Windows Socket五种I/O模型

       如果你想在Windows平台上构建服务器应用，那么I/O模型是你必须考虑的。Windows操作系统提供了选择（Select）、异步选择 （WSAAsyncSelect）、事件选择（WSAEventSelect）、重叠I/O（Overlapped I/O）和完成端口（Completion Port)共五种I/O模型。每一种模型均适用于一种特定的应用场景。程序员应该对自己的应用需求非常明确，而且综合考虑到程序的扩展性和可移植性等因 素，作出自己的选择。我会以一个回应反射式服务器（与《Windows网络编程》第八章一样）来介绍这五种I/O模型。我们假设客户端的代码如下（为代码直观， 省去所有错误检查，以下同）：#include <WINSOCK2.H>#include <stdio.h>#define SERVER_ADDRESS "137.117.2.148"#define PORT           5150#define MSGSIZE        1024#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main(){WSADATA     wsaData;SOCKET      sClient;SOCKADDR_IN server;char        szMessage[MSGSIZE];int         ret;// Initialize Windows socket libraryWSAStartup(0x0202, &wsaData);// Create client socketsClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);// Connect to servermemset(&server, 0, sizeof(SOCKADDR_IN));server.sin_family = AF_INET;server.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(SERVER_ADDRESS);server.sin_port = htons(PORT);connect(sClient, (struct sockaddr *)&server, sizeof(SOCKADDR_IN));while (TRUE){    printf("Send:");   gets(szMessage);    // Send message    send(sClient, szMessage, strlen(szMessage), 0);    // Receive message    ret = recv(sClient, szMessage, MSGSIZE, 0);    szMessage[ret] = '/0';    printf("Received [%d bytes]: '%s'/n", ret, szMessage);}// Clean upclosesocket(sClient);WSACleanup();return 0;}客户端所做的事情相当简单，创建套接字，连接服务器，然后不停的发送和接收数据。比较容易想到的一种服务器模型就是采用一个主线程，负责监听客户端的连接请求，当接收到某个客户端的连接请求后，创建一个专门用于和该客户端通信的 套接字和一个辅助线程。以后该客户端和服务器的交互都在这个辅助线程内完成。这种方法比较直观，程序非常简单而且可移植性好，但是不能利用平台相关的特 性。例如，如果连接数增多的时候（成千上万的连接），那么线程数成倍增长，操作系统忙于频繁的线程间切换，而且大部分线程在其生命周期内都是处于非活动状 态的，这大大浪费了系统的资源。所以，如果你已经知道你的代码只会运行在Windows平台上，建议采用Winsock I/O模型。一.选择模型Select（选择）模型是Winsock中最常见的I/O模型。之所以称其为“Select模型”，是由于它的“中心思想” 便是利用select函数，实现对I/O的管理。最初设计该模型时，主要面向的是某些使用UNIX操作系统的计算机，它们采用的是Berkeley套接字 方案。Select模型已集成到Winsock 1.1中，它使那些想避免在套接字调用过程中被无辜“锁定”的应用程序，采取一种有序的方式，同时进行对多个套接字的管理。由于Winsock 1.1向后兼容于Berkeley套接字实施方案，所以假如有一个Berkeley套接字应用使用了select函数，那么从理论角度讲，毋需对其进行任 何修改，便可正常运行。（节选自《Windows网络编程》第八章)下面的这段程序就是利用选择模型实现的Echo服务器的代码（已经不能再精简 了）：#include <winsock.h>#include <stdio.h>#define PORT       5150#define MSGSIZE    1024#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int    g_iTotalConn = 0;SOCKET g_CliSocketArr[FD_SETSIZE];DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParameter);int main(){WSADATA     wsaData;SOCKET      sListen, sClient;SOCKADDR_IN local, client;int         iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);DWORD       dwThreadId;// Initialize Windows socket libraryWSAStartup(0x0202, &wsaData);// Create listening socketsListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);// Bindlocal.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(PORT);bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));// Listenlisten(sListen, 3);// Create worker threadCreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId); while (TRUE){    // Accept a connection    sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);    printf("Accepted client:%s:%d/n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));    // Add socket to g_CliSocketArr    g_CliSocketArr[g_iTotalConn++] = sClient;}return 0;}DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam){int            i;fd_set         fdread;int            ret;struct timeval tv = {1, 0};char           szMessage[MSGSIZE];while (TRUE){    FD_ZERO(&fdread);    for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)    {      FD_SET(g_CliSocketArr[i], &fdread);    }    // We only care read event    ret = select(0, &fdread, NULL, NULL, &tv);    if (ret == 0)    {      // Time expired      continue;    }    for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)    {      if (FD_ISSET(g_CliSocketArr[i], &fdread))      {        // A read event happened on g_CliSocketArr[i]        ret = recv(g_CliSocketArr[i], szMessage, MSGSIZE, 0);     if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))     {      // Client socket closed          printf("Client socket %d closed./n", g_CliSocketArr[i]);      closesocket(g_CliSocketArr[i]);      if (i < g_iTotalConn - 1)          {                        g_CliSocketArr[i--] = g_CliSocketArr[--g_iTotalConn];          }        }     else     {      // We received a message from client          szMessage[ret] = '/0';      send(g_CliSocketArr[i], szMessage, strlen(szMessage), 0);        }      }    }}return 0;}服务器的几个主要动作如下：1.创建监听套接字，绑定，监听；2.创建工作者线程；3.创建一个套接字数组，用来存放当前 所有活动的客户端套接字，每accept一个连接就更新一次数组；4.接受客户端的连接。这里有一点需要注意的，就是我没有重新定义 FD_SETSIZE宏，所以服务器最多支持的并发连接数为64。而且，这里决不能无条件的accept,服务器应该根据当前的连接数来决定是否接受来自 某个客户端的连接。一种比较好的实现方案就是采用WSAAccept函数，而且让WSAAccept回调自己实现的Condition Function。如下所示：int CALLBACK ConditionFunc(LPWSABUF lpCallerId,LPWSABUF lpCallerData, LPQOS lpSQOS,LPQOS lpGQOS,LPWSABUF lpCalleeId, LPWSABUF lpCalleeData,GROUP FAR * g,DWORD dwCallbackData){if (当前连接数 < FD_SETSIZE)   return CF_ACCEPT;else   return CF_REJECT;}工作者线程里面是一个死循环，一次循环完成的动作是：1.将当前所有的客户端套接字加入到读集fdread中；2.调用 select函数；3.查看某个套接字是否仍然处于读集中，如果是，则接收数据。如果接收的数据长度为0，或者发生WSAECONNRESET错 误，则表示客户端套接字主动关闭，这时需要将服务器中对应的套接字所绑定的资源释放掉，然后调整我们的套接字数组（将数组中最后一个套接字挪到当前的位置 上）除了需要有条件接受客户端的连接外，还需要在连接数为0的情形下做特殊处理，因为如果读集中没有任何套接字，select函数会立刻返回，这将导致 工作者线程成为一个毫无停顿的死循环，CPU的占用率马上达到100%。二.异步选择Winsock提供了一个有用的异步I/O模型。利用这个模型，应用程序可在一个套接字上，接收以Windows消息为基础的 网络事件通知。具体的做法是在建好一个套接字后，调用WSAAsyncSelect函数。该模型最早出现于Winsock的1.1版本中，用于帮助应用程 序开发者面向一些早期的16位Windows平台（如Windows for Workgroups），适应其“落后”的多任务消息环境。应用程序仍可从这种模型中得到好处，特别是它们用一个标准的Windows例程（常称 为"WndProc"），对窗口消息进行管理的时候。该模型亦得到了Microsoft Foundation Class（微软基本类，MFC）对象CSocket的采纳。（节选自《Windows网络编程》第八章)我还是先贴出代码，然后做详细解释：#include <winsock.h>#include <tchar.h>#define PORT      5150#define MSGSIZE   1024#define WM_SOCKET WM_USER+0#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, PSTR szCmdLine, int iCmdShow){static TCHAR szAppName[] = _T("AsyncSelect Model");HWND         hwnd ;MSG          msg ;WNDCLASS     wndclass ;wndclass.style         = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW ;wndclass.lpfnWndProc   = WndProc ;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 = NULL ;wndclass.lpszClassName = szAppName ;if (!RegisterClass(&wndclass)){    MessageBox (NULL, TEXT ("This program requires Windows NT!"), szAppName, MB_ICONERROR) ;    return 0 ;}hwnd = CreateWindow (szAppName,                  // window class name                       TEXT ("AsyncSelect Model"), // window caption                       WS_OVERLAPPEDWINDOW,        // window style                       CW_USEDEFAULT,              // initial x position                       CW_USEDEFAULT,              // initial y position                       CW_USEDEFAULT,              // initial x size                       CW_USEDEFAULT,              // initial y size                       NULL,                       // parent window handle                       NULL,                       // window menu handle                       hInstance,                  // program instance handle                       NULL) ;                     // creation parametersShowWindow(hwnd, iCmdShow);UpdateWindow(hwnd);while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)){    TranslateMessage(&msg) ;    DispatchMessage(&msg) ;}return msg.wParam;}LRESULT CALLBACK WndProc (HWND hwnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam){WSADATA       wsd;static SOCKET sListen;SOCKET        sClient;SOCKADDR_IN   local, client;int           ret, iAddrSize = sizeof(client);char          szMessage[MSGSIZE];switch (message){case WM_CREATE:    // Initialize Windows Socket library   WSAStartup(0x0202, &wsd);     // Create listening socket    sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);       // Bind    local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);   local.sin_family = AF_INET;   local.sin_port = htons(PORT);   bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));     // Listen    listen(sListen, 3);    // Associate listening socket with FD_ACCEPT event   WSAAsyncSelect(sListen, hwnd, WM_SOCKET, FD_ACCEPT);   return 0;case WM_DESTROY:    closesocket(sListen);    WSACleanup();    PostQuitMessage(0);    return 0;case WM_SOCKET:    if (WSAGETSELECTERROR(lParam))    {      closesocket(wParam);      break;    }        switch (WSAGETSELECTEVENT(lParam))    {    case FD_ACCEPT:      // Accept a connection from client      sClient = accept(wParam, (struct sockaddr *)&client, &iAddrSize);            // Associate client socket with FD_READ and FD_CLOSE event      WSAAsyncSelect(sClient, hwnd, WM_SOCKET, FD_READ | FD_CLOSE);      break;    case FD_READ:      ret = recv(wParam, szMessage, MSGSIZE, 0);      if (ret == 0 || ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET)      {        closesocket(wParam);      }      else      {        szMessage[ret] = '/0';        send(wParam, szMessage, strlen(szMessage), 0);      }      break;          case FD_CLOSE:      closesocket(wParam);            break;    }    return 0;}return DefWindowProc(hwnd, message, wParam, lParam);}在我看来，WSAAsyncSelect是最简单的一种Winsock I/O模型（之所以说它简单是因为一个主线程就搞定了）。使用Raw Windows API写过窗口类应用程序的人应该都能看得懂。这里，我们需要做的仅仅是：1.在WM_CREATE消息处理函数中，初始化 Windows Socket library，创建监听套接字，绑定，监听，并且调用WSAAsyncSelect函数表示我们关心在监听套接字上发生的FD_ACCEPT事件；2. 自定义一个消息WM_SOCKET，一旦在我们所关心的套接字（监听套接字和客户端套接字）上发生了某个事件，系统就会调用WndProc并且 message参数被设置为WM_SOCKET；3.在WM_SOCKET的消息处理函数中，分别对FD_ACCEPT、FD_READ和 FD_CLOSE事件进行处理；4.在窗口销毁消息(WM_DESTROY)的处理函数中，我们关闭监听套接字，清除Windows Socket library下面这张用于WSAAsyncSelect函数的网络事件类型表可以让你对各个网络事件有更清楚的认识：表1FD_READ应用程序想要接收有关是否可读的通知，以便读入 数据FD_WRITE应用程序想要接收有关是否可写的通知，以便写入 数据FD_OOB应用程序想接收是否有带外（OOB）数据抵达的通 知FD_ACCEPT应用程序想接收与进入连接有关的通知FD_CONNECT应用程序想接收与一次连接或者多点join操作完成的通 知FD_CLOSE应用程序想接收与套接字关闭有关的通知FD_QOS应用程序想接收套接字“服务质量”（QoS）发生更改的通 知FD_GROUP_QOS 应用程序想接收套接字组“服务质量”发生更改的 通知（现在没什么用处，为未来套接字组的使用保留）FD_ROUTING_INTERFACE_CHANGE应用程序想接收在指定的方向上，与路由接口发生 变化的通知FD_ADDRESS_LIST_CHANGE 应用程序想接收针对套接字的协议家族，本地地址 列表发生变化的通知三.事件选择Winsock 提供了另一个有用的异步I/O模型。和WSAAsyncSelect模型类似的是，它也允许应用程序在一个或多个套接字上，接收以事件为基础的网络事件通 知。对于表1总结的、由WSAAsyncSelect模型采用的网络事件来说，它们均可原封不动地移植到新模型。在用新模型开发的应用程序中，也能接收和 处理所有那些事件。该模型最主要的差别在于网络事件会投递至一个事件对象句柄，而非投递至一个窗口例程。（节选自《Windows网络编程》第八章)还 是让我们先看代码然后进行分析：#include <winsock2.h>#include <stdio.h>#define PORT    5150#define MSGSIZE 1024#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int      g_iTotalConn = 0;SOCKET   g_CliSocketArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];WSAEVENT g_CliEventArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);void Cleanup(int index);int main(){WSADATA     wsaData;SOCKET      sListen, sClient;SOCKADDR_IN local, client;DWORD       dwThreadId;int         iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);// Initialize Windows Socket libraryWSAStartup(0x0202, &wsaData);// Create listening socketsListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);// Bindlocal.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(PORT);bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));// Listenlisten(sListen, 3);// Create worker threadCreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);while (TRUE){    // Accept a connection    sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);    printf("Accepted client:%s:%d/n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));    // Associate socket with network event    g_CliSocketArr[g_iTotalConn] = sClient;    g_CliEventArr[g_iTotalConn] = WSACreateEvent();    WSAEventSelect(g_CliSocketArr[g_iTotalConn],                   g_CliEventArr[g_iTotalConn],                   FD_READ | FD_CLOSE);    g_iTotalConn++;}}DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam){int              ret, index;WSANETWORKEVENTS NetworkEvents;char             szMessage[MSGSIZE];while (TRUE){    ret = WSAWaitForMultipleEvents(g_iTotalConn, g_CliEventArr, FALSE, 1000, FALSE);    if (ret == WSA_WAIT_FAILED || ret == WSA_WAIT_TIMEOUT)    {      continue;    }    index = ret - WSA_WAIT_EVENT_0;    WSAEnumNetworkEvents(g_CliSocketArr[index], g_CliEventArr[index], &NetworkEvents);    if (NetworkEvents.lNetworkEvents & FD_READ)    {      // Receive message from client      ret = recv(g_CliSocketArr[index], szMessage, MSGSIZE, 0);      if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))      {        Cleanup(index);      }      else      {        szMessage[ret] = '/0';        send(g_CliSocketArr[index], szMessage, strlen(szMessage), 0);      }    }    if (NetworkEvents.lNetworkEvents & FD_CLOSE)   {    Cleanup(index);   }}return 0;}void Cleanup(int index){closesocket(g_CliSocketArr[index]);WSACloseEvent(g_CliEventArr[index]);if (index < g_iTotalConn - 1){   g_CliSocketArr[index] = g_CliSocketArr[g_iTotalConn - 1];   g_CliEventArr[index] = g_CliEventArr[g_iTotalConn - 1];}g_iTotalConn--;}事件选择模型也比较简单，实现起来也不是太复杂，它的基本思想是将每个套接字都和一个WSAEVENT对象对应起来，并且在关联的时候指定需要关注 的哪些网络事件。一旦在某个套接字上发生了我们关注的事件（FD_READ和FD_CLOSE），与之相关联的WSAEVENT对象被Signaled。 程序定义了两个全局数组，一个套接字数组，一个WSAEVENT对象数组，其大小都是MAXIMUM_WAIT_OBJECTS（64），两个数组中的元 素一一对应。同样的，这里的程序没有考虑两个问题，一是不能无条件的调用accept，因为我们支持的并发连接数有限。解决方法是将套接字按 MAXIMUM_WAIT_OBJECTS分组，每MAXIMUM_WAIT_OBJECTS个套接字一组，每一组分配一个工作者线程；或者采用 WSAAccept代替accept，并回调自己定义的Condition Function。第二个问题是没有对连接数为0的情形做特殊处理，程序在连接数为0的时候CPU占用率为100%。四.重叠I/O模型Winsock2的发布使得Socket I/O有了和文件I/O统一的接口。我们可以通过使用Win32文件操纵函数ReadFile和WriteFile来进行Socket I/O。伴随而来的，用于普通文件I/O的重叠I/O模型和完成端口模型对Socket I/O也适用了。这些模型的优点是可以达到更佳的系统性能，但是实现较为复杂，里面涉及较多的C语言技巧。例如我们在完成端口模型中会经常用到所谓的“尾 随数据”。1.用事件通知方式实现的重叠I/O模型#include <winsock2.h>#include <stdio.h>#define PORT    5150#define MSGSIZE 1024#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")typedef struct{WSAOVERLAPPED overlap;WSABUF        Buffer;char          szMessage[MSGSIZE];DWORD         NumberOfBytesRecvd;DWORD         Flags;}PER_IO_OPERATION_DATA, *LPPER_IO_OPERATION_DATA;int                     g_iTotalConn = 0;SOCKET                  g_CliSocketArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];WSAEVENT                g_CliEventArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];LPPER_IO_OPERATION_DATA g_pPerIODataArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);void Cleanup(int);int main(){WSADATA     wsaData;SOCKET      sListen, sClient;SOCKADDR_IN local, client;DWORD       dwThreadId;int         iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);// Initialize Windows Socket libraryWSAStartup(0x0202, &wsaData);// Create listening socketsListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);// Bindlocal.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(PORT);bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));// Listenlisten(sListen, 3);// Create worker threadCreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);while (TRUE){    // Accept a connection    sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);    printf("Accepted client:%s:%d/n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));    g_CliSocketArr[g_iTotalConn] = sClient;        // Allocate a PER_IO_OPERATION_DATA structure    g_pPerIODataArr[g_iTotalConn] = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)HeapAlloc(      GetProcessHeap(),      HEAP_ZERO_MEMORY,      sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));    g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Buffer.len = MSGSIZE;    g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Buffer.buf = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->szMessage;    g_CliEventArr[g_iTotalConn] = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->overlap.hEvent = WSACreateEvent();    // Launch an asynchronous operation    WSARecv(      g_CliSocketArr[g_iTotalConn],      &g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Buffer,      1,      &g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->NumberOfBytesRecvd,      &g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Flags,      &g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->overlap,      NULL);        g_iTotalConn++;}closesocket(sListen);WSACleanup();return 0;}DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam){int   ret, index;DWORD cbTransferred;while (TRUE){    ret = WSAWaitForMultipleEvents(g_iTotalConn, g_CliEventArr, FALSE, 1000, FALSE);    if (ret == WSA_WAIT_FAILED || ret == WSA_WAIT_TIMEOUT)    {      continue;    }    index = ret - WSA_WAIT_EVENT_0;    WSAResetEvent(g_CliEventArr[index]);    WSAGetOverlappedResult(      g_CliSocketArr[index],      &g_pPerIODataArr[index]->overlap,      &cbTransferred,      TRUE,      &g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Flags);    if (cbTransferred == 0)    {      // The connection was closed by client      Cleanup(index);    }    else    {      // g_pPerIODataArr[index]->szMessage contains the received data      g_pPerIODataArr[index]->szMessage[cbTransferred] = '/0';      send(g_CliSocketArr[index], g_pPerIODataArr[index]->szMessage,/        cbTransferred, 0);      // Launch another asynchronous operation      WSARecv(        g_CliSocketArr[index],        &g_pPerIODataArr[index]->Buffer,        1,        &g_pPerIODataArr[index]->NumberOfBytesRecvd,        &g_pPerIODataArr[index]->Flags,        &g_pPerIODataArr[index]->overlap,        NULL);    }}return 0;}void Cleanup(int index){closesocket(g_CliSocketArr[index]);WSACloseEvent(g_CliEventArr[index]);HeapFree(GetProcessHeap(), 0, g_pPerIODataArr[index]);if (index < g_iTotalConn - 1){    g_CliSocketArr[index] = g_CliSocketArr[g_iTotalConn - 1];    g_CliEventArr[index] = g_CliEventArr[g_iTotalConn - 1];    g_pPerIODataArr[index] = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn - 1];}g_pPerIODataArr[--g_iTotalConn] = NULL;}这个模型与上述其他模型不同的是它使用Winsock2提供的异步I/O函数WSARecv。在调用WSARecv时，指定一个 WSAOVERLAPPED结构，这个调用不是阻塞的，也就是说，它会立刻返回。一旦有数据到达的时候，被指定的WSAOVERLAPPED结构中的 hEvent被Signaled。由于下面这个语句g_CliEventArr[g_iTotalConn] = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->overlap.hEvent；使得与该套接字相关联的WSAEVENT 对象也被Signaled，所以WSAWaitForMultipleEvents的调用操作成功返回。我们现在应该做的就是用与调用WSARecv相同 的WSAOVERLAPPED结构为参数调用WSAGetOverlappedResult，从而得到本次I/O传送的字节数等相关信息。在取得接收的数 据后，把数据原封不动的发送到客户端，然后重新激活一个WSARecv异步操作。2.用完成例程方式实现的重叠I/O模型#include <WINSOCK2.H>#include <stdio.h>#define PORT    5150#define MSGSIZE 1024#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")typedef struct{WSAOVERLAPPED overlap;WSABUF        Buffer;char          szMessage[MSGSIZE];DWORD         NumberOfBytesRecvd;DWORD         Flags; SOCKET        sClient;}PER_IO_OPERATION_DATA, *LPPER_IO_OPERATION_DATA;DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);void CALLBACK CompletionROUTINE(DWORD, DWORD, LPWSAOVERLAPPED, DWORD);SOCKET g_sNewClientConnection;BOOL   g_bNewConnectionArrived = FALSE;int main(){WSADATA     wsaData;SOCKET      sListen;SOCKADDR_IN local, client;DWORD       dwThreadId;int         iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);// Initialize Windows Socket libraryWSAStartup(0x0202, &wsaData);// Create listening socketsListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);// Bindlocal.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(PORT);bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));// Listenlisten(sListen, 3);// Create worker threadCreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);while (TRUE){    // Accept a connection    g_sNewClientConnection = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);    g_bNewConnectionArrived = TRUE;    printf("Accepted client:%s:%d/n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));}}DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam){LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = NULL;while (TRUE){    if (g_bNewConnectionArrived)    {      // Launch an asynchronous operation for new arrived connection      lpPerIOData = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)HeapAlloc(        GetProcessHeap(),        HEAP_ZERO_MEMORY,        sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));      lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;      lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;      lpPerIOData->sClient = g_sNewClientConnection;            WSARecv(lpPerIOData->sClient,        &lpPerIOData->Buffer,        1,        &lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,        &lpPerIOData->Flags,        &lpPerIOData->overlap,        CompletionROUTINE);                  g_bNewConnectionArrived = FALSE;    }    SleepEx(1000, TRUE);}return 0;}void CALLBACK CompletionROUTINE(DWORD dwError,                                DWORD cbTransferred,                                LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,                                DWORD dwFlags){LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)lpOverlapped;if (dwError != 0 || cbTransferred == 0){    // Connection was closed by client   closesocket(lpPerIOData->sClient);   HeapFree(GetProcessHeap(), 0, lpPerIOData);}else{    lpPerIOData->szMessage[cbTransferred] = '/0';    send(lpPerIOData->sClient, lpPerIOData->szMessage, cbTransferred, 0);        // Launch another asynchronous operation    memset(&lpPerIOData->overlap, 0, sizeof(WSAOVERLAPPED));    lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;    lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;       WSARecv(lpPerIOData->sClient,      &lpPerIOData->Buffer,      1,      &lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,      &lpPerIOData->Flags,      &lpPerIOData->overlap,      CompletionROUTINE);}}用完成例程来实现重叠I/O比用事件通知简单得多。在这个模型中，主线程只用不停的接受连接即可；辅助线程判断有没有新的客户端连接被建立，如果 有，就为那个客户端套接字激活一个异步的WSARecv操作，然后调用SleepEx使线程处于一种可警告的等待状态，以使得I/O完成后 CompletionROUTINE可以被内核调用。如果辅助线程不调用SleepEx，则内核在完成一次I/O操作后，无法调用完成例程（因为完成例程 的运行应该和当初激活WSARecv异步操作的代码在同一个线程之内）。完成例程内的实现代码比较简单，它取出接收到的数据，然后将数据原封不动 的发送给客户端，最后重新激活另一个WSARecv异步操作。注意，在这里用到了“尾随数据”。我们在调用WSARecv的时候，参数 lpOverlapped实际上指向一个比它大得多的结构PER_IO_OPERATION_DATA，这个结构除了WSAOVERLAPPED以外，还 被我们附加了缓冲区的结构信息，另外还包括客户端套接字等重要的信息。这样，在完成例程中通过参数lpOverlapped拿到的不仅仅是 WSAOVERLAPPED结构，还有后边尾随的包含客户端套接字和接收数据缓冲区等重要信息。这样的C语言技巧在我后面介绍完成端口的时候还会使用到。五.完成端口模型“完成端口”模型是迄今为止最为复杂的一种I/O模型。然而，假若一个应用程序同时需要管理为数众多的套接字，那么采用这 种模型，往往可以达到最佳的系统性能！但不幸的是，该模型只适用于Windows NT和Windows 2000操作系统。因其设计的复杂性，只有在你的应用程序需要同时管理数百乃至上千个套接字的时候，而且希望随着系统内安装的CPU数量的增多，应用程序 的性能也可以线性提升，才应考虑采用“完成端口”模型。要记住的一个基本准则是，假如要为Windows NT或Windows 2000开发高性能的服务器应用，同时希望为大量套接字I/O请求提供服务（Web服务器便是这方面的典型例子），那么I/O完成端口模型便是最佳选择！ （节选自《Windows网络编程》第八章）完成端口模型是我最喜爱的一种模型。虽然其实现比较复杂（其实我觉得它的实现比用事件通知实现的重叠 I/O简单多了），但其效率是惊人的。我在T公司的时候曾经帮同事写过一个邮件服务器的性能测试程序，用的就是完成端口模型。结果表明，完成端口模型在多 连接（成千上万）的情况下，仅仅依靠一两个辅助线程，就可以达到非常高的吞吐量。下面我还是从代码说起：#include <WINSOCK2.H>#include <stdio.h>#define PORT    5150#define MSGSIZE 1024#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")typedef enum{RECV_POSTED}OPERATION_TYPE;typedef struct{WSAOVERLAPPED overlap;WSABUF         Buffer;char           szMessage[MSGSIZE];DWORD          NumberOfBytesRecvd;DWORD          Flags;OPERATION_TYPE OperationType;}PER_IO_OPERATION_DATA, *LPPER_IO_OPERATION_DATA;DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);int main(){WSADATA                 wsaData;SOCKET                  sListen, sClient;SOCKADDR_IN             local, client;DWORD                   i, dwThreadId;int                     iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);HANDLE                  CompletionPort = INVALID_HANDLE_VALUE;SYSTEM_INFO             systeminfo;LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = NULL;// Initialize Windows Socket libraryWSAStartup(0x0202, &wsaData);// Create completion portCompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);// Create worker threadGetSystemInfo(&systeminfo);for (i = 0; i < systeminfo.dwNumberOfProcessors; i++){    CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, CompletionPort, 0, &dwThreadId);}// Create listening socketsListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);// Bindlocal.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(PORT);bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));// Listenlisten(sListen, 3);while (TRUE){    // Accept a connection    sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);    printf("Accepted client:%s:%d/n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));    // Associate the newly arrived client socket with completion port    CreateIoCompletionPort((HANDLE)sClient, CompletionPort, (DWORD)sClient, 0);        // Launch an asynchronous operation for new arrived connection    lpPerIOData = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)HeapAlloc(      GetProcessHeap(),      HEAP_ZERO_MEMORY,      sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));    lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;    lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;    lpPerIOData->OperationType = RECV_POSTED;    WSARecv(sClient,      &lpPerIOData->Buffer,      1,      &lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,      &lpPerIOData->Flags,      &lpPerIOData->overlap,      NULL);}PostQueuedCompletionStatus(CompletionPort, 0xFFFFFFFF, 0, NULL);CloseHandle(CompletionPort);closesocket(sListen);WSACleanup();return 0;}DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID CompletionPortID){HANDLE                  CompletionPort=(HANDLE)CompletionPortID;DWORD                   dwBytesTransferred;SOCKET                  sClient;LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = NULL;while (TRUE){    GetQueuedCompletionStatus(      CompletionPort,      &dwBytesTransferred,      &sClient,      (LPOVERLAPPED *)&lpPerIOData,      INFINITE);    if (dwBytesTransferred == 0xFFFFFFFF)    {      return 0;    }        if (lpPerIOData->OperationType == RECV_POSTED)    {      if (dwBytesTransferred == 0)      {        // Connection was closed by client        closesocket(sClient);        HeapFree(GetProcessHeap(), 0, lpPerIOData);              }      else      {        lpPerIOData->szMessage[dwBytesTransferred] = '/0';        send(sClient, lpPerIOData->szMessage, dwBytesTransferred, 0);                // Launch another asynchronous operation for sClient        memset(lpPerIOData, 0, sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));        lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;        lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;        lpPerIOData->OperationType = RECV_POSTED;        WSARecv(sClient,          &lpPerIOData->Buffer,          1,          &lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,          &lpPerIOData->Flags,          &lpPerIOData->overlap,          NULL);      }    }}return 0;}首先，说说主线程：1.创建完成端口对象2.创建工作者线程（这里工作者线程的数量是按照CPU的个数来决定的，这样可以达到最佳 性能）3.创建监听套接字，绑定，监听，然后程序进入循环4.在循环中，我做了以下几件事情：(1).接受一个客户端连接(2). 将该客户端套接字与完成端口绑定到一起(还是调用CreateIoCompletionPort，但这次的作用不同)，注意，按道理来讲，此时传递给 CreateIoCompletionPort的第三个参数应该是一个完成键，一般来讲，程序都是传递一个单句柄数据结构的地址，该单句柄数据包含了和该 客户端连接有关的信息，由于我们只关心套接字句柄，所以直接将套接字句柄作为完成键传递；(3).触发一个WSARecv异步调用，这次又用到了 “尾随数据”，使接收数据所用的缓冲区紧跟在WSAOVERLAPPED对象之后，此外，还有操作类型等重要信息。在工作者线程的循环 中，我们1.调用GetQueuedCompletionStatus取得本次I/O的相关信息（例如套接字句柄、传送的字节数、单I/O数据结 构的地址等等）2.通过单I/O数据结构找到接收数据缓冲区，然后将数据原封不动的发送到客户端3.再次触发一个WSARecv异步操作六.五种I/O模型的比较我会从以下几个方面来进行比较*有无每线程64连接数限制如果在选择模型中没有重新定义 FD_SETSIZE宏，则每个fd_set默认可以装下64个SOCKET。同样的，受MAXIMUM_WAIT_OBJECTS宏的影响，事件选择、 用事件通知实现的重叠I/O都有每线程最大64连接数限制。如果连接数成千上万，则必须对客户端套接字进行分组，这样，势必增加程序的复杂度。相 反，异步选择、用完成例程实现的重叠I/O和完成端口不受此限制。*线程数除了异步选择以外，其他模型至少需要2个线程。一个主线程和一个辅助线程。同样的，如果连接数大于64，则选择模型、事件选择和用 事件通知实现的重叠I/O的线程数还要增加。*实现的复杂度我的个人看法是，在实现难度上，异步选择<选择<用完成例程实现的重叠I/O<事件选择<完成端 口<用事件通知实现的重叠I/O*性能由于选择模型中每次都要重设读集，在select函数返回后还要针对所有套接字进行逐一测试，我的感觉是效率比较差；完成端口和用完 成例程实现的重叠I/O基本上不涉及全局数据，效率应该是最高的，而且在多处理器情形下完成端口还要高一些；事件选择和用事件通知实现的重叠I/O在实现 机制上都是采用WSAWaitForMultipleEvents，感觉效率差不多；至于异步选择，不好比较。所以我的结论是:选择<用事件通知实 现的重叠I/O<事件选择<用完成例程实现的重叠I/O<完成端口源文档 <http://www.cnblogs.com/brucesince1981/archive/2009/11/23/1608398.html>