VC++实践IOCP编程

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VC++实践IOCP编程
IOCP全称I/O Completion Port，中文译为I/O完成端口。IOCP是一个异步I/O的API，它可以高效地将I/O事件通知给应用程序。与使用select()或是其它异步方法不同的是，一个套接字[socket]与一个完成端口关联了起来，然后就可继续进行正常的Winsock操作了。然而，当一个事件发生的时候，此完成端口就将被操作系统加入一个队列中。然后应用程序可以对核心层进行查询以得到此完成端口。
　　这里我要对上面的一些概念略作补充，在解释[完成]两字之前，我想先简单的提一下同步和异步这两个概念，逻辑上来讲做完一件事后再去做另一件事就是同步，而同时一起做两件或两件以上事的话就是异步了。你也可以拿单线程和多线程来作比喻。但是我们一定要将同步和堵塞，异步和非堵塞区分开来，所谓的堵塞函数诸如accept(…)，当调用此函数后，此时线程将挂起，直到操作系统来通知它，“HEY兄弟，有人连进来了”，那个挂起的线程将继续进行工作，也就符合”生产者-消费者”模型。堵塞和同步看上去有两分相似，但却是完全不同的概念。大家都知道I/O设备是个相对慢速的设备，不论打印机，调制解调器，甚至硬盘，与CPU相比都是奇慢无比的，坐下来等I/O的完成是一件不甚明智的事情，有时候数据的流动率非常惊人，把数据从你的文件服务器中以Ethernet速度搬走，其速度可能高达每秒一百万字节，如果你尝试从文件服务器中读取100KB，在用户的眼光来看几乎是瞬间完成，但是，要知道，你的线程执行这个命令，已经浪费了10个一百万次CPU周期。所以说，我们一般使用另一个线程来进行I/O。重叠IO[overlapped I/O]是Win32的一项技术，你可以要求操作系统为你传送数据，并且在传送完毕时通知你。这也就是[完成]的含义。这项技术使你的程序在I/O进行过程中仍然能够继续处理事务。事实上，操作系统内部正是以线程来完成overlapped I/O。你可以获得线程所有利益，而不需要付出什么痛苦的代价。
　　完成端口中所谓的[端口]并不是我们在TCP/IP中所提到的端口，可以说是完全没有关系。我到现在也没想通一个I/O设备[I/O Device]和端口[IOCP中的Port]有什么关系。估计这个端口也迷惑了不少人。IOCP只不过是用来进行读写操作，和文件I/O倒是有些类似。既然是一个读写设备，我们所能要求它的只是在处理读与写上的高效。

1. #include <stdio.h>
   
2. #include <windows.h>
   
3. 
   
4. // 初始化Winsock库
   
5. CInitSock theSock;
   
6. 
   
7. #define BUFFER_SIZE 1024
   
8. 
   
9. typedef struct _PER_HANDLE_DATA                // per-handle数据
   
10. {
    
11.         SOCKET s;                        // 对应的套节字句柄
    
12.         sockaddr_in addr;        // 客户方地址
    
13. } PER_HANDLE_DATA, *PPER_HANDLE_DATA;
    
14. 
    
15. 
    
16. typedef struct _PER_IO_DATA                        // per-I/O数据
    
17. {
    
18.         OVERLAPPED ol;                        // 重叠结构
    
19.         char buf[BUFFER_SIZE];        // 数据缓冲区
    
20.         int nOperationType;                // 操作类型
    
21. #define OP_READ   1
    
22. #define OP_WRITE  2
    
23. #define OP_ACCEPT 3
    
24. } PER_IO_DATA, *PPER_IO_DATA;
    
25. 
    
26. 
    
27. DWORD WINAPI ServerThread(LPVOID lpParam)
    
28. {
    
29.         // 得到完成端口对象句柄
    
30.         HANDLE hCompletion = (HANDLE)lpParam;
    
31. 
    
32.         DWORD dwTrans;
    
33.         PPER_HANDLE_DATA pPerHandle;
    
34.         PPER_IO_DATA pPerIO;
    
35.         while(TRUE)
    
36.         {
    
37.                 // 在关联到此完成端口的所有套节字上等待I/O完成
    
38.                 BOOL bOK = ::GetQueuedCompletionStatus(hCompletion,
    
39.                         &dwTrans, (LPDWORD)&pPerHandle, (LPOVERLAPPED*)&pPerIO, WSA_INFINITE);
    
40.                 if(!bOK)                                                // 在此套节字上有错误发生
    
41.                 {
    
42.                         ::closesocket(pPerHandle->s);
    
43.                         ::GlobalFree(pPerHandle);
    
44.                         ::GlobalFree(pPerIO);
    
45.                         continue;
    
46.                 }
    
47.                
    
48.                 if(dwTrans == 0 &&                                // 套节字被对方关闭
    
49.                         (pPerIO->nOperationType == OP_READ || pPerIO->nOperationType == OP_WRITE))       
    
50.                        
    
51.                 {
    
52.                         ::closesocket(pPerHandle->s);
    
53.                         ::GlobalFree(pPerHandle);
    
54.                         ::GlobalFree(pPerIO);
    
55.                         continue;
    
56.                 }
    
57. 
    
58.                 switch(pPerIO->nOperationType)        // 通过per-I/O数据中的nOperationType域查看什么I/O请求完成了
    
59.                 {
    
60.                 case OP_READ:        // 完成一个接收请求
    
61.                         {
    
62.                                 pPerIO->buf[dwTrans] = '\0';
    
63.                                 printf(pPerIO -> buf);
    
64.                                
    
65.                                 // 继续投递接收I/O请求
    
66.                                 WSABUF buf;
    
67.                                 buf.buf = pPerIO->buf ;
    
68.                                 buf.len = BUFFER_SIZE;
    
69.                                 pPerIO->nOperationType = OP_READ;
    
70. 
    
71.                                 DWORD nFlags = 0;
    
72.                                 ::WSARecv(pPerHandle->s, &buf, 1, &dwTrans, &nFlags, &pPerIO->ol, NULL);
    
73.                         }
    
74.                         break;
    
75.                 case OP_WRITE: // 本例中没有投递这些类型的I/O请求
    
76.                 case OP_ACCEPT:
    
77.                         break;
    
78.                 }
    
79.         }
    
80.         return 0;
    
81. }
    
82. 
    
83. 
    
84. void main()
    
85. {
    
86.         int nPort = 4567;
    
87.         // 创建完成端口对象，创建工作线程处理完成端口对象中事件
    
88.         HANDLE hCompletion = ::CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, 0, 0, 0);
    
89.         ::CreateThread(NULL, 0, ServerThread, (LPVOID)hCompletion, 0, 0);
    
90. 
    
91.         // 创建监听套节字，绑定到本地地址，开始监听
    
92.         SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
93.         SOCKADDR_IN si;
    
94.         si.sin_family = AF_INET;
    
95.         si.sin_port = ::ntohs(nPort);
    
96.         si.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
    
97.         ::bind(sListen, (sockaddr*)&si, sizeof(si));
    
98.         ::listen(sListen, 5);
    
99. 
    
100.         // 循环处理到来的连接
     
101.         while(TRUE)
     
102.         {
     
103.                 // 等待接受未决的连接请求
     
104.                 SOCKADDR_IN saRemote;
     
105.                 int nRemoteLen = sizeof(saRemote);
     
106.                 SOCKET sNew = ::accept(sListen, (sockaddr*)&saRemote, &nRemoteLen);
     
107. 
     
108.                 // 接受到新连接之后，为它创建一个per-handle数据，并将它们关联到完成端口对象。
     
109.                 PPER_HANDLE_DATA pPerHandle =
     
110.                                                         (PPER_HANDLE_DATA)::GlobalAlloc(GPTR, sizeof(PER_HANDLE_DATA));
     
111.                 pPerHandle->s = sNew;
     
112.                 memcpy(&pPerHandle->addr, &saRemote, nRemoteLen);
     
113.                 ::CreateIoCompletionPort((HANDLE)pPerHandle->s, hCompletion, (DWORD)pPerHandle, 0);
     
114.        
     
115.                 // 投递一个接收请求
     
116.                 PPER_IO_DATA pPerIO = (PPER_IO_DATA)::GlobalAlloc(GPTR, sizeof(PER_IO_DATA));
     
117.                 pPerIO->nOperationType = OP_READ;
     
118.                 WSABUF buf;
     
119.                 buf.buf = pPerIO->buf;
     
120.                 buf.len = BUFFER_SIZE;       
     
121.                 DWORD dwRecv;
     
122.                 DWORD dwFlags = 0;
     
123.                 ::WSARecv(pPerHandle->s, &buf, 1, &dwRecv, &dwFlags, &pPerIO->ol, NULL);
     
124.         }
     
125. }

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