基于完成端口实现socket通信的研究
作者：冯海东
来源：《智富时代》2015年第12期
        【摘 要】在Windows平台上实现基于Socket的TCP通信有很多种途径，微软给出了多种套接字模型，这些套接字模型中最复杂同时性能最高的是完成端口模型；本文基于windows平台提供的IO完成端口实现一套高性能TCP通信库，并以伪代码的方式进行了讲解。
        【关键词】Socket；IO完成端口；客户端；服务端
        一、简介
        Winsock一共给我们提供了5种IO套接字模型，它们分别是select模型、WSAAyncSelect模型、WSAEventSelect模型、重叠IO模型和完成端口模型。前面四种模型比较简单，它们对于处理异步IO请求提供了一套完整的解决方案；但是前四种模型的无法管理众多的套接字，无法满足大量连接的并发数据通信需求。
        完成端口是一种WINDOWS内核对象，英文是I/O Completion Port（缩写为IOCP）。完
成端口内部提供了线程池的管理，可以避免反复创建线程的开销，同时可以根据CPU的个数灵活的决定线程个数，而且可以让减少线程调度的次数从而提高性能。由于这一点，也有很多人把完成端口当成一个线程池来用的。目前完成端口基本上被公认为一种在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、WIndows2000、Windows2003和Windows2008上提供了真正的可扩展性。完成端口和Windows Socket2.0结合很好的解决大量连接的并发数据通信问题。
        二、客户端设计
        客户端通信库主要由CMySocketClientEx、WorkerThread和CSocket三个类来实现。CMySocketClientEx类中最主要的是提供了完成端口和定义了完成事件；并且向外提供动态库到导出函数；导出函数主要包括建立连接函数（AppendConnection）、发送数据函数（WriteBuffer）和断开连接函数（FinishConnection）；同时提供回调函数接口，以便向调用者通知一些网络事件，如服务端断开连接、收到服务端数据等。WorkerThread则是封装的工作线程类，为完成端口提供工作线程；这个类为通信库内部使用，不对外提供导出函数。主要提供线程的创建、线程的结束等。CSocket则是用于封装链路信息和套接字；便于通信库管理不同的链路和套接字。图1为客户端通信库的主要结构。
        （一）建立连接流程
        客户端建立连时首先创建Socket对相，并将其中套接字绑定在IOCP上，最后调用ConnetEx进行异步连接，之后系统就会自己去做连接；通过调用GetQueuedCompletionStatus，等待处理完成如果连接成功，就调用上层回调，通知连接建立成功，如果失败，加入重连队列，等待定时器重连。
        （二）关闭链路流程
        客户端关闭链路时首先到链路对应的Socket信息，从重连队列中将其删除，并调用应用层回调函数告知应用层链路已经关闭，最后关闭对应Socket中的套接字并将Socket指针压入空闲链表中。
        （三）接收数据流程
        当接收到系统连接建立成功时，程序除了向上层通知连接建立成功外，还向完成端口提交一个接收数据的请求。这个异步请求一旦提交到完成端口，那么一旦服务器向客户端发送数据，就可以用GetQueuedCompletionStatus检测到，客户端通过不断的向完成端口反复投
递接收数据的异步请求，来接收服务端发送的数据的，图2是接收数据的处理流程。
        （四）发送数据流程
        客户端发送数据时首先给发送数据编号，并向完成端口投递一个写请求，数据将被异步发送，其流程如图3。
        （五）主线程流程
        客户端的主线程在启动工作线程后将不断检测是否多余CMyIOBuffer和空闲的Socket，同时还会定时尝试将重连列表中的节点进行重新连接，其流程较为简单。
        三、服务端设计
        服务通信库主要由CMySocketServerEx、WorkerThread和Csocket三个类来实现。CmySocketServerEx类中最主要的是提供了完成端口和定义了完成事件；并且向外提供动态库到导出函数；导出函数主要包括启动监听端口函数（StartListen）、发送数据函数（WriteBuffer）和断开连接函数（FinishConnectionsocket通信在哪一层）；同时提供回调函数接口，以便向调
用者通知一些网络事件，如客户端断开连接、收到客户端数据等。WorkerThread则是封装的工作线程类，为完成端口提供工作线程；这个类为通信库内部使用，不对外提供导出函数。主要提供线程的创建、线程的结束等。Csocket则是用于封装链路信息和套接字；便于通信库管理不同的链路和套接字。图4为服务端通信库的主要结构。

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。