本文簡(jiǎn)單介紹了當(dāng)前Windows支持的各種Socket I/O模型，如果你發(fā)現(xiàn)其中存在什么錯(cuò)誤請(qǐng)務(wù)必賜教。 一：select模型 二：WSAAsyncSelect模型 三：WSAEventSelect模型 四：Overlapped I/O 事件通知模型 五：Overlapped I/O 完成例程模型 六：IOCP模型 老陳有一個(gè)在外地工作的女兒，不能經(jīng)常回來(lái)，老陳和她通過(guò)信件聯(lián)系。他們的信會(huì)被郵遞員投遞到他們的信箱里。 這和Socket模型非常類(lèi)似。下面我就以老陳接收信件為例講解 Socket I/O模型~~~ 一：select模型 老陳非常想看到女兒的信。以至于他每隔10分鐘就下樓檢查信箱，看是否有女兒的信 ~~~~~ 在這種情況下，"下樓檢查信箱" 然后回到樓上耽誤了老陳太多的時(shí)間，以至于老陳無(wú)法做其他工作。 select模型和老陳的這種情況非常相似：周而復(fù)始地去檢查...... 如果有數(shù)據(jù)......接收/發(fā)送 ....... 使用線程來(lái)select應(yīng)該是通用的做法： procedure TListenThread.Execute; var addr : TSockAddrIn; fd_read : TFDSet; timeout : TTimeVal; ASock, MainSock : TSocket; len, i : Integer; begin MainSock := socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP ); addr.sin_family := AF_INET; addr.sin_port := htons(5678); addr.sin_addr.S_addr := htonl(INADDR_ANY); bind( MainSock, @addr, sizeof(addr) ); listen( MainSock, 5 ); while (not Terminated) do begin FD_ZERO( fd_read ); FD_SET( MainSock, fd_read ); timeout.tv_sec := 0; timeout.tv_usec := 500; if select( 0, @fd_read, nil, nil, @timeout ) > 0 then //至少有1個(gè)等待Accept的connection begin if FD_ISSET( MainSock, fd_read ) then begin for i:=0 to fd_read.fd_count-1 do //注意，fd_count <= 64，也就是說(shuō)select只能同時(shí)管理最多64個(gè)連接 begin len := sizeof(addr); ASock := accept( MainSock, addr, len ); if ASock <> INVALID_SOCKET then ....//為ASock創(chuàng)建一個(gè)新的線程，在新的線程中再不停地select end; end; end; end; //while (not self.Terminated) shutdown( MainSock, SD_BOTH ); closesocket( MainSock ); end; 二：WSAAsyncSelect模型 后來(lái)，老陳使用了微軟公司的新式信箱。這種信箱非常先進(jìn)，一旦信箱里有新的信件，蓋茨就會(huì)給老陳打電話：喂，大爺，你有新的信件了！從此，老陳再也不必頻繁上下樓檢查信箱了，牙也不疼了，你瞅準(zhǔn)了，藍(lán)天 ......不是，微軟~~~~~~~~ 微軟提供的WSAAsyncSelect模型就是這個(gè)意思。 WSAAsyncSelect模型是Windows 下最簡(jiǎn)單易用的一種Socket I/O模型。使用這種模型時(shí)，Windows會(huì)把網(wǎng)絡(luò)事件以消息的形勢(shì)通知應(yīng)用程序。 首先定義一個(gè)消息標(biāo)示常量： const WM_SOCKET = WM_USER + 55; 再在主Form的private 域添加一個(gè)處理此消息的函數(shù)聲明： private procedure WMSocket(var Msg: TMessage); message WM_SOCKET; 然后就可以使用WSAAsyncSelect了： var addr : TSockAddr; sock : TSocket; sock := socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP ); addr.sin_family := AF_INET; addr.sin_port := htons(5678); addr.sin_addr.S_addr := htonl(INADDR_ANY); bind( m_sock, @addr, sizeof(SOCKADDR) ); WSAAsyncSelect( m_sock, Handle, WM_SOCKET, FD_ACCEPT or FD_CLOSE ); listen( m_sock, 5 ); .... 應(yīng)用程序可以對(duì)收到WM_SOCKET消息進(jìn)行分析，判斷是哪一個(gè) socket產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)事件以及事件類(lèi)型： procedure TfmMain.WMSocket(var Msg: TMessage); var sock : TSocket; addr : TSockAddrIn; addrlen : Integer; buf : Array [0..4095] of Char; begin //Msg的WParam是產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)事件的 socket句柄，LParam則包含了事件類(lèi)型 case WSAGetSelectEvent( Msg.LParam ) of FD_ACCEPT : begin addrlen := sizeof(addr); sock := accept( Msg.WParam, addr, addrlen ); if sock <> INVALID_SOCKET then WSAAsyncSelect( sock, Handle, WM_SOCKET, FD_READ or FD_WRITE or FD_CLOSE ); end; FD_CLOSE : closesocket( Msg.WParam ); FD_READ : recv( Msg.WParam, buf[0], 4096, 0 ); FD_WRITE : ; end; end; 三：WSAEventSelect模型 后來(lái)，微軟的信箱非常暢銷(xiāo)，購(gòu)買(mǎi)微軟信箱的人以百萬(wàn)計(jì)數(shù)......以至于蓋茨每天 24小時(shí)給客戶打電話，累得腰酸背痛，喝蟻力神都不好使~~~~~~ 微軟改進(jìn)了他們的信箱：在客戶的家中添加一個(gè)附加裝置，這個(gè)裝置會(huì)監(jiān)視客戶的信箱，每當(dāng)新的信件來(lái)臨，此裝置會(huì)發(fā)出 "新信件到達(dá)"聲，提醒老陳去收信。蓋茨終于可以睡覺(jué)了。 同樣要使用線程： procedure TListenThread.Execute; var hEvent : WSAEvent; ret : Integer; ne : TWSANetworkEvents; sock : TSocket; adr : TSockAddrIn; sMsg : String; Index, EventTotal : DWORD; EventArray : Array [0..WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS-1] of WSAEVENT; begin ...socket...bind... hEvent := WSACreateEvent(); WSAEventSelect( ListenSock, hEvent, FD_ACCEPT or FD_CLOSE ); ...listen... while ( not Terminated ) do begin Index := WSAWaitForMultipleEvents( EventTotal, @EventArray[0], FALSE, WSA_INFINITE, FALSE ); FillChar( ne, sizeof(ne), 0 ); WSAEnumNetworkEvents( SockArray[Index-WSA_WAIT_EVENT_0], EventArray[Index-WSA_WAIT_EVENT_0], @ne ); if ( ne.lNetworkEvents and FD_ACCEPT ) > 0 then begin if ne.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT] <> 0 then continue; ret := sizeof(adr); sock := accept( SockArray[Index-WSA_WAIT_EVENT_0], adr, ret ); if EventTotal > WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS-1 then//這里WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS 同樣是64 begin closesocket( sock ); continue; end; hEvent := WSACreateEvent(); WSAEventSelect( sock, hEvent, FD_READ or FD_WRITE or FD_CLOSE ); SockArray[EventTotal] := sock; EventArray[EventTotal] := hEvent; Inc( EventTotal ); end; if ( ne.lNetworkEvents and FD_READ ) > 0 then begin if ne.iErrorCode[FD_READ_BIT] <> 0 then continue; FillChar( RecvBuf[0], PACK_SIZE_RECEIVE, 0 ); ret := recv( SockArray[Index-WSA_WAIT_EVENT_0], RecvBuf[0], PACK_SIZE_RECEIVE, 0 ); ...... end; end; end; 四：Overlapped I/O 事件通知模型 后來(lái)，微軟通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，老陳不喜歡上下樓收發(fā)信件，因?yàn)樯舷聵瞧鋵?shí)很浪費(fèi)時(shí)間。于是微軟再次改進(jìn)他們的信箱。新式的信箱采用了更為先進(jìn)的技術(shù)，只要用戶告訴微軟自己的家在幾樓幾號(hào)，新式信箱會(huì)把信件直接傳送到用戶的家中，然后告訴用戶，你的信件已經(jīng)放到你的家中了！老陳很高興，因?yàn)樗槐卦儆H自收發(fā)信件了！ Overlapped I/O 事件通知模型和WSAEventSelect模型在實(shí)現(xiàn)上非常相似，主要區(qū)別在 "Overlapped"，Overlapped 模型是讓?xiě)?yīng)用程序使用重疊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(WSAOVERLAPPED)，一次投遞一個(gè)或多個(gè) Winsock I/O請(qǐng)求。這些提交的請(qǐng)求完成后，應(yīng)用程序會(huì)收到通知。什么意思呢？就是說(shuō)，如果你想從 socket上接收數(shù)據(jù)，只需要告訴系統(tǒng)，由系統(tǒng)為你接收數(shù)據(jù)，而你需要做的只是為系統(tǒng)提供一個(gè)緩沖區(qū) ~~~~~ Listen線程和WSAEventSelect 模型一模一樣，Recv/Send線程則完全不同： procedure TOverlapThread.Execute; var dwTemp : DWORD; ret : Integer; Index : DWORD; begin ...... while ( not Terminated ) do begin Index := WSAWaitForMultipleEvents( FLinks.Count, @FLinks.Events[0], FALSE, RECV_TIME_OUT, FALSE ); Dec( Index, WSA_WAIT_EVENT_0 ); if Index > WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS-1 then //超時(shí)或者其他錯(cuò)誤 continue; WSAResetEvent( FLinks.Events[Index] ); WSAGetOverlappedResult( FLinks.Sockets[Index], FLinks.pOverlaps[Index], @dwTemp, FALSE, FLinks.pdwFlags[Index]^ ); if dwTemp = 0 then //連接已經(jīng)關(guān)閉 begin ...... continue; end else begin fmMain.ListBox1.Items.Add( FLinks.pBufs[Index]^.buf ); end; //初始化緩沖區(qū) FLinks.pdwFlags[Index]^ := 0; FillChar( FLinks.pOverlaps[Index]^, sizeof(WSAOVERLAPPED), 0 ); FLinks.pOverlaps[Index]^.hEvent := FLinks.Events[Index]; FillChar( FLinks.pBufs[Index]^.buf^, BUFFER_SIZE, 0 ); //遞一個(gè)接收數(shù)據(jù)請(qǐng)求 WSARecv( FLinks.Sockets[Index], FLinks.pBufs[Index], 1, FLinks.pdwRecvd[Index]^, FLinks.pdwFlags[Index]^, FLinks.pOverlaps[Index], nil ); end; end; 五：Overlapped I/O 完成例程模型 老陳接收到新的信件后，一般的程序是：打開(kāi)信封----掏出信紙 ----閱讀信件----回復(fù)信件 ......為了進(jìn)一步減輕用戶負(fù)擔(dān)，微軟又開(kāi)發(fā)了一種新的技術(shù)：用戶只要告訴微軟對(duì)信件的操作步驟，微軟信箱將按照這些步驟去處理信件，不再需要用戶親自拆信 /閱讀/回復(fù)了！老陳終于過(guò)上了小資生活！ Overlapped I/O 完成例程要求用戶提供一個(gè)回調(diào)函數(shù)，發(fā)生新的網(wǎng)絡(luò)事件的時(shí)候系統(tǒng)將執(zhí)行這個(gè)函數(shù)： procedure WorkerRoutine( const dwError, cbTransferred : DWORD; const lpOverlapped : LPWSAOVERLAPPED; const dwFlags : DWORD ); stdcall; 然后告訴系統(tǒng)用WorkerRoutine函數(shù)處理接收到的數(shù)據(jù)： WSARecv( m_socket, @FBuf, 1, dwTemp, dwFlag, @m_overlap, WorkerRoutine ); 然后......沒(méi)有什么然后了，系統(tǒng)什么都給你做了！微軟真實(shí)體貼！ while ( not Terminated ) do//這就是一個(gè)Recv/Send線程要做的事情 ......什么都不用做啊！！！ begin if SleepEx( RECV_TIME_OUT, True ) = WAIT_IO_COMPLETION then // begin ; end else begin continue; end; end; 六：IOCP模型 微軟信箱似乎很完美，老陳也很滿意。但是在一些大公司情況卻完全不同！這些大公司有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的信箱，每秒鐘都有數(shù)以百計(jì)的信件需要處理，以至于微軟信箱經(jīng)常因超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)而崩潰！需要重新啟動(dòng)！微軟不得不使出殺手锏 ...... 微軟給每個(gè)大公司派了一名名叫"Completion Port"的超級(jí)機(jī)器人，讓這個(gè)機(jī)器人去處理那些信件！ "Windows NT小組注意到這些應(yīng)用程序的性能沒(méi)有預(yù)料的那么高。特別的，處理很多同時(shí)的客戶請(qǐng)求意味著很多線程并發(fā)地運(yùn)行在系統(tǒng)中。因?yàn)樗羞@些線程都是可運(yùn)行的 [沒(méi)有被掛起和等待發(fā)生什么事]， Microsoft意識(shí)到NT內(nèi)核花費(fèi)了太多的時(shí)間來(lái)轉(zhuǎn)換運(yùn)行線程的上下文 [Context]，線程就沒(méi)有得到很多CPU時(shí)間來(lái)做它們的工作。大家可能也都感覺(jué)到并行模型的瓶頸在于它為每一個(gè)客戶請(qǐng)求都創(chuàng)建了一個(gè)新線程。創(chuàng)建線程比起創(chuàng)建進(jìn)程開(kāi)銷(xiāo)要小，但也遠(yuǎn)不是沒(méi)有開(kāi)銷(xiāo)的。我們不妨設(shè)想一下：如果事先開(kāi)好 N個(gè)線程，讓它們?cè)谀莌old[堵塞 ]，然后可以將所有用戶的請(qǐng)求都投遞到一個(gè)消息隊(duì)列中去。然后那N 個(gè)線程逐一從消息隊(duì)列中去取出消息并加以處理。就可以避免針對(duì)每一個(gè)用戶請(qǐng)求都開(kāi)線程。不僅減少了線程的資源，也提高了線程的利用率。理論上很不錯(cuò)，你想我等泛泛之輩都能想出來(lái)的問(wèn)題， Microsoft又怎會(huì)沒(méi)有考慮到呢?"----- 摘自nonocast的《理解I/O Completion Port》 先看一下IOCP模型的實(shí)現(xiàn)： //創(chuàng)建一個(gè)完成端口 FCompletPort := CreateIoCompletionPort( INVALID_HANDLE_VALUE, 0,0,0 ); //接受遠(yuǎn)程連接，并把這個(gè)連接的socket句柄綁定到剛才創(chuàng)建的 IOCP上 AConnect := accept( FListenSock, addr, len); CreateIoCompletionPort( AConnect, FCompletPort, nil, 0 ); //創(chuàng)建CPU數(shù)*2 + 2個(gè)線程 for i:=1 to si.dwNumberOfProcessors*2+2 do begin AThread := TRecvSendThread.Create( false ); AThread.CompletPort := FCompletPort;//告訴這個(gè)線程，你要去這個(gè)IOCP 去訪問(wèn)數(shù)據(jù) end; OK，就這么簡(jiǎn)單，我們要做的就是建立一個(gè)IOCP，把遠(yuǎn)程連接的 socket句柄綁定到剛才創(chuàng)建的IOCP上，最后創(chuàng)建 n個(gè)線程，并告訴這n個(gè)線程到這個(gè) IOCP上去訪問(wèn)數(shù)據(jù)就可以了。 再看一下TRecvSendThread線程都干些什么： procedure TRecvSendThread.Execute; var ...... begin while (not self.Terminated) do begin //查詢IOCP狀態(tài)（數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作是否完成） GetQueuedCompletionStatus( CompletPort, BytesTransd, CompletKey, POVERLAPPED(pPerIoDat), TIME_OUT ); if BytesTransd <> 0 then ....;//數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作完成 //再投遞一個(gè)讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求 WSARecv( CompletKey, @(pPerIoDat^.BufData), 1, BytesRecv, Flags, @(pPerIoDat^.Overlap), nil ); end; end; 讀寫(xiě)線程只是簡(jiǎn)單地檢查IOCP是否完成了我們投遞的讀寫(xiě)操作，如果完成了則再投遞一個(gè)新的讀寫(xiě)請(qǐng)求。 應(yīng)該注意到，我們創(chuàng)建的所有TRecvSendThread都在訪問(wèn)同一個(gè) IOCP（因?yàn)槲覀冎粍?chuàng)建了一個(gè)IOCP），并且我們沒(méi)有使用臨界區(qū)！難道不會(huì)產(chǎn)生沖突嗎？不用考慮同步問(wèn)題嗎？ 呵呵，這正是IOCP的奧妙所在。IOCP 不是一個(gè)普通的對(duì)象，不需要考慮線程安全問(wèn)題。它會(huì)自動(dòng)調(diào)配訪問(wèn)它的線程：如果某個(gè)socket 上有一個(gè)線程A正在訪問(wèn)，那么線程B 的訪問(wèn)請(qǐng)求會(huì)被分配到另外一個(gè)socket。這一切都是由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)配的，我們無(wú)需過(guò)問(wèn)。