課件及代碼061-windows高效通信模型

網(wǎng)絡(luò)游戲開發(fā)－高級應(yīng)用第8章Windows高效通信模型第8章Windows高效通信模型完成端口技術(shù)完成端口基本概念掌握完成端口技術(shù)IOCP工作者線程重疊端口第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念I(lǐng)OCP是IOCompletePort的縮寫，即完成端口。在WindowsNT或Windows2000以上版本的操作系統(tǒng)上，要為大量套接字IO請求提供服務(wù)，完成端口模型是最佳選擇。1．IOCP基本原理什么是完成端口完成端口是應(yīng)用程序使用多線程技術(shù)處理異步IO請求的一種機制。完成端口如何工作完成端口可以和多個IO對象關(guān)聯(lián)，然后讓一個或多個線程在完成端口上等待IO操作結(jié)果的到來，這樣它們才能被處理。除了可以接受套接字以外，還可以接受文件、作業(yè)等的通知。完成端口中的“端口”和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的“端口”不是一類概念，也不是某種硬件接口。需要強調(diào)的是，它主要用于處理異步I/O請求。第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念I(lǐng)OCP模型主要用于服務(wù)器的設(shè)計?？蚣艿牧鞒蹋海?）初始化WinSock；（2）創(chuàng)建一個完成端口；（3）根據(jù)服務(wù)器CPU數(shù)創(chuàng)建一定量的工作者線程，用于處理網(wǎng)絡(luò)消息；（4）準(zhǔn)備好一個socket進行bind然后listen；（5）進入循環(huán)accept等待客戶請求；（6）創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)容納socket和其他相關(guān)信息；（7）將新連接的socket同完成端口相關(guān)聯(lián)；（8）投遞一個準(zhǔn)備接受的請求。然后重復(fù)步驟5～8的過程。1．IOCP基本原理第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念完成端口特點異步套接字模型當(dāng)網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時才進行收發(fā)操作。完成端口時投遞網(wǎng)絡(luò)請求的Socket函數(shù)要在事件發(fā)生前調(diào)用。數(shù)據(jù)接收：當(dāng)接收操作完成后，數(shù)據(jù)被拷貝到緩沖區(qū)，工作者線程得到通知，應(yīng)用程序可以直接處理這些數(shù)據(jù)。1．IOCP基本原理工作者線程第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念1．IOCP基本原理ClientClientpletionPort監(jiān)聽線程邏輯處理函數(shù)任務(wù)隊列Client…Send()第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念2．工作者線程與完成端口完成端口的關(guān)鍵步驟：1)完成端口的創(chuàng)建和句柄的關(guān)聯(lián)。2)工作者線程對事件的處理。工作者線程，就是進行網(wǎng)絡(luò)消息處理的線程。工作者線程反復(fù)查詢完成端口，并將數(shù)據(jù)包存儲到緩沖區(qū)中，或直接解析、處理。第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念2．工作者線程與完成端口創(chuàng)建和關(guān)聯(lián)完成端口都使用pletionPort。HANDLEpletionPort(HANDLEFileHandle, //和IOCP關(guān)聯(lián)的文件句柄HANDLEpletionPort, //IOCP句柄DWORDCompletionKey, //逐句柄的完成鍵DWORDNumberOfConcurrentThreads //并發(fā)線程數(shù)量);FileHandle是要進行異步操作的IO對象句柄，如果取值為INVALID_HANDLE_VALUE，那么將會創(chuàng)建一個完成端口對象，這時pletionPort也必須為NULL，CompletionKey將會被忽略。第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念2．工作者線程與完成端口NumberOfConcurrentThreads，指定了并發(fā)線程數(shù)量。每個工作者線程都會使用pletionStatus等待IO操作的完成，一旦有IO操作完成，函數(shù)就返回，線程被喚醒。如果實際創(chuàng)建的線程數(shù)量超過這個數(shù)字，那么超出數(shù)量的線程將不會被喚醒。線程最大個數(shù)的經(jīng)驗公式為：線程數(shù)

=

CPU數(shù)

*

2第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念3．完成端口與重疊端口重疊原理：讓應(yīng)用程序使用一個重疊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一次投遞一個或多個WinsockI/O請求。針對提交的收發(fā)數(shù)據(jù)的請求，在它們完成之后，應(yīng)用程序可為這些請求提供服務(wù)。模型的總體設(shè)計以Win32重疊I/O機制為基礎(chǔ)。調(diào)用時需要指定WSAOVERLAPPED結(jié)構(gòu)（可選），每個結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個數(shù)據(jù)收發(fā)和連接的接受。如果調(diào)用這些函數(shù)時，使用一個WSAOVERLAPPED結(jié)構(gòu)，函數(shù)會立即完成并返回，不管套接字是否設(shè)為阻塞模式。第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念3．完成端口與重疊端口typedefstruct_WSAOVERLAPPED{DWORDInternal; //保留(系統(tǒng)使用)DWORDInternalHigh; //保留DWORDOffset; //保留DWORDOffsetHigh; //保留WSAEVENThEvent;}WSAOVERLAPPED,FAR*LPWSAOVERLAPPED;當(dāng)連接數(shù)量很多時，管理“完成”事件的方法：1）等待“事件對象通知”（WSAEventSelect模型類似）2）可通過“完成例程”（一個函數(shù)），對已經(jīng)完成的請求加以處理管理數(shù)量不是太多（≤64）連接數(shù)量龐大完成端口第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念3．完成端口與重疊端口intWSASend(SOCKETs,LPWSABUFlpBuffers, //緩沖區(qū)DWORDdwBufferCount,LPDWORDlpNumberOfBytesSent, //要發(fā)送的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)DWORDdwFlags, //調(diào)用的方式，一般取0LPWSAOVERLAPPEDlpOverlapped,//重疊結(jié)構(gòu)，一般指向一個IO數(shù)據(jù)體PLETION_ROUTINEpletionROUTINE//回調(diào)函數(shù),一般為0);typedefstruct__WSABUF{u_longlen; //緩沖區(qū)長度charFAR*buf; //緩沖區(qū)首地址}WSABUF,FAR*LPWSABUF;WSABUF只是描述了一個緩沖區(qū)，內(nèi)部并不包含要收發(fā)的數(shù)據(jù)。第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念3．完成端口與重疊端口//IO數(shù)據(jù),用于重疊端口typedefstructtagOPERATIONDATA{ OVERLAPPEDOverlapped; //重疊結(jié)構(gòu)體 WSABUFDataBuf; //緩沖區(qū),長度和地址 CHARBuffer[DATA_BUFFERSIZE]; //緩沖區(qū)內(nèi)存 DWORDBytesSEND; DWORDBytesRECV; WORDuOP;}PER_IO_OPERATION_DATA,*LPPER_IO_OPERATION_DATA;lpOverlapped一般指向一個IO數(shù)據(jù)體：intWSARecv(SOCKETs,LPWSABUFlpBuffers,DWORDdwBufferCount, LPDWORDlpNumberOfBytesRecvd,LPDWORDlpFlags, LPWSAOVERLAPPEDlpOverlapped, PLETION_ROUTINEpletionROUTINE);每次接收完畢后就該再投遞一個請求：第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念3．完成端口與重疊端口BOOLpletionStatus(HANDLECompletionPort, //完成端口句柄LPDWORDlpNumberOfBytesTransferred,//接收已傳輸字節(jié)數(shù)的變量LPDWORDpletionKey, //完成鍵（在關(guān)聯(lián)時指定）LPOVERLAPPED*lpOverlapped, //接收重疊結(jié)構(gòu)（投遞請求時指定）指針的變量DWORDdwMilliseconds //可選的超時時間);工作者線程調(diào)用pletionStatus函數(shù)，控制權(quán)交給系統(tǒng)，當(dāng)沒有I/O操作完成的信息時，該函數(shù)一直等待，線程處于休眠狀態(tài)。工作者線程調(diào)用pletionStatus函數(shù)，控制權(quán)交給系統(tǒng)，當(dāng)沒有I/O操作完成的信息時，該函數(shù)一直等待，線程處于休眠狀態(tài)。第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.1IOCP基本概念4．線程的安全退出BOOLpletionStatus(CompletionPort, &BytesTransferred,(LPDWORD)&PerHandleData, (LPOVERLAPPED*)&PerIoData,100);if(PerIoData==NULL&&result!=0) break; //結(jié)束線程內(nèi)主循環(huán)pletionStatus函數(shù)，可以用于發(fā)送一個自定義的包含了OVERLAPPED成員變量的結(jié)構(gòu)地址。結(jié)構(gòu)包含一個狀態(tài)變量，當(dāng)狀態(tài)變量為退出標(biāo)志時，線程就可以執(zhí)行清除動作然后退出。pletionStatus(CompletionPort,0,0,0);關(guān)閉方法：第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.2實現(xiàn)IOCP服務(wù)器if((Accept=WSAAccept(Listen,NULL,NULL,NULL,0))==SOCKET_ERROR){ //套接字已經(jīng)被關(guān)閉，退出線程 printf("WSAAccept()failedwitherror%d\n“,WSAGetLastError()); return0;}//創(chuàng)建單句柄數(shù)據(jù)if((PerHandleData=(LPPER_HANDLE_DATA)GlobalAlloc(GPTR, sizeof(PER_HANDLE_DATA)))==NULL){ printf("GlobalAlloc()failedwitherror%d\n“,GetLastError()); return1;}PerHandleData->Socket=Accept;gListHandles.push_back(PerHandleData); //添加到列表//將一個Accept端口與已經(jīng)創(chuàng)建好的的完成端口CompletionPort關(guān)聯(lián)起來if(pletionPort((HANDLE)Accept,CompletionPort,(DWORD)PerHandleData,0)==NULL){ printf("pletionPortfailedwitherror%d\n“,GetLastError()); return1;}第8章Windows高效通信模型8.2IOCP8.2.2實現(xiàn)IOCP服務(wù)器 //創(chuàng)建單IO數(shù)據(jù)并初始化 if((PerIoData=(LPPER_IO_OPERATION_DATA)GlobalAlloc(GPTR, sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA)))==NULL) { printf("GlobalAlloc()failedwitherror%d\n“,GetLastError()); return1; } ZeroMemory(&(PerIoData->Overlapped),sizeof(OVERLAPPED)); PerIoData->BytesSEND=0; PerIoData->BytesRECV=0; PerIoData->DataBuf.len=DATA_BUFFERSIZE; PerIoData->DataBuf.buf=PerIoData->Buffer; PerIoData->uOP=OP_READ; Flags=0; //投遞一個接收數(shù)據(jù)的請求 if(WSARecv(Accept,&(PerIoData->DataBuf),1,&RecvBytes,&Flags, &(PerIoData->Overlapped),NULL)==SOCKET_ERROR) { if(WSAGetLastError()!=ERROR_IO_PENDING) return1; }第8章Windows高效通信模型小結(jié)本章主要介紹了大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的編程技術(shù)：完成端口技術(shù)第8章Windows高效通信模型小測驗(題目部分)單選題1．以下屬于ACE_Event_Handler類的直接或間接派生類的是（）。A．ACE_Task B．ACE_Reactor C．ACE_Message_Queue D．Pool_Thread2．ACE中實現(xiàn)跨平臺性能的模塊是（）。A．OS適配層 B．C++包裝界面 C．框架類 D．分布式應(yīng)用層多選題3．簡述通常情況下，關(guān)于IOCP模型說法正確的是（）。A．IOCP技術(shù)不只用于管理套接字B．使用IOCP時，當(dāng)套接字上有數(shù)據(jù)到來時，就可以調(diào)用recv函數(shù)了C．IOCP是一種算法，可以應(yīng)用在Linux平臺下D．在