, &overlapped, &bytesRead, TRUE);

异步读取特别适合处理大文件或需要高并发I/O操作的场景。通过合理使用异步I/O，可以显著提高程序的响应速度和整体性能。

多线程读取允许同时从文件的不同部分读取数据，从而充分利用多核处理器的计算能力。实现多线程读取的基本步骤如下：

1. 将文件划分为多个区域，每个线程负责读取一个区域
2. 为每个线程创建独立的文件句柄
3. 使用线程同步机制（如互斥量）避免竞争条件

示例代码：

#include <windows.h>
#include <stdio.h>

DWORD WINAPI ReadThread(LPVOID lpParam) {
    FILE_INFO* fileInfo = (FILE_INFO*)lpParam;
    HANDLE hFile = CreateFile(
        fileInfo->fileName,
        GENERIC_READ,
        FILE_SHARE_READ,
        NULL,
        OPEN_EXISTING,
        FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
        NULL
    );

    if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        printf("Failed to open file.\n");
        return -1;
    }

    SetFilePointer(hFile, fileInfo->offset, NULL, FILE_BEGIN);

    DWORD bytesRead;
    ReadFile(hFile, fileInfo->buffer, fileInfo->size, &bytesRead, NULL);

    CloseHandle(hFile);
    return 0;
}

int main() {
    FILE_INFO fileInfo1 = {"example.txt", 0, 1024 * 1024, NULL};
    FILE_INFO fileInfo2 = {"example.txt", 1024 * 1024, 1024 * 1024, NULL};

    HANDLE thread1 = CreateThread(NULL, 0, ReadThread, &fileInfo1, 0, NULL);
    HANDLE thread2 = CreateThread(NULL, 0, ReadThread, &fileInfo2, 0, NULL);

    WaitForSingleObject(thread1, INFINITE);
    WaitForSingleObject(thread2, INFINITE);

    CloseHandle(thread1);
    CloseHandle(thread2);

    return 0;
}

多线程读取特别适合处理超大文件或需要同时读取多个文件的场景。通过合理划分任务和管理线程，可以显著提高文件读取速度。

预读技术通过提前将数据加载到内存中，从而减少磁盘I/O操作，提高读取速度。Windows系统提供了SetFileValidData和SetFileShortName等函数来控制文件预读行为，但更常用的优化方法是通过调整内核的预读策略。

内核预读机制的工作原理是：当程序读取文件时，系统不仅读取当前请求的数据，还会预读后续可能需要的数据到缓存中。预读量和时机可以通过以下方式进行优化：

1. 调整系统预读参数：

   • 通过修改注册表中的HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\Memory Management\PrefetchParameters键值
   • 调整EnablePrefetcher和EnableSuperfetch的值

2. 使用CreateFile时的FILE_FLAG_SEQUENTIAL_SCAN标志：

   • 告诉系统这是一个顺序读取的文件，从而优化预读策略

3. 手动控制预读：

   • 使用ReadFile的异步模式，结合OVERLAPPED结构体的Offset和OffsetHigh成员，手动控制预读位置和大小

预读技术特别适合处理顺序读取的大型数据文件。通过合理调整预读策略，可以显著减少磁盘I/O等待时间，提高整体读取速度。

1. 对于小型文件或简单读取操作，使用同步ReadFile即可满足需求
2. 处理大文件或需要高并发I/O的场景时，优先考虑异步读取
3. 多线程读取适合处理超大文件或多个文件，但需要注意线程同步问题
4. 预读技术可以显著提升顺序读取性能，但需要根据具体场景调整预读参数
5. 在实际应用中，可以结合使用多种优化方法，以达到最佳性能

通过合理利用ReadFile函数的各种特性，结合异步读取、多线程读取和预读技术，可以显著提升Windows系统下的文件处理速度。这些优化方法不仅适用于大型数据处理任务，还能有效减少程序执行时间，提升整体性能。