WinSock异步编程

WinSock异步编程

简介

• 同步

  每个函数在下一条语句执行以前必须完成

• 异步

  Windows的消息是异步的，不按照事先定义的顺序发生的。

  当程序开始一个任务时，可以告诉Windows在任务完成时发送一条消息，收到消息时根据任务的完成结果再决定下一步做什么，处理完这条消息，控制权又返回给Windows，系统继续执行其他的任务。

同步模型中，当执行一些需要花费很长时间才能完成的功能时，程序会被阻塞，无法进行其他的操作，只能等待这个功能完成。

异步WinSock则不同，在执行一个费时的网络操作时，程序用WSAAsyncSelect向Windows系统注册一条消息，指明感兴趣的网络事件，告诉系统任务完成时用这条消息来通知程序。这样，正在进行的网络操作如果不能立即完成，会返回错误码，告诉系统正在处理而不会阻塞程序，程序还可以进行其他的各种操作。网络操作完成时，无论成功还是失败，应用程序的窗口过程会收到之前注册的消息，消息中有操作完成的结果，程序根据消息中的参数判断发生了什么网络事件，决定下一步的工作。

WSAAsyncSelect

该函数提供一个异步I/O模型，使用它应用程序不会在调用某一个套接口函数时阻塞，函数会立即返回给调用者。

当要求的操作完成时，应用程序会收到消息，程序根据消息中指明的事件来决定做什么样的处理。

int WSAAPI WSAAsyncSelect(SOCKET s, HWND hWnd,u_int wMsg,long IEvent);

成功返回0，表明应用程序的事件注册成功；

失败返回SOCKET_ERROR，应用程序可以调用WSAGetLastError()得到具体的错误码。

• s 要求事件通知的套接口描述符
• hWnd 窗口句柄，网络事件发生时向这个窗口发消息
• wMsg 网络事件发生时应用程序会收到的消息
• IEvent 事件组合

WSAAsyncSelect要求WinSock监测套接口s上的事件，当检查到lEvent参数中规定的网络事件时，向窗口hWnd发送wMsg消息。

会自动把套接口设置为非阻塞模式，要再设为阻塞模式，应用程序必须再调用WSAAsyncSelect ，并且将IEvent 参数设置为0，清除与套接口相关的事件，然后调用ioctlsocket 设置为阻塞模式

程序感兴趣的事件必须一次设置完成， 后面的设置会覆盖前面的

套接口网络事件

事件	说明
FD_ACCEPT	接收进入的连接请求通知
FD_CLOSE	套接口关闭通知
FD_CONNECT	连接建立完成通知
FD_READ	套接口缓冲区收到数据，可以读取数据通知
FD_WRITE	套接口缓冲区有空间发送应用程序的数据，可以发送数据通知

当套接口上指定的发生网络事件的应用程序收到wMsg时，wParam是发生网络事件的套接口句柄，IParam 的低16字节表明发生了什么事件，高16位是错误码

WinSock定义了两个宏来提取网络事件和错误码

#define WSAGETSELECTEVENT(lParam) LOWORD(lParam)
#define WSAGETSELECTERROR(lParam) HIWORD(lParam)

调用WSAAsyncSelect的返回值与网络事件错误之间的区别

• 调用WSAAsyncSelect函数失败时，可以用WSAGetLastError()得到具体的错误码
• 收到网络事件通知时，只能用WSAGETSELECTERROR提取错误码，不能用WSAGetLastError函数
• 调用函数错误与网络事件错误是不同的，函数错误是指函数是否已经成功启动了用户要求的操作，而网络事件是指事件是否有错误。
• 如果函数调用失败，一定不会收到网络事件；成功时，收到的网络事件可能是成功，也可能是失败。

套接口上的事件具有继承性，套接口上的事件具有继承性，调用accept接受新的连接创建的套接口与侦听套接口有同样的事件属性。

如果侦听套接口上调用WSAAsyncSelect设置了FD_ACCEPT、FD_READ、FD_WRITE和FD_CLOSE，那么在侦听套接口上接受的任何套接口上都有这些事件，并且在与侦听套接口相同的消息上接收这些网络事件通知。

如果应用程序想在accept的套接口上有不同的消息和事件，需要重新调用WSAAsyncSelect设置事件通知条件。

WinSock向应用程序的窗口发送了一个网络事件后，不会再发送同样的事件通知，除非应用程序调用了相关函数，重新启用了事件通知。如：服务器连续调用两次send向客户端发送数据，第一次200字节，会收到FD_READ通知，如果客户端没有调用recv接收这200字节数据，那么后面再发送100字节数据到达客户端时，就不会再有FD_READ通知。直到客户端调用recv后，才会重新启用FD_READ事件。

套接口事件及通知条件

事件	重新启用函数	通知条件
FD_ACCEPT	accept	1. 只适用于面向连接套接口 2. 调用WSAAsyncSelect时，队列中有连接请求 3. 接收到新的连接请求，并且还没有发送FD_ACCEPT 4. 调用accept后，队列中仍然有连接请求
FD_CLOSE		1. 只适用于面向连接的套接口，调用closesocket后不会再收到FD_CLOSE 2. 调用WSAAsyncSelect时，连接已经被关闭 3. 对方关闭了连接(发送FIN 或者 RST)
FD_CONNECT		1. 调用WSAAsyncSelect时，已经建立了连接 2. 调用connect函数后，返回WSAEWOULDBLOCK, 在连接完成时，会收到FD_CONNECT
FD_READ	recv,recvfrom	1. 调用WSAAsyncSelect时，接收缓冲区中有数据 2. 接收到新的数据，且没有发送FD_READ 3. 调用recv,recvfrom后缓冲区内仍然有数据或者设置SO_OOBINLINE 为TRUE, 而有OOB数据 ( OOB带外数据 )
FD_WRITE	send,sendto	1. 调用WSAAsyncSelect时，send或sendto 可以成功 2. 调用connect或者accept后，连接建立成功 3. 调用send或者sendto失败，错误码为WSAEWOULDBLOCK,而当发送缓冲区又有空间时 4. 无连接套接口调用bind成功后，总是可写的
FD_OOB		1. 调用setsockopt设置SO_OOBINLINE为FALSE，条件满足时才会收到FD_OOB 2. 调用WSAAsyncSelect时，接收缓冲区中有OOB数据 3. 收到OOB数据，并且还没有发送FD_OOB 4. 调用recv或者 recvfrom后，缓冲区中还有OOB数据

• FD_ACCEPT

  只有listen套接口会收到FD_ACCEPT事件。

  当有新的客户与服务器建立连接时，服务器应用程序会收到FD_ACCEPT事件。

  收到FD_ACCEPT事件后，要调用accept函数接收新的连接

• FD_CONNECT

  客户端的应用程序才会收到FD_CONNECT。

  应用程序调用connect函数与服务器建立连接，连接过程经过三次握手，建立连接不会立即成功。

  无论成功与否，connect 会先返回给调用程序，错误码为WSAEWOULDBLOCK，连接完成后客户端应用程序会收到FD_CONNECT事件通知。

• FD_READ

  当有新的数据到达，并且还没有发送FD_READ时，会向应用程序发送FD_READ事件通知。

  收到FD_READ应用程序调用recv接收数据，应用程序不需要一次读完所有的数据。

  在Windows中是事件驱动的，当调用recv时，如果数据没有读完，Windows还会发送FD_READ通知。

  对于一个FD_READ事件，应用程序如果调用了多次recv，每次都没读完数据，那么每个recv都会导致系统发送一个FD_READ通知。

  为了避免这种情况，应用程序可以在recv前用WSAAsyncSelect取消FD_READ事件。

  收到FD_READ通知不一定就能接收到数据，通知有可能是前面recv时导致发送的，但数据已接收完。

  WinSock不合理之处:当调用recv恰好接收完数据，即使缓冲区中已经没有数据了，还是会发送FD_READ

• FD_WRITE

  收到FD_WRITE意味着套接口是可写的，可以调用send或sendto发送数据。

  的，可以调用send或sendto发送数据。当第一次调用connect连接成功或调用accept接受一个连接时，应用程序都会收到FD_WRITE。

  连接建立成功后，就可以发送数据，如果应用程序发送的数据比较多，TCP/IP协议不能及时把数据发送给对方，应用程序的数据会暂时保存在套接口发送缓冲区中。

  当缓冲区满时，再调用send就会失败，错误为WSAEWOULDBLOCK。

  协议把数据发送出去，发送缓冲区又有空间时，会向应用程序发送FD_WRITE通知。

• FD_OOB

  当套接口被配置为单独接收紧急数据，即紧急数据不与正常数据一起接收，并收到了对方send(MSG_OOB)发送的紧急数据时，应用程序会收到FD_OOB事件通知。

  收到FD_OOB事件通知，应用程序需要调用recv(MSG_OOB)接收紧急数据。

  • 接收缓冲区中只有OOB数据，调用recv，标志为0，则会失败，错误码为WSAEWOULDBLOCK。调用recv(MSG_OOB)会收到OOB数据。

  • 发送OOB数据send(soc，data，len，MSG_OOB)，无论len是多长，接收到的OOB只有一个字节，是data的最后一个字节。

    当len大于1时，接收数据的应用程序会先收到FD_OOB事件，调用recv(MSG_OOB)接收data最后一个字节的OOB数据。之后会收到FD_READ，调用recv接收OOB前面的正常数据

    

  • 发送n次OOB时，只要send之间的间隔较长，数据没有在发送时组合到一个分组中，而接收方一直没有接收OOB，最后一起接收时，会一次收到n个字节的OOB。

    WinSock把OOB放在了一个单独的接收缓冲区中

  • 是否单独接收紧急数据是用setsockopt(SO_OOBINLINE)设置的，默认是单独接收OOB

    调用setsockopt(SO_OOBINLINE)，选项值为TRUE时，表示把OOB当作正常数据接收，这样即使收到了OOB，应用程序也不会收到FD_OOB事件，而是FD_READ通知。

  • FD_CLOSE

    只适用于面向连接套接口，对方调用shutdown或closesocket关闭连接时会收到FD_CLOSE通知。

    建议收到FD_CLOSE，先调用recv把数据接收完再关闭套接口

    FD_CLOSE消息的错误码 --> 表示对方是否是正常关闭还是放弃连接

    • 0 正常关闭
    • WSAECONNRESET 连接被重设，对方放弃连接

Finger协议

Finger协议的主要功能是查询某一主机上的用户信息。

主机返回用户容易阅读的状态报告，包括用户名、终端位置、任务名称、空闲时间等。

Finger协议的知名端口号是79，协议的格式没有特别的要求，大部分情况下客户端只需要发送一个"命令行"。根据"命令行"和服务器的不同，客户端收到的信息会有所变化。

服务器一发送完数据就关闭连接。

• 如果客户端发送的是空行，即只有<CRLF>，服务器把当前使用系统的所有用户都发送给客户端。

• 如果客户端规定了用户名，如"Alice"，那么服务器应该只把这个用户的情况报告给客户端。

• 如果用户名与服务器上的多个登录用户匹配，这些匹配的用户信息应该都发送给客户端。

• 当查询的用户没有登录时，服务器报告用户名、最后的注销时间。

  用户也可以留下一条短消息，服务器在应答中包含这条消息。

常用的操作系统，如Linux、Windows都带有Finger程序，基本格式为：finger [user]@host。其中user规定了想要查询的用户，它是可选的，没有这个参数，则显示服务器上所有用户的信息。而host指定了要查询的服务器。

Finger服务器程序

1. 服务器程序固定在知名端口79上侦听
2. 预先定义用户信息 --> 用于测试
3. 目前程序只有开始菜单，没有结束或者停止菜单
4. 开始Finger服务器，需要单击File菜单中的Start

FingerSrv.c

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#include <tchar.h>
#include "resource1.h"
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib") /* WinSock使用的库函数 */
#define WM_SOCKET_NOTIFY   (WM_USER + 11) /* 自定义socket消息 */
#define FINGER_DEF_PORT    79 /* 侦听的端口 */
#define ID_EDIT_LOG        1  /* 日志控件的标识 */
/* 定义控件的风格 */
#define EDIT_STYLE  (WS_CHILD | WS_VISIBLE | WS_BORDER | ES_LEFT | \
                        ES_MULTILINE | WS_HSCROLL | WS_VSCROLL)
#define FINGER_LINE_END  "\r\n" /* 行结束符 */
#define FINGER_MAX_BUF    1024  /* 最大的接收缓冲区 */
#define FINGER_MAX_SOC       8  /* 最多可以接受的客户数 */
#define TABLE_SIZE(a) (sizeof(a) / sizeof(a[0]))
/* 定义用户信息 */
struct UserInfo
{
   
   
    const char* szUser;  // 用户名 
    const char* szFullName; // 全称 
    const char* szMessage;  // 留下的消息 
};
struct UserInfo FingerUser[] =
{
   
   
    {
   
    "Alice",  "Alice Joe",   "Welcome! I am on vacation." },
    {
   
    "Smith",  "Smith David", "Learn to fly like a bird." },
    {
   
    "Rubin",  "Jeff Rubin",  "How are you!" }
};
/* 定义全局变量 */
static HWND hWndLog;       /* 输出日志信息的窗口句柄 */
static SOCKET hLstnSoc;    /* 侦听socket句柄 */
static SOCKET hClntSoc[FINGER_MAX_SOC]; /* 客户端的socket句柄 */
static LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);  // 窗口处理函数 
static SOCKET FingerListenSoc(HWND hWnd, unsigned short port);
static void FingerOnSocketNotify(WPARAM wParam, LPARAM lParam);
static void LogPrintf(const TCHAR* szFormat, ...);


int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance,
    PSTR szCmdLine, int iCmdShow)
{
   
   
    TCHAR szClassName[] = TEXT("FingerSrv");
    HWND        hWnd;
    MSG         msg;
    WNDCLASS    wndclass;
    WSADATA     wsaData;
    int i;
    WSAStartup(WINSOCK_VERSION, &wsaData); /* 初始化 */
    memset(hClntSoc, INVALID_SOCKET, FINGER_MAX_SOC * sizeof(SOCKET));

    /* 注册窗口类 */
    wndclass.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
    wndclass.lpfnWndProc = WndProc;  /* 窗口过程处理函数 */
    wndclass.cbClsExtra = 0;
    wndclass.cbWndExtra = 0;
    wndclass.hInstance = hInstance;
    wndclass.hIcon = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);
    wndclass.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
    wndclass.hbrBackground = (HBRUSH)GetStockObject(WHITE_BRUSH);
    wndclass.lpszMenuName = (LPCSTR)IDR_FINGER_SRV; /* 菜单 */
    wndclass.lpszClassName = szClassName; /* 窗口类名 */
    if (!RegisterClass(&wndclass))
    {
   
   
        MessageBox(NULL, TEXT("TRequires Windows NT!"), szClassName, 0);
        return 0;
    }

    // 在内存中创建窗口 
    hWnd = CreateWindow(szClassName,          /* 与注册的类名相同 */
        TEXT("Finger Server"),/* 窗口标题 */
        WS_OVERLAPPEDWINDOW,  /* 窗口风格 */
        CW_USEDEFAULT,        /* 初始x坐标 */
        CW_USEDEFAULT,        /* 初始y坐标 */
        CW_USEDEFAULT,        /* 初始宽度 */
        CW_USEDEFAULT,        /* 初始高度 */
        NULL,                 /* 父窗口句柄 */
        NULL,                 /* 菜单句柄 */
        hInstance,            /* 程序实例句柄 */
        NULL);                /* 程序参数 */
    ShowWindow(hWnd, iCmdShow); /* 显示窗口 */
    UpdateWindow(hWnd);         /* 更新窗口 */
    /* 消息循环 */
    while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
    {
   
   
        TranslateMessage(&msg);
        DispatchMessage(&msg);
    }
    /* 关闭socket */
    for (i = 0; i < FINGER_MAX_SOC; i++)