WinSocket模型的探討——完成端口模型（一）
開發者在線 Builder.com.cn 更新時間:2008-01-26作者：一雨田 來源:CSDN
本文關鍵詞： 端口模型 Winsocket
衆所皆知，完成端口是在WINDOWS平臺下效率最高，擴展性最好的IO模型，特別針對於WINSOCK的海量連接時，更能顯示出其威力。其實建立一個完成端口的服務器也很簡單，只要注意幾個函數，瞭解一下關鍵的步驟也就行了。
這是篇完成端口入門級的文章，分爲以下幾步來說明完成端口：
- 函數
- 常見問題以及解答
- 步驟
- 例程
1、函數：
我們在完成端口模型下會使用到的最重要的兩個函數是：
CreateIoCompletionPort、GetQueuedCompletionStatus
CreateIoCompletionPort 的作用是創建一個完成端口和把一個IO句柄和完成端口關聯起來：
// 創建完成端口
HANDLE CompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);
// 把一個IO句柄和完成端口關聯起來，這裏的句柄是一個socket 句柄
CreateIoCompletionPort((HANDLE)sClient, CompletionPort, (DWORD)PerHandleData, 0);
其中第一個參數是句柄，可以是文件句柄、SOCKET句柄。
第二個就是我們上面創建出來的完成端口，這裏就把兩個東西關聯在一起了。
第三個參數很關鍵，叫做PerHandleData，就是對應於每個句柄的數據塊。我們可以使用這個參數在後面取到與這個SOCKET對應的數據。
最後一個參數給0，意思就是根據CPU的個數，允許儘可能多的線程併發執行。
GetQueuedCompletionStatus 的作用就是取得完成端口的結果：
// 從完成端口中取得結果
GetQueuedCompletionStatus(CompletionPort, &BytesTransferred, (LPDWORD)&PerHandleData, (LPOVERLAPPED*)&PerIoData, INFINITE)
第一個參數是完成端口
第二個參數是表明這次的操作傳遞了多少個字節的數據
第三個參數是OUT類型的參數，就是前面CreateIoCompletionPort傳進去的單句柄數據，這裏就是前面的SOCKET句柄以及與之相對應的數據，這裏操作系統給我們返回，讓我們不用自己去做列表查詢等操作了。
第四個參數就是進行IO操作的結果，是我們在投遞 WSARecv / WSASend 等操作時傳遞進去的，這裏操作系統做好準備後，給我們返回了。非常省事！！
個人感覺完成端口就是操作系統爲我們包裝了很多重疊IO的不爽的地方，讓我們可以更方便的去使用，下篇我將會嘗試去講述完成端口的原理。
2、常見問題和解答
a、什麼是單句柄數據(PerHandle)和單IO數據(PerIO)
單句柄數據就是和句柄對應的數據，像socket句柄，文件句柄這種東西。
單IO數據，就是對應於每次的IO操作的數據。例如每次的WSARecv/WSASend等等
其實我覺得PER是每次的意思，翻譯成每個句柄數據和每次IO數據還比較清晰一點。
在完成端口中，單句柄數據直接通過GetQueuedCompletionStatus 返回，省去了我們自己做容器去管理。單IO數據也容許我們自己擴展OVERLAPPED結構，所以，在這裏所有與應用邏輯有關的東西都可以在此擴展。
b、如何判斷客戶端的斷開
我們要處理幾種情況
1) 如果客戶端調用了closesocket，我們就可以這樣判斷他的斷開：
if(0 == GetQueuedCompletionStatus(CompletionPort, &BytesTransferred, 。。。)
if(BytesTransferred == 0)
{
// 客戶端斷開，釋放資源
}
2) 如果是客戶端直接退出，那就會出現６４錯誤，指定的網絡名不可再用。這種情況我們也要處理的：
if(0 == GetQueuedCompletionStatus(。。。))
{
if( (GetLastError() == WAIT_TIMEOUT) || (GetLastError() == ERROR_NETNAME_DELETED) )
{
// 客戶端斷開，釋放資源
}
}
3、步驟
編寫完成端口服務程序，無非就是以下幾個步驟：
1、創建一個完成端口
2、根據CPU個數創建工作者線程，把完成端口傳進去線程裏
3、創建偵聽SOCKET，把SOCKET和完成端口關聯起來
4、創建PerIOData，向連接進來的SOCKET投遞WSARecv操作
5、線程裏所做的事情：
a、GetQueuedCompletionStatus，在退出的時候就可以使用PostQueudCompletionStatus使線程退出
b、取得數據並處理
4、例程
下面是服務端的例程，可以使用《WinSocket模型的探討——Overlapped模型（一）》中的客戶端程序來測試次服務端。稍微研究一下，也就會對完成端口模型有個大概的瞭解了。
/*
完成端口服務器
接收到客戶端的信息，直接顯示出來
*/
#include "winerror.h"
#include "Winsock2.h"
#pragma comment(lib, "ws2_32")
#include "windows.h"
#include <iostream>
using namespace std;
/// 宏定義
#define PORT 5050
#define DATA_BUFSIZE 8192
#define OutErr(a) cout << (a) << endl
<< "出錯代碼：" << WSAGetLastError() << endl
<< "出錯文件：" << __FILE__ << endl
<< "出錯行數：" << __LINE__ << endl
#define OutMsg(a) cout << (a) << endl;
/// 全局函數定義
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
// 函數名 : 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)
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
// 函數名 : BindServerOverlapped
// 功能描述 : 綁定端口，並返回一個 Overlapped 的Listen Socket
// 參數 : int nPort
// 返回值 : SOCKET
//
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
SOCKET BindServerOverlapped(int nPort)
{
// 創建socket
SOCKET sServer = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
// 綁定端口
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;
}
// 設置監聽隊列爲200
if(listen(sServer, 200) != 0)
{
OutErr("listen Failed!");
return NULL;
}
return sServer;
}
/// 結構體定義
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;
}
// 說明客戶端已經退出
if(BytesTransferred == 0)
{
cout << "closing socket" << PerHandleData->Socket << endl;
closesocket(PerHandleData->Socket);
delete PerIoData;
delete PerHandleData;
continue;
}
// 取得數據並處理
cout << PerHandleData->Socket << "發送過來的消息：" << PerIoData->Buffer << endl;
// 繼續向 socket 投遞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);
// 根據系統的CPU來創建工作者線程
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)
}
// 創建偵聽SOCKET
SOCKET sListen = BindServerOverlapped(PORT);
SOCKET sClient;
LPPER_HANDLE_DATA PerHandleData;
LPPER_IO_OPERATION_DATA PerIoData;
while(true)
{
// 等待客戶端接入
//sClient = WSAAccept(sListen, NULL, NULL, NULL, 0);
sClient = accept(sListen, 0, 0);
cout << "Socket " << sClient << "連接進來" << endl;
PerHandleData = new PER_HANDLE_DATA();
PerHandleData->Socket = sClient;
// 將接入的客戶端和完成端口聯繫起來
CreateIoCompletionPort((HANDLE)sClient, CompletionPort, (DWORD)PerHandleData, 0);
// 建立一個Overlapped，並使用這個Overlapped結構對socket投遞操作
PerIoData = new PER_IO_OPERATION_DATA();
ZeroMemory(PerIoData, sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));
PerIoData->DataBuf.buf = PerIoData->Buffer;
PerIoData->DataBuf.len = DATA_BUFSIZE;
// 投遞一個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);
}
