Posted on 2011-01-25 15:36
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10 服務(wù)器
IOCP（I/O Completion Port，I/O完成端口）是性能最好的一種I/O模型。它是應用程序使用線程池處理異步I/O請求的一種機制。在處理多個并發(fā)的異步I/O請求時，以往的模型都是在接收請求是創(chuàng)建一個線程來應答請求。這樣就有很多的線程并行地運行在系統(tǒng)中。而這些線程都是可運行的，Windows內(nèi)核花費大量的時間在進行線程的上下文切換，并沒有多少時間花在線程運行上。再加上創(chuàng)建新線程的開銷比較大，所以造成了效率的低下。
而IOCP模型是事先開好了N個線程，存儲在線程池中，讓他們hold。然后將所有用戶的請求都投遞到一個完成端口上，然后N個工作線程逐一地從完成端口中取得用戶消息并加以處理。這樣就避免了為每個用戶開一個線程。既減少了線程資源，又提高了線程的利用率。
完成端口模型是怎樣實現(xiàn)的呢？我們先創(chuàng)建一個完成端口（::CreateIoCompletioPort()）。然后再創(chuàng)建一個或多個工作線程，并指定他們到這個完成端口上去讀取數(shù)據(jù)。我們再將遠程連接的套接字句柄關(guān)聯(lián)到這個完成端口（還是用::CreateIoCompletionPort()）。一切就OK了。
工作線程都干些什么呢？首先是調(diào)用::GetQueuedCompletionStatus()函數(shù)在關(guān)聯(lián)到這個完成端口上的所有套接字上等待I/O的完成。再判斷完成了什么類型的I/O。一般來說，有三種類型的I/O，OP_ACCEPT，OP_READ和OP_WIRTE。我們到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)讀取數(shù)據(jù)后，再投遞一個或是多個同類型的I/O即可（::AcceptEx()、::WSARecv()、::WSASend()）。對讀取到的數(shù)據(jù)，我們可以按照自己的需要來進行相應的處理。
為此，我們需要一個以O(shè)VERLAPPED（重疊I/O）結(jié)構(gòu)為第一個字段的per-I/O數(shù)據(jù)自定義結(jié)構(gòu)。
typedef struct _PER_IO_DATA
{
OVERLAPPED ol; // 重疊I/O結(jié)構(gòu)
char buf[BUFFER_SIZE]; // 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
int nOperationType; //I/O操作類型
#define OP_READ 1
#define OP_WRITE 2
#define OP_ACCEPT 3
} PER_IO_DATA, *PPER_IO_DATA;
將一個PER_IO_DATA結(jié)構(gòu)強制轉(zhuǎn)化成一個OVERLAPPED結(jié)構(gòu)傳給::GetQueuedCompletionStatus()函數(shù)，返回的這個PER_IO_DATA結(jié)構(gòu)的的nOperationType就是I/O操作的類型。當然，這些類型都是在投遞I/O請求時自己設(shè)置的。
這樣一個IOCP服務(wù)器的框架就出來了。當然，要做一個好的IOCP服務(wù)器，還有考慮很多問題，如內(nèi)存資源管理、接受連接的方法、惡意的客戶連接、包的重排序等等。以上是個人對于IOCP模型的一些理解與看法，還有待完善。另外各Winsock API的用法參見MSDN。
補充IOCP模型的實現(xiàn)：
//創(chuàng)建一個完成端口
FCompletPort := CreateIoCompletionPort( INVALID_HANDLE_VALUE, 0,0,0 );
//接受遠程連接，并把這個連接的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個線程
for i:=1 to si.dwNumberOfProcessors*2+2 do
begin
AThread := TRecvSendThread.Create( false );
AThread.CompletPort := FCompletPort;//告訴這個線程，你要去這個IOCP去訪問數(shù)據(jù)
end;
OK，就這么簡單，我們要做的就是建立一個IOCP，把遠程連接的socket句柄綁定到剛才創(chuàng)建的IOCP上，最后創(chuàng)建n個線程，并告訴這n個線程到這個IOCP上去訪問數(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)讀寫操作是否完成）
GetQueuedCompletionStatus( CompletPort, BytesTransd, CompletKey, POVERLAPPED(pPerIoDat), TIME_OUT );
if BytesTransd <> 0 then
.;//數(shù)據(jù)讀寫操作完成
//再投遞一個讀數(shù)據(jù)請求
WSARecv( CompletKey, @(pPerIoDat^.BufData), 1, BytesRecv, Flags, @(pPerIoDat^.Overlap), nil );
end;
end;
讀寫線程只是簡單地檢查IOCP是否完成了我們投遞的讀寫操作，如果完成了則再投遞一個新的讀寫請求。
應該注意到，我們創(chuàng)建的所有TRecvSendThread都在訪問同一個IOCP（因為我們只創(chuàng)建了一個IOCP），并且我們沒有使用臨界區(qū)！難道不會產(chǎn)生沖突嗎？不用考慮同步問題嗎？
呵呵，這正是IOCP的奧妙所在。IOCP不是一個普通的對象，不需要考慮線程安全問題。它會自動調(diào)配訪問它的線程：如果某個socket上有一個線程A正在訪問，那么線程B的訪問請求會被分配到另外一個socket。這一切都是由系統(tǒng)自動調(diào)配的，我們無需過問。