完成端口使用總結 (轉)

完成端口使用總結 (轉)

http://blog.csdn.net/dananhai/archive/2008/02/26/2122778.aspx

<!--[endif]-->前言

本文不是全面介紹完成端口的，只是簡單介紹了一下完成端口和幾個常用概念。本文主要關注完成端口關閉時資源釋放問題。

<!--[if !supportLists]-->基礎介紹

    完成端口——可能是Win32下最複雜的一種I/O模型，Win32下最複雜的內核對象。它通過指定數量的線程對重疊I/O請求進行管理，以便爲已經完成的I/O請求提供服務，相對其它I/O模型，它管理任意數目I/O套接字。假若一個應用程序同時需要管理爲數衆多的套接字，那麼採用這種模型，往往可以達到最佳的系統性能。

通過CreateIoCompletionPort（唯一一個創建內核對象而沒有LPSECURITY_ATTRIBUTES參數的Win32函數，這是因爲完成端口只應用於進程內）來創建I/O完成端口，當你創建一個I/O完成端口時，內核實際創建了5個不同的數據結構。

• 設備列表。

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• I/O完成隊列（FIFO）。當一個設備的異步I/O請求完成時，系統檢查該設備是否關聯了一個完成端口，如果是系統向該完成端口的I/O完成隊列加入完成I/O請求項。

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• 等待線程隊列（LIFO）。當線程池中的一個線程調用GetQueuedCompletionStatus時，調用線程的線程ID備放入該隊列中。

• 釋放線程隊列（活動線程隊列）。完成端口通過該隊列監視和限定活動線程的數目，這個限定通常是CPU數目，過多的活動線程沒有實際意義，它會引發線程切換從而降低性能。

• 暫停線程隊列。當線程調用了Sleep、WaitForSingleObject、WaitForMultipleObjects等。

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<!--[if !supportLists]-->相關概念

<!--[if !supportLists]-->工作者線程與完成端口

成功創建一個完成端口後，便可開始將套接字句柄與對象關聯到一起。但在關聯套接字之前，首先必須創建一個或多個“工作者線程”，以便在I/O請求投遞給完成端口對象後，爲完成端口提供服務。

完成端口I/O模型的工作流程如下：

1）  通過CreateIoCompletionPort創建完成端口。

2）  創建工作者線程。

3）  通過CreateIoCompletionPort將完成端口與某一設備相關聯。

4）  通過WSAXXX發出異步I/O請求。

5）  在工作者線程中通過調用GetQueuedCompetionStatus取得完成I/O請求項進行後續的處理。

<!--[if !supportLists]--> <!--[endif]-->單句柄數據和單I/O操作數據

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->HANDLE CreateIoCompletionPort(HANDLE FileHandle, HANDLE ExistingCompletionPort,
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->   ULONG_PTR CompletionKey, DWORD NumberOfConcurrentThreads);
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->BOOL GetQueuedCompletionStatus    (HANDLE CompletionPort, LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->    PULONG_PTR lpCompletionKey, LPOVERLAPPED *lpOverlapped, DWORD dwMilliseconds );<!--[if !vml]--><!--[endif]--> 

    GetQueuedCompetionStatus的lpCompletionKey參數包含了“單句柄數據”，它是通過調用CreateIoCompletionPort來關聯完成端口與設備時，通過CompletionKey參數設定的。也就是說這個數據特定於設備（這裏指套接字）。
    GetQueuedCompetionStatus的lpOverlapped參數則包含了“單I/O操作數據”，在通過該函數取得I/O完成隊列中的I/O請求完成項後，lpOverlapped指向一個對應了發起這個I/O請求時傳遞的OVERLAPPED數據結構，也就是說這個數據特定於I/O請求。
  單句柄數據和單I/O數據有什麼用呢？同過單句柄數據我們可以關聯特定的處理函數或處理器或其它結構對該句柄之上的I/O進行特定的處理。單I/O數據爲異步I/O的發起和完成建立了聯繫，它可以關聯緩衝區或處理器（參見ACE_Proactor），方便異步I/O操作。

<!--[if !supportLists]-->需要注意的問題

下面是請求完成通知插入I/O完成隊列的幾種情況：

• 調用了closesocket
• 調用了CancelIo
• 發起I/O請求的線程終止
• 超時
• PostQueuedCompletionStatus
  
• I/O請求正常完成

上述情況除正常完成和PostQueuedCompletionStatus外，其他完成通知會使GetQueuedCompletionStatus返回FALSE，而此時lpOverlapped（超時爲NULL）指向未完成I/O請求的單I/O數據。明白了這些後，後面講的大多不是問題，講一講加深下印象吧。

<!--[if !supportLists]-->資源管理問題一

• 當I/O請求返回非pending錯誤和GetQueuedCompletionStatus返回FALSE時如果釋放單I/O數據佔用的資源。（IOCP中的socket錯誤和資源釋放處理方法 ）
• 進行重疊I / O操作的同時，強行釋放一個OVERLAPPED結構。要想避免出現這種情況，最好的辦法是針對每個套接字句柄，調用closesocket函數，任何尚未進行的重疊I / O操作都會完成。

<!--[if !supportLists]-->資源管理問題二（關閉完成端口服務）

    我們通常通過調用PostQueuedCompletionStatus向I/O完成隊列中加入特殊的完成項來結束工作者線程的，此時，對於未完成的I/O請求要分情況處理之：

• 對於在工作者線程中發起的I/O請求（一般情況下是這樣），隨着該工作者線程的結束這些I/O請求便會完成，那麼對於這種情況我們需要另外的線程來做相應的清理工作——通過調用超時參數爲0的GetQueuedCompletionStatus函數，遍歷I/O完成隊列，lpOverlapped包含了特定於I/O操作的數據。
• 也可在收到關閉通知後，關閉套接字或取消相關的操作使得I/O請求完成並處理之。這需要將這些套接字以及相應的I/O操作記錄下來。

<!--[if !supportLists]-->關於PostQueuedCompletionStatus

由於等待線程隊列是LIFO的，所以該函數要想通知每個工作者線程是件棘手的事情。

<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->參考文獻

[1]Jeffery Richter.Advanced Windows(3rd Edition),Microsoft Press,1997
[2]Anthony Jones,Jim Ohlund. Network Programming for Microsoft Windows ,Microsoft Press,2002

 

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