一般來講， 在服務(wù)器上，如果有足夠的資源，Winsock server，理論上可以支持成千的并發(fā)連接。而現(xiàn)實(shí)是，我們沒有足夠的資源可供使用，分配。本文主要來討論一下內(nèi)存資源之于Winsock server開發(fā)的重要性。
一）基本概念。
-> Pages,Locked Pages.
在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理會把主存(RAM)分成Pages來管理。 Paging(或者swapping）指的是主存與外存之間以Page為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。Locked Pages指的是被鎖定在主存中的內(nèi)存頁，以保證一些內(nèi)核組件,driver可以訪問到它們。windows一定會保證一定數(shù)量的可交換的內(nèi)存空間，防止一些非法程序鎖定所有的物理內(nèi)存，而致使系統(tǒng)崩潰。在windows NT, windows 2000上，可鎖定的內(nèi)存總的大小上限大概是物理內(nèi)存的1/8(當(dāng)然對于程序的開發(fā)人員，不應(yīng)該對這個值進(jìn)行任何的假設(shè)，這個值可能會隨著操作系統(tǒng)本版的變化而變化)。在Winsock應(yīng)用開發(fā)過程中，以overlapped方式讀寫IO操作，將會導(dǎo)致內(nèi)存被鎖定。
-> working set
在程序開始運(yùn)行，并達(dá)到其穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)（主要指的是其對內(nèi)存的使用），在這個狀態(tài)下，程序使用內(nèi)存的數(shù)量一般小于其需要使用內(nèi)存的總量。這樣一個穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，我們可以稱為working set: 被該程序頻繁訪問的內(nèi)存頁的集合。在windows上，你可以使用SetWorkingSetSize Win32 API來增加程序使用物理內(nèi)存的數(shù)量。
-> non-paged pool
不可交換的內(nèi)存。這主要指以non-paged的方式分配的內(nèi)存，這些內(nèi)存就像locked pages一樣，是從來不會被交換出去的，用來存放一些由內(nèi)核組件,driver訪問的信息。 在Winsock應(yīng)用開發(fā)過程中，以下的操作可能導(dǎo)致分配non-paged內(nèi)存。
1) 調(diào)用系統(tǒng)一些系統(tǒng)的API，例如打開文件，create socket，等，都會導(dǎo)致從non-paged pool分配內(nèi)存。
2) 一些driver可以顯式地從該區(qū)域分配內(nèi)存。
二) Winsock server上Locked Pages使用。
我們提到過，任何的overlapped IO操作，都會導(dǎo)致鎖定內(nèi)存頁。這些內(nèi)存頁一旦被locked,就不會被交換出去。我們知道，windows操作系統(tǒng)對最大的可鎖定內(nèi)存頁做了一個上限，如果超出這個上限，overlapped IO調(diào)用將會導(dǎo)致WSAENOBUFS錯誤。
考慮下面的情況，如果server在每個連接上會發(fā)出很多的overlapped receives操作，那么，隨著連接數(shù)目的增多，很明顯，被鎖定的內(nèi)存數(shù)量很有可能達(dá)到上限而導(dǎo)致WSAENOBUFS錯誤。在這種情況下，如果服務(wù)器預(yù)期會處理大數(shù)量的客戶端連接，則需要服務(wù)器在每個連接上發(fā)出zero-byte buffer的overlapped接收請求(這種情況下，因?yàn)閠he size of buffer is zero,所以沒有任何內(nèi)存被鎖定)，一旦overlapped接收操作完成，server可以以non-blocking方式執(zhí)行receive操作，以取得所有緩存在so_rcvbuf中的數(shù)據(jù)，直到返回WSAEWOULDBLOCK為止。
另外需要注意的是，windows在page的邊界上對內(nèi)存進(jìn)行鎖定，在x86平臺上，它是4kb的整數(shù)倍。所以，假如你post了一個1 KB buffer，而系統(tǒng)真實(shí)鎖定的是4 KB 的大小，為了避免這樣的浪費(fèi)，盡量用4kb的整數(shù)做overlapped IO操作。
三) Winsock server上non-paged pool使用。
同Locked Pages限制一樣，windows對non-paged pool也有一個最大的限制。并且，當(dāng)你的應(yīng)用出現(xiàn)這個問題的時候，超出它的最大限制數(shù)，情況要遠(yuǎn)比Locked Pages復(fù)雜。這種情況下，后果是不確定的，有可能你的Winsock調(diào)用返回WSAENOBUFS錯誤，也有可能，在系統(tǒng)中，一個和你的應(yīng)用毫無關(guān)聯(lián)的driver由于申請不到non-paged內(nèi)存而致使system crash。而這樣的災(zāi)難，是沒法恢復(fù)的。
考慮一個具體的例子：我們假設(shè)在windows2000上,系統(tǒng)有1 GB內(nèi)存。這樣的配置下，windows大概會預(yù)留1/4的空間用作non-paged pool(同樣，對于程序的開發(fā)人員，不應(yīng)該對這個值進(jìn)行任何的假設(shè))，即：256MB。這樣的配置下，保守估計(jì)，我們的Winsock server能夠處理到大概50,000連接，或者更多。(每個accepted socket大概消耗1.5kb，每個連接上post一個overlapped操作，分配一個IRP,大概需要500 byte, 總計(jì)：(1500+500)*50,000 = 100 Mb) 。
無論是對于Locked Pages，還是對于non-paged pool使用，一旦超出了上限，Winsock調(diào)用僅僅會返回一般的WSAENOBUFS 或者ERROR_INSUFFICIENT_RESOURCES錯誤。為了處理這些錯誤，你可以試試以下的方法：
1） 需要首先調(diào)用SetWorkingSetSize,增加應(yīng)用的可支配資源數(shù)，看能否解決。
2) 確信你的應(yīng)用沒有做出太多的overlapped IO操作。
3） 關(guān)閉一些連接數(shù)。
四) SOCKET的緩沖區(qū)設(shè)置問題。
Winsock在默認(rèn)的情況下，每個socket都會與一個send和receive buffer相關(guān)聯(lián)。你可以通過調(diào)用setsockopt來設(shè)置buffer的大小。
在緩沖區(qū)沒有被關(guān)閉的情況下，我們看看overlapped send和revc是怎么工作的。
當(dāng)上層的應(yīng)用做出了send調(diào)用，而這時如果send buffer還有剩余的空間，那么數(shù)據(jù)將會從用戶提交的buffer復(fù)制到send buffer中，然后調(diào)用返回成功。否則，假如這時send buffer已滿，用戶提交的buffer將會被鎖定，并且調(diào)用返回WSA_IO_PENDING。當(dāng)send buffer的數(shù)據(jù)被下層的tcp處理完成，winsock將直接處理用戶提交的buffer里的數(shù)據(jù)，而不需要再復(fù)制。
同樣，對于recv操作，如果數(shù)據(jù)已經(jīng)被緩存在socket的receive buffer里，當(dāng)發(fā)生recv調(diào)用的時候，數(shù)據(jù)將直接從socket的receive buffer復(fù)制到用戶的buffer里，recv調(diào)用返回成功。否則，假如發(fā)生調(diào)用時receive buffer里沒有數(shù)據(jù)，用戶提交的buffer將會被鎖定，recv調(diào)用返回WSA_IO_PENDING。當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)當(dāng)前連接，將會被直接復(fù)制到用戶提交的buffer里。
一個應(yīng)用程序通過設(shè)定send buffer為0，把緩沖區(qū)關(guān)閉，然后發(fā)出一個阻塞send()調(diào)用。在這樣的情況下，系統(tǒng)內(nèi)核會把應(yīng)用程序的緩沖區(qū)鎖定，直到接收方確認(rèn)收到了整個緩沖區(qū)后send()調(diào)用才返回。似乎這是一種判定你的數(shù)據(jù)是否已經(jīng)為對方全部收到的簡潔的方法，實(shí)際上卻并非如此。想想看，即使遠(yuǎn)端tcp通知數(shù)據(jù)已經(jīng)收到，其實(shí)也根本不代表數(shù)據(jù)已經(jīng)成功送給客戶端應(yīng)用程序，比如對方可能發(fā)生資源不足的情況，導(dǎo)致afd.sys不能把數(shù)據(jù)拷貝給應(yīng)用程序。另一個更要緊的問題是，在每個線程中每次只能進(jìn)行一次發(fā)送調(diào)用，效率極其低下。
另外，希望通過關(guān)閉Winsock緩沖區(qū)，從而避免數(shù)據(jù)復(fù)制，達(dá)到優(yōu)化性能的目的，也是不可取的。從上面，我們看到：只要應(yīng)用保證適量的，足夠的send, recv調(diào)用，這樣的復(fù)制是完全可以避免的。
高性能的服務(wù)器應(yīng)用程序可以關(guān)閉發(fā)送緩沖區(qū)，同時不會損失性能。不過，這樣的應(yīng)用程序必須十分小心，保證它總是發(fā)出多個重疊發(fā)送調(diào)用，而不是等待某個重疊發(fā)送結(jié)束了才發(fā)出下一個。如果應(yīng)用程序是按一個發(fā)完再發(fā)下一個的順序來操作，那浪費(fèi)掉兩次發(fā)送中間的空檔時間，總之是要保證傳輸驅(qū)動程序在發(fā)送完一個緩沖區(qū)后，立刻可以轉(zhuǎn)向另一個緩沖區(qū)。
如果關(guān)閉了recv buffer，在你的應(yīng)用沒有保證足夠的recv操作前提下，任何進(jìn)來數(shù)據(jù)，必須在TCP層進(jìn)行緩存，最大緩存的數(shù)量將取決于tcp windows的大小(17Kb)。而最為嚴(yán)重的是這些緩存是從non-paged pool分配而來。如上所述，non-paged pool是非常珍貴，稀缺的內(nèi)存。所以，從這個意義上來講，關(guān)閉了recv buffer操作是不可取的。
這是2007年最后一篇帖子，最后祝大家新年快樂，過個好年！！！