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WinSocket模型的探讨——完成端口模型(一)_a

2020-01-16 20:15:46来源:励志吧0次阅读

众所皆知,完成端口是在WINDOWS平台下效率最高,扩展性最好的IO模型,特别针对于WINSOCK的海量连接时,更能显示出其威力。其实建立一个完成端口的服务器也很简单,只要注意几个函数,了解一下关键的步骤也就行了。

这是篇完成端口入门级的文章,分为以下几步来说明完成端口:

函数 常见问题以及解答 步骤 例程 1、函数:

我们在完成端口模型下会使用到的最重要的两个函数是:

CreateIoCompletionPort、GetQueuedCompletionStatus

CreateIoCompletionPort 的作用是创建一个完成端口和把一个IO句柄和完成端口关联起来:

// 创建完成端口

HANDLE CompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);

// 把一个IO句柄和完成端口关联起来,这里的句柄是一个socket 句柄

CreateIoCompletionPort((HANDLE)sClient, CompletionPort, (DWORD)PerHandleData, 0);

其中第一个参数是句柄,可以是文件句柄、SOCKET句柄。

第二个就是我们上面创建出来的完成端口,这里就把两个东西关联在一起了。

第三个参数很关键,叫做PerHandleData,就是对应于每个句柄的数据块。我们可以使用这个参数在后面取到与这个SOCKET对应的数据。

最后一个参数给0,意思就是根据CPU的个数,允许尽可能多的线程并发执行。

GetQueuedCompletionStatus 的作用就是取得完成端口的结果:

// 从完成端口中取得结果

GetQueuedCompletionStatus(CompletionPort, &BytesTransferred, (LPDWORD)&PerHandleData, (LPOVERLAPPED*)&PerIoData, INFINITE)

第一个参数是完成端口

第二个参数是表明这次的操作传递了多少个字节的数据

第三个参数是OUT类型的参数,就是前面CreateIoCompletionPort传进去的单句柄数据,这里就是前面的SOCKET句柄以及与之相对应的数据,这里操作系统给我们返回,让我们不用自己去做列表查询等操作了。

第四个参数就是进行IO操作的结果,是我们在投递 WSARecv / WSASend 等操作时传递进去的,这里操作系统做好准备后,给我们返回了。非常省事!!

个人感觉完成端口就是操作系统为我们包装了很多重叠IO的不爽的地方,让我们可以更方便的去使用,下篇我将会尝试去讲述完成端口的原理。

2、常见问题和解答

a、什么是单句柄数据(PerHandle)和单IO数据(PerIO)

单句柄数据就是和句柄对应的数据,像socket句柄,文件句柄这种东西。

单IO数据,就是对应于每次的IO操作的数据。例如每次的WSARecv/WSASend等等

其实我觉得PER是每次的意思,翻译成每个句柄数据和每次IO数据还比较清晰一点。

在完成端口中,单句柄数据直接通过GetQueuedCompletionStatus 返回,省去了我们自己做容器去管理。单IO数据也容许我们自己扩展OVERLAPPED结构,所以,在这里所有与应用逻辑有关的东西都可以在此扩展。

b、如何判断客户端的断开

我们要处理几种情况

1) 如果客户端调用了closesocket,我们就可以这样判断他的断开:

if(0 == GetQueuedCompletionStatus(CompletionPort, &BytesTransferred, 。。。)

{

}

if(BytesTransferred == 0)

{

// 客户端断开,释放资源

}

2) 如果是客户端直接退出,那就会出现64错误,指定的网络名不可再用。这种情况我们也要处理的:

if(0 == GetQueuedCompletionStatus(。。。))

{

if( (GetLastError() == WAIT_TIMEOUT) || (GetLastError() == ERROR_NETNAME_DELETED) )

{

// 客户端断开,释放资源

}

}

3、步骤

编写完成端口服务程序,无非就是以下几个步骤:

1、创建一个完成端口

2、根据CPU个数创建工作者线程,把完成端口传进去线程里

3、创建侦听SOCKET,把SOCKET和完成端口关联起来

4、创建PerIOData,向连接进来的SOCKET投递WSARecv操作

5、线程里所做的事情:

a、GetQueuedCompletionStatus,在退出的时候就可以使用PostQueudCompletionStatus使线程退出

b、取得数据并处理

4、例程

下面是服务端的例程,可以使用《WinSocket模型的探讨——Overlapped模型(一)》中的客户端程序来测试次服务端。稍微研究一下,也就会对完成端口模型有个大概的了解了。

/*

完成端口服务器

接收到客户端的信息,直接显示出来

*/

#include "winerror.h"

#include "Winsock2.h"

#pragma comment(lib, "ws2_32")

#include "windows.h"

#include <iostream>

using namespace std;

/// 宏定义

#define PORT 5050

#define DATA_BUFSIZE 8192

#define OutErr(a) cout << (a) << endl \

<< "出错代码:" << WSAGetLastError() << endl \

<< "出错文件:" << __FILE__ << endl\

<< "出错行数:" << __LINE__ << endl \

#define OutMsg(a) cout << (a) << endl;

/// 全局函数定义

///////////////////////////////////////////////////////////////////////

//

// 函数名 : InitWinsock

// 功能描述 : 初始化WINSOCK

// 返回值 : void

//

///////////////////////////////////////////////////////////////////////

void InitWinsock()

{

// 初始化WINSOCK

WSADATA wsd;

if( WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsd) != 0)

{

OutErr("WSAStartup()");

}

}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////

//

// 函数名 : BindServerOverlapped

// 功能描述 : 绑定端口,并返回一个 Overlapped 的Listen Socket

// 参数 : int nPort

// 返回值 : SOCKET

//

///////////////////////////////////////////////////////////////////////

SOCKET BindServerOverlapped(int nPort)

{

// 创建socket

SOCKET sServer = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);

// 绑定端口

struct sockaddr_in servAddr;

servAddr.sin_family = AF_INET;

servAddr.sin_port = htons(nPort);

servAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

if(bind(sServer, (struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr)) < 0)

{

OutErr("bind Failed!");

return NULL;

}

// 设置监听队列为200

if(listen(sServer, 200) != 0)

{

OutErr("listen Failed!");

return NULL;

}

return sServer;

}

/// 结构体定义

typedef struct

{

OVERLAPPED Overlapped;

WSABUF DataBuf;

CHAR Buffer[DATA_BUFSIZE];

} PER_IO_OPERATION_DATA, * LPPER_IO_OPERATION_DATA;

typedef struct

{

SOCKET Socket;

} PER_HANDLE_DATA, * LPPER_HANDLE_DATA;

DWORD WINAPI ProcessIO(LPVOID lpParam)

{

HANDLE CompletionPort = (HANDLE)lpParam;

DWORD BytesTransferred;

LPPER_HANDLE_DATA PerHandleData;

LPPER_IO_OPERATION_DATA PerIoData;

while(true)

{

if(0 == GetQueuedCompletionStatus(CompletionPort, &BytesTransferred, (LPDWORD)&PerHandleData, (LPOVERLAPPED*)&PerIoData, INFINITE))

{

if( (GetLastError() == WAIT_TIMEOUT) || (GetLastError() == ERROR_NETNAME_DELETED) )

{

cout << "closing socket" << PerHandleData->Socket << endl;

closesocket(PerHandleData->Socket);

delete PerIoData;

delete PerHandleData;

continue;

}

else

{

OutErr("GetQueuedCompletionStatus failed!");

}

return 0;

}

// 说明客户端已经退出

if(BytesTransferred == 0)

{

cout << "closing socket" << PerHandleData->Socket << endl;

closesocket(PerHandleData->Socket);

delete PerIoData;

delete PerHandleData;

continue;

}

// 取得数据并处理

cout << PerHandleData->Socket << "发送过来的消息:" << PerIoData->Buffer << endl;

// 继续向 socket 投递WSARecv操作

DWORD Flags = 0;

DWORD dwRecv = 0;

ZeroMemory(PerIoData, sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));

PerIoData->DataBuf.buf = PerIoData->Buffer;

PerIoData->DataBuf.len = DATA_BUFSIZE;

WSARecv(PerHandleData->Socket, &PerIoData->DataBuf, 1, &dwRecv, &Flags, &PerIoData->Overlapped, NULL);

}

return 0;

}

void main()

{

InitWinsock();

HANDLE CompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);

// 根据系统的CPU来创建工作者线程

SYSTEM_INFO SystemInfo;

GetSystemInfo(&SystemInfo);

for(int i = 0; i < SystemInfo.dwNumberOfProcessors * 2; i++)

{

HANDLE hProcessIO = CreateThread(NULL, 0, ProcessIO, CompletionPort, 0, NULL);

if(hProcessIO)

{

CloseHandle(hProcessIO);

}

}

// 创建侦听SOCKET

SOCKET sListen = BindServerOverlapped(PORT);

SOCKET sClient;

LPPER_HANDLE_DATA PerHandleData;

LPPER_IO_OPERATION_DATA PerIoData;

while(true)

{

// 等待客户端接入

//sClient = WSAAccept(sListen, NULL, NULL, NULL, 0);

sClient = accept(sListen, 0, 0);

cout << "Socket " << sClient << "连接进来" << endl;

PerHandleData = new PER_HANDLE_DATA();

PerHandleData->Socket = sClient;

// 将接入的客户端和完成端口联系起来

CreateIoCompletionPort((HANDLE)sClient, CompletionPort, (DWORD)PerHandleData, 0);

// 建立一个Overlapped,并使用这个Overlapped结构对socket投递操作

PerIoData = new PER_IO_OPERATION_DATA();

ZeroMemory(PerIoData, sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));

PerIoData->DataBuf.buf = PerIoData->Buffer;

PerIoData->DataBuf.len = DATA_BUFSIZE;

// 投递一个WSARecv操作

DWORD Flags = 0;

DWORD dwRecv = 0;

WSARecv(sClient, &PerIoData->DataBuf, 1, &dwRecv, &Flags, &PerIoData->Overlapped, NULL);

}

DWORD dwByteTrans;

PostQueuedCompletionStatus(CompletionPort, dwByteTrans, 0, 0);

closesocket(sListen);

}

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