再探完成端口

 

一 快速入门

       有关完成端口的概念，以及相关的一些API就不讨论了，因为网上介绍这些东西的文章太多了。这里关注的是如何组织代码。首先我们来看《WINDOWS网络编程技术》第八章中有关完成端口的例子。代码可以在网上找到，这里就不贴了。这个不到300行的程序可以让我们迅速入门。

 

查看程序，我们可以看到使用完成端口的服务器的一般步骤：

1.         创建一个完成端口。第四个参数保持为0，指定在完成端口上，每个处理器一次只允许执行一个工作者线程。

2.         判断系统内到底安装了多少个处理器。

3.         创建工作者线程，根据步骤2 )得到的处理器信息，在完成端口上，为已完成的I / O请求提供服务。在这个简单的例子中，我们为每个处理器都只创建两个工作者线程。

4.         准备好一个监听套接字，在端口5150上监听进入的连接请求。

5.         使用accept函数，接受进入的连接请求。

6.         创建一个数据结构，这个数据结构通常称之为完成键，同时在结构中存入接受的套接字句柄，以及其他在处理Socket IO时需要的信息，以备后用

7.         调用CreateIoCompletionPort，将自accept返回的新套接字句柄同完成端口关联到一起。通过完成键（CompletionKey）参数，将6中的数据结构传递给CreateIoCompletionPort。

8.         开始在已接受的连接上进行I/O操作。在此，我们希望通过重叠I/O机制，在新建的套接字上投递一个或多个异步WSARecv或WSASend请求。这些I/O请求完成后，一个工作者线程会为I/O请求提供服务，同时继续处理未来的I/O请求，稍后便会在步骤3 )指定的工作者例程中，体验到这一点。

9.         重复步骤5 ) ~ 8 )，直至服务器中止。

 

对于程序的分析

很明显，5－8步是关键。而在工作者线程中，如何处理IO请求也是关键。其中有两个数据结构很重要，一个就是完成键结构，另一个就是重叠IO结构。这两个结构都是指针的指针，这种晦涩的设计是为了使结构具有更好的扩展性。个人觉得理解怎么使用这两个结构就理解了完成端口编码的核心。当然，要学习操作完成端口的实现机制还是需要了解windows内核是如何维护完成队列之类更深层的东西，这些内容不在本文讨论范围之内。

 

我们可以把完成键结构看作是服务主线程accept连接时和工作者线程交互的平台。一般我们在客户端连接时会将客户端Socket句柄放入这个结构中。除此以外，所有在一次Socket IO中无法保存的数据结构都可以扔到该结构中，让它可以在多次Socket IO中重复使用。例如客户端要向服务器传文件，那么可以在完成键中添加服务器上打开的文件句柄，每次Socket IO就可以使用这个句柄读写数据。

 

我们可以把重叠IO看作是一个可以扩展的Buffer类型。这个Buffer可以根据具体的需求进行改变，它可以携带写入、写入完成、写出、写出完成的标志，也可以携带具体接受或发送的数据，等等。

 

在实际应用中，我们可以将以上两个结构设计成CompletionKey和Buffer两个类，但是要保证代表重叠IO的Buffer类指向的数据结构头部就是一个重叠结构。

 

解决了这两个结构的问题之后还有另一个问题，就是如何进行工作者线程的编程。完成端口的特点是一次数据收到之后程序会得到通知。那么怎么判断我收到的数据是完整的，可以进行下一步处理的呢？通常我们会根据已收到的数据流特征来判断它是否是完整的，对于完整的数据我们就可以进行下一步处理，而对于不完整的数据我们需要等待下次的数据，并且把它和以前的数据拼接起来。这就需要我们实现一个高效的Buffer结构来满足这些需求。当然，这些功能在Windows网络编程技术一书中给出的例子并没有实现。

 

 

二 实例分析

 

       经同事指点，我在CodeProject上找到了一个比较符合实际需求的完成端口的例子。它提供了三种类型的服务器，一是简单的EchoServer，另一个是基于自定义包结构的服务器，还有一个就是基于命令的服务器。这三个服务器只是在处理数据的逻辑上有些差异，整体架构都是一样的。

 

基于包结构的服务器和基于命令的服务器的优劣

在游戏服务器中，我们一般有自己的协议，这个协议可以基于包结构，也可以基于命令结构，可以根据需要灵活选择。通常认为包结构设计的好的话服务器和客户端只需要一个连接，而基于命令的服务器如果需要传数据，那么最好使用另一个连接，否则将会无法判断收到的是数据还是命令。但是无论使用哪一种，一个好的解析器是必要的。它可以帮助你高效地解析包内容或者是命令内容。

 

服务器的组织结构

       服务器的主体部分是一个类库工程，main函数所在工程只是继承与类库工程中的CSocketServer类来实现一些逻辑。类库工程对一些windows内核对象进行了包装，例如事件，线程等等。比较重要的部分就是CSocketServer类，Socket类，以及CIOBuffer类的实现。CSocketServer类的协作图如下：

 

 

to be continued..