基于iocp的SOCKET通讯软件的设计

　　完成端口基本上公认为一种在windows服务平台上比较成熟和高效的IO方法，利用完成端口进行重叠I/O的技术在WindowsNT和WIndows2000上提供了真正的可扩展性。完成端口和Windows Socket2.0结合可以开发出支持大量连接的网络服务程序。

　　首先来看看重叠I/O(Overlapped I/O)：

　　重叠I/O(Overlapped I/O)机制允许发起一个操作，然后在操作完成之后接受到信息。对于那种需要很长时间才能完成的操作来说，重叠IO机制尤其有用，因为发起重叠操作的线程在重叠请求发出后就可以自由的做别的事情了。

　　在WinNT和Win2000上，提供的真正的可扩展的I/O模型就是使用完成端口（Completion Port）的重叠I/O。

　　接下来看看完成端口（Completion Ports ）

　　其实可以把完成端口看成系统维护的一个队列，操作系统把重叠IO操作完成的事件通知放到该队列里，由于是暴露 “操作完成”的事件通知，所以命名为“完成端口”（COmpletion Ports）。一个socket被创建后，可以在任何时刻和一个完成端口联系起来。

　　一般来说，一个应用程序可以创建多个工作线程来处理完成端口上的通知事件。工作线程的数量依赖于程序的具体需要。但是在理想的情况下，应该对应一个CPU创建一个线程。因为在完成端口理想模型中，每个线程都可以从系统获得一个“原子”性的时间片，轮番运行并检查完成端口，线程的切换是额外的开销。在实际开发的时候，还要考虑这些线程是否牵涉到其他堵塞操作的情况。如果某线程进行堵塞操作，系统则将其挂起，让别的线程获得运行时间。因此，如果有这样的情况，可以多创建几个线程来尽量利用时间。

　　总之，开发一个可扩展的Winsock服务器并非十分困难的。主要是开始一个监听socket,接收连接，并且进行重叠发送和接收的IO操作。最大的挑战就是管理系统资源，限制重叠Io的数量，避免内存危机。遵循这几个原则，就能帮助你开发高性能，可扩展的服务程序。

　　socket的接收缓冲，因为接收事件仅仅在AcceptEx调用中发生。保证每个socket都有一个接收缓冲不会造成什么危害。一旦客户端/服务器在最初的一次请求（由AcceptEx完成）之后进行交互，发送更多的数据，那么取消接收缓冲更是一个很不好的做法。除非你能保证这些数据都是在每个连接的重叠IO接收里完成的 。

服务器器端程序代码如下：

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
typedef struct _OVERLAPPEDPLUS
{
OVERLAPPED ol;
SOCKET socket;
int nOpCode;
WSABUF wsaBuf;
DWORD dwFlags;
DWORD dwBytes;
char pBuf[4096];
}OVERLAPPEDPLUS, *POVERLAPPEDPLUS;

DWORD WINAPI ServerWorkerThread(LPVOID CompletionPortID);

void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;

wVersionRequested = MAKEWORD( 2, 2 );

err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 )
{
printf("WSAStartup errors!\n");
return;
}
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 ||
HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 )
{
WSACleanup( );
return;
}

SOCKET sockSvr = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, 0, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
if(INVALID_SOCKET == sockSvr)
{
printf("WSASocket errors!\n");
return;
}

SOCKADDR_IN addrSvr;
ZeroMemory(&addrSvr, sizeof(SOCKADDR_IN));
addrSvr.sin_family = AF_INET;
addrSvr.sin_port = htons(6000);
addrSvr.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
int nRet = bind(sockSvr, (SOCKADDR*)&addrSvr, sizeof(SOCKADDR));
if(SOCKET_ERROR == nRet)
{
printf("bind errors!\n");
return;
}

nRet = listen(sockSvr, 500);
if(SOCKET_ERROR == nRet)
{
printf("listen errors!\n");
return;
}

HANDLE hCompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, NULL, 0);
if(!hCompletionPort)
{
printf("CreateIoCompletionPort errors!\n");
return;
}

SYSTEM_INFO SystemInfo;
UINT i = 0;
DWORD dwThreadID = 0;
GetSystemInfo(&SystemInfo);
for(i=0; i<SystemInfo.dwNumberOfProcessors*2; i++)
{
HANDLE ThreadHandle = CreateThread(NULL, 0, ServerWorkerThread, hCompletionPort, 0, &dwThreadID);
if(ThreadHandle == NULL)
{
printf("CreateThread() failed with error %d\n", GetLastError());
return;
}
CloseHandle(ThreadHandle);
}

while(true)
{
SOCKADDR_IN addrAccept;
ZeroMemory(&addrAccept, sizeof(SOCKADDR_IN));
int nSockLen = sizeof(SOCKADDR);

SOCKET sockAccept = WSAAccept(sockSvr, (SOCKADDR*)&addrAccept, &nSockLen, 0, 0);
if(INVALID_SOCKET == sockSvr)
{
printf("WSAAccept errors!\n");
return;
}

if(NULL==CreateIoCompletionPort((HANDLE)sockAccept, hCompletionPort, (DWORD)sockSvr, 0))
{
printf("CreateIoCompletionPort errors!\n");
return;
}

OVERLAPPEDPLUS* pOlp = new OVERLAPPEDPLUS;
ZeroMemory(pOlp, sizeof(OVERLAPPEDPLUS));
ZeroMemory(&(pOlp->ol), sizeof(OVERLAPPED));
pOlp->socket = sockAccept;
pOlp->dwFlags = 0;
pOlp->wsaBuf.buf = pOlp->pBuf; 　　pOlp->wsaBuf.len = 4096;
pOlp->nOpCode = FD_READ;

nRet = WSARecv(pOlp->socket, &(pOlp->wsaBuf), 1, &(pOlp->dwBytes), &(pOlp->dwFlags), &(pOlp->ol), NULL);
if(SOCKET_ERROR == nRet)
{
if(WSAGetLastError() != ERROR_IO_PENDING)
{
printf("WSARecv() failed with error %d\n", WSAGetLastError());
return;
}
}
}
return;
}

DWORD WINAPI ServerWorkerThread(LPVOID CompletionPortID)
{
HANDLE hCompletionPort = (HANDLE) CompletionPortID;
void* re;
DWORD berByte;
OVERLAPPED* pOl;

while(TRUE)
{
BOOL bRet = GetQueuedCompletionStatus(hCompletionPort, &berByte, (LPDWORD)&re, (LPOVERLAPPED*)&pOl, INFINITE);
if(!bRet)
{
printf("GetQueuedCompletionStatus failed with error %d\n", GetLastError());
return FALSE;
}
if(0 == berByte)
{
printf("DGFDGDGF\n");
return FALSE;
}
OVERLAPPEDPLUS* pOlp = (OVERLAPPEDPLUS*) pOl;
switch(pOlp->nOpCode)
{
case FD_READ:
printf("%s\n", pOlp->wsaBuf.buf);
break;
default:
printf("no data!!\n");
}

pOlp->nOpCode = FD_READ;
WSARecv(pOlp->socket, &(pOlp->wsaBuf), 1, &(pOlp->dwBytes), &(pOlp->dwFlags), &(pOlp->ol), NULL);
}
return TRUE;
}

测试客户端的程序代码如下：

// SocketClientDlg.cpp : 实现文件
//
#include "stdafx.h"
#include "SocketClient.h"
#include ".\socketclientdlg.h"
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#endif


// 用于应用程序“关于”菜单项的 CAboutDlg 对话框

class CAboutDlg : public CDialog
{
public:
CAboutDlg();

// 对话框数据
enum { IDD = IDD_ABOUTBOX };

protected:
virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX); // DDX/DDV 支持

// 实现
protected:
DECLARE_MESSAGE_MAP()
};

CAboutDlg::CAboutDlg() : CDialog(CAboutDlg::IDD)
{
}

void CAboutDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)
{
CDialog::DoDataExchange(pDX);
}

BEGIN_MESSAGE_MAP(CAboutDlg, CDialog)
END_MESSAGE_MAP()


// CSocketClientDlg 对话框



CSocketClientDlg::CSocketClientDlg(CWnd* pParent /*=NULL*/)
: CDialog(CSocketClientDlg::IDD, pParent)
{
m_hIcon = AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME);
}

void CSocketClientDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)
{
CDialog::DoDataExchange(pDX);
}

BEGIN_MESSAGE_MAP(CSocketClientDlg, CDialog)
ON_WM_SYSCOMMAND()
ON_WM_PAINT()
ON_WM_QUERYDRAGICON()
//}}AFX_MSG_MAP
ON_BN_CLICKED(IDC_SEND, OnBnClickedSend)
ON_BN_CLICKED(IDC_BTN_CONNECT, OnBnClickedBtnConnect)
END_MESSAGE_MAP()


// CSocketClientDlg 消息处理程序

BOOL CSocketClientDlg::OnInitDialog()
{
CDialog::OnInitDialog();

// 将\“关于...\”菜单项添加到系统菜单中。

// IDM_ABOUTBOX 必须在系统命令范围内。
ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX);
ASSERT(IDM_ABOUTBOX < 0xF000);

CMenu* pSysMenu = GetSystemMenu(FALSE);
if (pSysMenu != NULL)
{
CString strAboutMenu;
strAboutMenu.LoadString(IDS_ABOUTBOX);
if (!strAboutMenu.IsEmpty())
{
pSysMenu->AppendMenu(MF_SEPARATOR);
pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING, IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu);
}
}

// 设置此对话框的图标。当应用程序主窗口不是对话框时，框架将自动
// 执行此操作
SetIcon(m_hIcon, TRUE); // 设置大图标
SetIcon(m_hIcon, FALSE); // 设置小图标

// TODO: 在此添加额外的初始化代码
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;

wVersionRequested = MAKEWORD( 2, 2 );

err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 )
{
MessageBox("WSAStartup errors!\n");
return FALSE;
}
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 ||
HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 )
{
WSACleanup( );
return FALSE;
}

sockClient = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, 0);
if(INVALID_SOCKET == sockClient)
{
MessageBox("socket errors!\n");
return FALSE;
}
return TRUE; // 除非设置了控件的焦点，否则返回 TRUE
}

void CSocketClientDlg::OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam)
{
if ((nID & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX)
{
CAboutDlg dlgAbout;
dlgAbout.DoModal();
}
else
{
CDialog::OnSysCommand(nID, lParam);
}
}

// 如果向对话框添加最小化按钮，则需要下面的代码
// 来绘制该图标。对于使用文档/视图模型的 MFC 应用程序，
// 这将由框架自动完成。