windows套接字I/0模型-IOCP完成端口模型

在 Windows 网络编程中，IOCP (Input/Output Completion Port) 是一种高性能的 I/O 模型，可以使应用程序能够处理大量并发 I/O 操作。IOCP 模型主要通过事件通知和回调函数来处理异步 I/O 操作。相比于之前介绍的 select、WSAAsyncSelect 和 WSAEventSelect 等模型，IOCP 模型的优势在于其能够实现更高的并发处理能力，同时也减少了 I/O 操作的 CPU 开销，提高了系统的整体性能。

使用 IOCP 模型需要以下步骤：

创建 I/O 完成端口
首先需要创建 I/O 完成端口，这可以通过调用 CreateIoCompletionPort() 函数来完成。这个函数会返回一个 I/O 完成端口句柄，之后的所有 I/O 操作都需要与这个端口相关联。

将套接字与 I/O 完成端口相关联
接下来，需要将套接字与 I/O 完成端口相关联，这可以通过调用 CreateIoCompletionPort() 函数来完成。将套接字和 I/O 完成端口相关联后，就可以开始异步 I/O 操作了。

发起异步 I/O 操作
异步 I/O 操作可以使用 WSASend() 和 WSARecv() 等 Windows 系统函数来发起。在调用这些函数时，需要将指向一个 OVERLAPPED 结构体的指针作为参数传递给函数，同时也需要将 I/O 完成端口句柄作为参数传递给函数。

等待异步 I/O 操作完成
在异步 I/O 操作发起之后，程序需要等待操作完成并处理操作结果。这可以通过 GetQueuedCompletionStatus() 函数来实现，该函数会阻塞等待 I/O 完成端口上的完成事件。当一个 I/O 操作完成后，会返回相关的套接字句柄、完成字节数以及指向 OVERLAPPED 结构体的指针等信息。

处理异步 I/O 操作结果
在获取到异步 I/O 操作的结果后，程序需要根据具体情况对结果进行处理。例如，在完成了一次数据接收操作后，需要将接收到的数据写入到缓冲区中，并继续发起下一次数据接收操作。
案例程序
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
​
// 初始化Winsock库
CInitSock theSock;
​
#define BUFFER_SIZE 1024
​
typedef struct _PER_HANDLE_DATA // per-handle数据
{
SOCKET s; // 对应的套节字句柄
sockaddr_in addr; // 客户方地址
} PER_HANDLE_DATA, *PPER_HANDLE_DATA;
​
​
typedef struct _PER_IO_DATA // per-I/O数据
{
OVERLAPPED ol; // 重叠结构
char buf[BUFFER_SIZE]; // 数据缓冲区
int nOperationType; // 操作类型
#define OP_READ 1
#define OP_WRITE 2
#define OP_ACCEPT 3
} PER_IO_DATA, PPER_IO_DATA;
​
​
DWORD WINAPI ServerThread(LPVOID lpParam)
{
// 得到完成端口对象句柄
HANDLE hCompletion = (HANDLE)lpParam;
​
DWORD dwTrans;
PPER_HANDLE_DATA pPerHandle;
PPER_IO_DATA pPerIO;
while(TRUE)
{
// 在关联到此完成端口的所有套节字上等待I/O完成
BOOL bOK = ::GetQueuedCompletionStatus(hCompletion,
&dwTrans, (LPDWORD)&pPerHandle, (LPOVERLAPPED)&pPerIO, WSA_INFINITE);
if(!bOK) // 在此套节字上有错误发生
{
::closesocket(pPerHandle->s);
::GlobalFree(pPerHandle);
::GlobalFree(pPerIO);
continue;
}

if(dwTrans == 0 &&        // 套节字被对方关闭
  (pPerIO->nOperationType == OP_READ || pPerIO->nOperationType == OP_WRITE))  
  
{
  ::closesocket(pPerHandle->s);
  ::GlobalFree(pPerHandle);
  ::GlobalFree(pPerIO);
  continue;
}

​
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
{
case OP_READ: // 完成一个接收请求
{
pPerIO->buf[dwTrans] = ‘\0’;
printf(pPerIO -> buf);

    // 继续投递接收I/O请求
    WSABUF buf;
    buf.buf = pPerIO->buf ;
    buf.len = BUFFER_SIZE;
    pPerIO->nOperationType = OP_READ;

​
DWORD nFlags = 0;
::WSARecv(pPerHandle->s, &buf, 1, &dwTrans, &nFlags, &pPerIO->ol, NULL);
}
break;
case OP_WRITE: // 本例中没有投递这些类型的I/O请求
case OP_ACCEPT:
break;
}
}
return 0;
}
​
​
void main()
{
int nPort = 4567;
// 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
HANDLE hCompletion = ::CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, 0, 0, 0);
::CreateThread(NULL, 0, ServerThread, (LPVOID)hCompletion, 0, 0);
​
// 创建监听套节字，绑定到本地地址，开始监听
SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
SOCKADDR_IN si;
si.sin_family = AF_INET;
si.sin_port = ::ntohs(nPort);
si.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
::bind(sListen, (sockaddr*)&si, sizeof(si));
::listen(sListen, 5);
​
// 循环处理到来的连接
while(TRUE)
{
// 等待接受未决的连接请求
SOCKADDR_IN saRemote;
int nRemoteLen = sizeof(saRemote);
SOCKET sNew = ::accept(sListen, (sockaddr*)&saRemote, &nRemoteLen);
​
// 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。
PPER_HANDLE_DATA pPerHandle =
(PPER_HANDLE_DATA)::GlobalAlloc(GPTR, sizeof(PER_HANDLE_DATA));
pPerHandle->s = sNew;
memcpy(&pPerHandle->addr, &saRemote, nRemoteLen);
::CreateIoCompletionPort((HANDLE)pPerHandle->s, hCompletion, (DWORD)pPerHandle, 0);

// 投递一个接收请求
PPER_IO_DATA pPerIO = (PPER_IO_DATA)::GlobalAlloc(GPTR, sizeof(PER_IO_DATA));
pPerIO->nOperationType = OP_READ;
WSABUF buf;
buf.buf = pPerIO->buf;
buf.len = BUFFER_SIZE;  
DWORD dwRecv;
DWORD dwFlags = 0;
::WSARecv(pPerHandle->s, &buf, 1, &dwRecv, &dwFlags, &pPerIO->ol, NULL);

}
}
​
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