一.
重疊模型的優點
1. 可以運行在支持Winsock2的所有Windows平臺 ,而不像完成端口只是支持NT系統。
2. 比起阻塞、select、WSAAsyncSelect以及WSAEventSelect等模型,重疊I/O(Overlapped I/O)模型使應用程序能達到更佳的系統性能。
因為它和這4種模型不同的是,使用重疊模型的應用程序通知緩沖區收發系統直接使用數據,也就是說,如果應用程序投遞了一個10KB大小的緩沖區來接收數據,且數據已經到達套接字,則該數據將直接被拷貝到投遞的緩沖區。
而這4種模型種,數據到達并拷貝到單套接字接收緩沖區中,此時應用程序會被告知可以讀入的容量。當應用程序調用接收函數之后,數據才從單套接字緩沖區拷貝到應用程序的緩沖區,差別就體現出來了。
3. 從《windows網絡編程》中提供的試驗結果中可以看到,在使用了P4 1.7G Xero處理器(CPU很強啊)以及768MB的回應服務器中,最大可以處理4萬多個SOCKET連接,在處理1萬2千個連接的時候CPU占用率才40% 左右 ―― 非常好的性能,已經直逼完成端口了^_^
二.
重疊模型的基本原理
說了這么多的好處,你一定也躍躍欲試了吧,不過我們還是要先提一下重疊模型的基本原理。
概括一點說,重疊模型是讓應用程序使用重疊數據結構(WSAOVERLAPPED),一次投遞一個或多個Winsock I/O請求。針對這些提交的請求,在它們完成之后,應用程序會收到通知,于是就可以通過自己另外的代碼來處理這些數據了。
需要注意的是,有兩個方法可以用來管理重疊IO請求的完成情況(就是說接到重疊操作完成的通知):
1. 事件對象通知(event object notification)
2. 完成例程(completion routines) ,注意,這里并不是完成端口
而本文只是講述如何來使用事件通知的的方法實現重疊IO模型,完成例程的方法準備放到下一篇講 :) (內容太多了,一篇寫不完啊) ,如沒有特殊說明,本文的重疊模型默認就是指的基于事件通知的重疊模型。
既 然是基于事件通知,就要求將Windows事件對象與WSAOVERLAPPED結構關聯在一起(WSAOVERLAPPED結構中專門有對應的參數), 通俗一點講,就是。。。。對了,忘了說了,既然要使用重疊結構,我們常用的send, sendto, recv, recvfrom也都要被WSASend,
WSASendto, WSARecv, WSARecvFrom替換掉了, 它們的用法我后面會講到,這里只需要注意一點,它們的參數中都有一個Overlapped參數,我們可以假設是把我們的WSARecv這樣的操作操作“綁 定”到這個重疊結構上,提交一個請求,其他的事情就交給重疊結構去操心,而其中重疊結構又要與Windows的事件對象“綁定”在一起,這樣我們調用完 WSARecv以后就可以“坐享其成”,等到重疊操作完成以后,自然會有與之對應的事件來通知我們操作完成,然后我們就可以來根據重疊操作的結果取得我們
想要德數據了。
也許說了半天你還是不大明白,那就繼續往后面看吧。。。。。。。-_-b,語言表達能力有限啊~~~
三.
關于重疊模型的基礎知識
下面來介紹并舉例說明一下編寫重疊模型的程序中將會使用到的幾個關鍵函數。
1. WSAOVERLAPPED結構
這個結構自然是重疊模型里的核心,它是這么定義的
typedef struct _WSAOVERLAPPED {
DWORD Internal;
DWORD InternalHigh;
DWORD Offset;
DWORD OffsetHigh;
WSAEVENT hEvent; // 唯一需要關注的參數,用來關聯WSAEvent對象
} WSAOVERLAPPED, *LPWSAOVERLAPPED;
我們需要把WSARecv等操作投遞到一個重疊結構上,而我們又需要一個與重疊結構“綁定”在一起的事件對象來通知我們操作的完成,看到了和hEvent參數,不用我說你們也該知道如何來來把事件對象綁定到重疊結構上吧?大致如下:
WSAEVENT event;
//
定義事件
WSAOVERLAPPED AcceptOverlapped ;
// 定義重疊結構
event =
WSACreateEvent(); // 建立一個事件對象句柄
ZeroMemory(&AcceptOverlapped,
sizeof(WSAOVERLAPPED)); // 初始化重疊結構
AcceptOverlapped.hEvent = event; //
Done !!
2. WSARecv系列函數
在重疊模型中,接收數據就要靠它了,它的參數也比recv要多,因為要用刀重疊結構嘛,它是這樣定義的:
int WSARecv(
SOCKET
s,
// 當然是投遞這個操作的套接字
LPWSABUF
lpBuffers,
// 接收緩沖區,與Recv函數不同
// 這里需要一個由WSABUF結構構成的數組
DWORD dwBufferCount,
// 數組中WSABUF結構的數量
LPDWORD lpNumberOfBytesRecvd,
// 如果接收操作立即完成,這里會返回函數調用
// 所接收到的字節數
LPDWORD lpFlags,
// 說來話長了,我們這里設置為0 即可
LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped, // “綁定”的重疊結構
LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine
// 完成例程中將會用到的參數,我們這里設置為 NULL
);
返回值:
實現重疊模型的步驟
作 了這么多的準備工作,費了這么多的筆墨,我們終于可以開始著手編碼了。其實慢慢的你就會明白,要想透析重疊結構的內部原理也許是要費點功夫,但是只是學會
如何來使用它,卻是真的不難,唯一需要理清思路的地方就是和大量的客戶端交互的情況下,我們得到事件通知以后,如何得知是哪一個重疊操作完成了,繼而知道 究竟該對哪一個套接字進行處理,應該去哪個緩沖區中的取得數據,everything will be OK^_^。
下面我們配合代碼,來一步步的講解如何親手完成一個重疊模型。
【第一步】定義變量…………
#define
DATA_BUFSIZE 4096
// 接收緩沖區大小
SOCKET
ListenSocket,
// 監聽套接字
AcceptSocket;
// 與客戶端通信的套接字
WSAOVERLAPPED
AcceptOverlapped; // 重疊結構一個
WSAEVENT
EventArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];
// 用來通知重疊操作完成的事件句柄數組
WSABUF
DataBuf[DATA_BUFSIZE] ;
DWORD
dwEventTotal = 0,
// 程序中事件的總數
dwRecvBytes =
0, // 接收到的字符長度
Flags =
0;
// WSARecv的參數
【第二步】創建一個套接字,開始在指定的端口上監聽連接請求
和其他的SOCKET初始化全無二致,直接照搬即可,在此也不多費唇舌了,需要注意的是為了一目了然,我去掉了錯誤處理,平常可不要這樣啊,盡管這里出錯的幾率比較小。
WSADATA wsaData;
WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);
ListenSocket =
socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP); //創建TCP套接字
SOCKADDR_IN
ServerAddr;
//分配端口及協議族并綁定
ServerAddr.sin_family=AF_INET;
ServerAddr.sin_addr.S_un.S_addr
=htonl(INADDR_ANY);
ServerAddr.sin_port=htons(11111);
bind(ListenSocket,(LPSOCKADDR)&ServerAddr,
sizeof(ServerAddr)); // 綁定套接字
listen(ListenSocket,
5);
//開始監聽
【第三步】接受一個入站的連接請求
一個accept就完了,都是一樣一樣一樣一樣的啊~~~~~~~~~~
至于AcceptEx的使用,在完成端口中我會講到,這里就先不一次灌輸這么多了,不消化啊^_^
AcceptSocket = accept
(ListenSocket, NULL,NULL) ;
當然,這里是我偷懶,如果想要獲得連入客戶端的信息(記得論壇上也常有人問到),accept的后兩個參數就不要用NULL,而是這樣
SOCKADDR_IN
ClientAddr;
// 定義一個客戶端得地址結構作為參數
int
addr_length=sizeof(ClientAddr);
AcceptSocket =
accept(ListenSocket,(SOCKADDR*)&ClientAddr, &addr_length);
// 于是乎,我們就可以輕松得知連入客戶端的信息了
LPCTSTR lpIP =
inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr); // IP
UINT nPort =
ClientAddr.sin_port;
// Port
【第四步】建立并初始化重疊結構
為連入的這個套接字新建立一個WSAOVERLAPPED重疊結構,并且象前面講到的那樣,為這個重疊結構從事件句柄數組里挑出一個空閑的對象句柄“綁定”上去。
// 創建一個事件
// dwEventTotal可以暫時先作為Event數組的索引
EventArray[dwEventTotal] =
WSACreateEvent();
ZeroMemory(&AcceptOverlapped,
sizeof(WSAOVERLAPPED)); // 置零
AcceptOverlapped.hEvent =
EventArray[dwEventTotal];
// 關聯事件
char buffer[DATA_BUFSIZE];
ZeroMemory(buffer, DATA_BUFSIZE);
DataBuf.len = DATA_BUFSIZE;
DataBuf.buf =
buffer;
//
初始化一個WSABUF結構
dwEventTotal
++;
// 總數加一
【第五步】以WSAOVERLAPPED結構為參數,在套接字上投遞WSARecv請求
各個變量都已經初始化OK以后,我們就可以開始Socket操作了,然后讓WSAOVERLAPPED結構來替我們管理I/O 請求,我們只用等待事件的觸發就OK了。
if(WSARecv(AcceptSocket
,&DataBuf,1,&dwRecvBytes,&Flags,
& AcceptOverlapped, NULL) == SOCKET_ERROR)
{
// 返回WSA_IO_PENDING是正常情況,表示IO操作正在進行,不能立即完成
// 如果不是WSA_IO_PENDING錯誤,就大事不好了~~~~~~!!!
if(WSAGetLastError() != WSA_IO_PENDING)
{
// 那就只能關閉大吉了
closesocket(AcceptSocket);
WSACloseEvent(EventArray[dwEventTotal]);
}
}
【第六步】 用WSAWaitForMultipleEvents函數等待重疊操作返回的結果
我 們前面已經給WSARecv關聯的重疊結構賦了一個事件對象句柄,所以我們這里要等待事件對象的觸發與之配合,而且需要根據 WSAWaitForMultipleEvents函數的返回值來確定究竟事件數組中的哪一個事件被觸發了,這個函數的用法及返回值請參考前面的基礎知識
部分。
DWORD dwIndex;
// 等候重疊I/O調用結束
// 因為我們把事件和Overlapped綁定在一起,重疊操作完成后我們會接到事件通知
dwIndex =
WSAWaitForMultipleEvents(dwEventTotal,
EventArray ,FALSE
,WSA_INFINITE,FALSE);
// 注意這里返回的Index并非是事件在數組里的Index,而是需要減去WSA_WAIT_EVENT_0
dwIndex = dwIndex –
WSA_WAIT_EVENT_0;
【第七步】使用WSAResetEvent函數重設當前這個用完的事件對象
事件已經被觸發了之后,它對于我們來說已經沒有利用價值了,所以要將它重置一下留待下一次使用,很簡單,就一步,連返回值都不用考慮
WSAResetEvent(EventArray[dwIndex]);
【第八步】使用WSAGetOverlappedResult函數取得重疊調用的返回狀態
這是我們最關心的事情,費了那么大勁投遞的這個重疊操作究竟是個什么結果呢?其實對于本模型來說,唯一需要檢查一下的就是對方的Socket連接是否已經關閉了
DWORD dwBytesTransferred;
WSAGetOverlappedResult(
AcceptSocket, AcceptOverlapped ,
&dwBytesTransferred, FALSE,
&Flags);
// 先檢查通信對方是否已經關閉連接
// 如果==0則表示連接已經,則關閉套接字
if(dwBytesTransferred == 0)
{
closesocket(AcceptSocket);
WSACloseEvent(EventArray[dwIndex]); // 關閉事件
return;
}
【第九步】“享受”接收到的數據
如果程序執行到了這里,那么就說明一切正常,WSABUF結構里面就存有我們WSARecv來的數據了,終于到了盡情享用成果的時候了!喝杯茶,休息一下吧~~~^_^
DataBuf.buf就是一個char*字符串指針,聽憑你的處理吧,我就不多說了
【第十步】同第五步一樣,在套接字上繼續投遞WSARecv請求,重復步驟 6 ~ 9
這 樣一路作下來,我們終于可以從客戶端接收到數據了,但是回想起來,呀~~~~~,這樣豈不是只能收到一次數據,然后程序不就Over了?…….-_-b 所以我們接下來不得不重復一遍第四步和第五步的工作,再次在這個套接字上投遞另一個WSARecv請求,并且使整個過程循環起來,are u clear??
大家可以參考我的代碼,在這里就先不寫了,因為各位都一定比我smart