网络编程--走出完成端口的误区

网络编程--走出完成端口的误区
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最近一段日子，可以有时间到论坛看看网络编程版块了，很多关于服务器网络模型的选择，几乎有一半的人看都不看人家的去需求，直接就回用完成端口吧，我在自己的代码里用了，速度有读快之类的，看了很无语，今天有点时间，写了点个人关于完成端口的看法。

[1]为什么要在WINDOWS平台推出完成端口模型？
我们知道，LINUX为了解决SELECT或者POLL函数调用效率不够高的问题，退出了一个内核调用函数EPOLL，而WINDOWS下的完成端口更进一步，EPOLL只是在有变化的时候通知投递者，而完成端口干脆连部分变化也一起给处理了。 SELECT效率为什么不如EPOLL，这就需要操作系统知识了，因为操作系统对句柄的管理是全局的，而很多操作是通过驱动来完成的，SELECT的原理是，对SELECT指定的SOCKET队列进行循环扫描，直大发生指定变化或者超时，注意是循环，特例就是指定超时时间为0，这个时候，SELECT的效率同样是很高的，而当变化发生时，由于调度的关系，这个时候SELECT可能并没有被调度运行，导致了时间的延迟，具体请参考操作系统原理中CPU的分配策略。而引入完成端口，则通过在内核开启线程，在内核级别对需要监视的句柄进行监视，可以在驱动投递信息的第一时间发现，并立即使用内核线程进行处理，例如，TCP协议栈接收到了一个数据包，那么这个关联的句柄发生的变化会立即通知给内核对应线程，内核线程将立即处理。
换个通俗的比喻，一个厨师，被指定要同时监视10壶水的烧制，一旦水开，就立即通知，SELECT下[超时不为0]，这个厨师需要从第1壶开始检查，一直到第10壶，然后从新从第1壶开始检查，直到规定时间到达或者有水烧开；而完成端口呢，则是科技进步了，我们给水壶装个感应器，当水开了，感应器就报警，然后厨师就立即知道是哪壶开了，更进一步，还可以指定水开了执行什么动作，例如冲到暖水瓶里，直到20瓶水都冲满才返回。
[2]完成端口在什么情况下是高效的选择？什么时候成为低能儿？
完成端口的高效是相对与SELECT的‘低效’而言的，但是，其实，有时候，完成端口会成为低能儿，这要看具体的应用，针对不限速度，在多连接情况下，希望最高效率发挥网络带宽优势的应用[也就是不在乎CLIENT的公平处理]，或者希望能够以接近实时速度处理网络变化的[例如在线播放]，完成端口是很好的选择，因为可以在第一时间处理网络事件。但是完成端口不是万能药，使用完成端口，和二进制协议，例如基于包的传输协议的处理很容易，效率也很高，但是对主流的变长文本协议，例如HTTP服务，FTP服务，EMAIL服务等，完成端口的结合，则比较困难，在网络不好的情况下，效率直线降低，为什么呢？因为TCP有个内部缓冲，在完成端口下，这个缓冲的作用被弱化了，只要有一个包到达，完成端口就执行一次从缓冲里读操作检测执行，而通常应用，一个数据段会由很多包组成，这样，内核线程需要调度很多次，而如果使用非阻塞SOCKET读，通过定时检查机制，可以避免这种内部的频繁调度，但是，由于定时并且运行在用户态而非核心态，因此无法在第一时间知道变化。这么理解呢？就好象你要发快件，在完成端口下，你只要发现有一封快件就绪，你就立即送到快递公司里去处理，而SELECT下，你发现有快件就绪，则通知快递公司，让他们的快递员有空了上门，在定时检测机制下，则是不管有多少快件就绪，反正快递公司每天上门一次。这里的快递公司，就是执行的调用者。
[3]我为什么不采用完成端口？
我写的FtpAnywhere软件，在第三次重写底层代码的时候，曾经考虑使用完成端口，毕竟MAKEDOLLAR公司大力推荐这个，但是很快发现了问题，MS自己的IIS竟然用驱动，而不是完成端口？其次，如果使用完成端口，和协议很难结合，因为国际标准的FTP协议是以回车换行为结束标记，而且指令是变长的，如果我采用完成端口，那么会面临碎片攻击导致频繁调度，例如，一个1200个字符组成的命令行，别有居心的程序，可能按每次1到5个字符发送，这样的合法攻击一多，服务器性能立即直线降低，在完成端口通知机制下，可能为了一个连接的一个指令，需要调度几百次之多，而每次调度，除了接收，还需要执行结尾判断，服务器资源将被大量合法浪费，而WINDOWS下的消息开销同样昂贵，而且有最大消息队列限制，数量超极限就出现消息丢失。而如果使用非阻塞的定时机制，则可以借助TCP本身的缓冲，避免这个问题。
[4]你是否真的需要完成端口？
不要被宣传迷惑，也不要为了片面追求所谓的高效而采用完成端口，任何一个机制，都与它自己的优点和缺点，在您确定选择完成端口前，请问问自己：
 A 我理解完成端口吗，理解TCP/IP吗，理解操作系统的内部调度机制吗？
 B 和我自己的协议应用结合容易吗？
 C 如果使用其他模型，效率差距大吗？
 D 我考虑到攻击问题了吗？
 E 将来会需要跨平台支持LINUX/BSD UNIX等平台吗？

 

 F .......

 

最后给各位推荐几本个人认为很经典的书籍

[1] UNIX网络编程 [RICHARD STEVENS版，最新版可以当参考]

[2] TCP/IP协议卷 1-3  [RICHARD STEVENS等]

[3] LINUX内核XX  名称可能不正确  作者是德国人还是美国人，忘记了，但是详细分析了LINUX下TCP/IP协议栈的实现和内核调度，看介绍就知道了,这个书很经典，分析的很详细

[4] 操作系统原理   英国MINIX作者编写的

[5] 安全编程      美国人写的，好象是什么PGP算法的作者吧