网络编程（56）—— Windows下使用IOCP构建socket服务端

1、完成端口对象

        不同于IO堆叠对象在IO完成时通过触发事件或触发CompletionRoutine回调函数，IOCP模型将socket和完成端口对象（CompletionPort，简称CP对象）绑定，当IO操作完成时，会改变该对象的状态，而我们通过完成端口对象，即可以确认IO操作是不是完成。

       创建完成端口对象的API以下：

HANDLE WINAPI CreateIoCompletionPort(
  __in     HANDLE FileHandle,
  __in_opt HANDLE ExistingCompletionPort,
  __in     ULONG_PTR CompletionKey,
  __in     DWORD NumberOfConcurrentThreads
);

CreateIoCompletionPort既可以创建完成端口对象，也能够用来将socket和完成对象绑定，通过对其赋予不同的参数，可以实现不同的功能：

FileHandle ——创建CP对象时传入INVALID_HANDLE_VALUE；绑定socket和CP对象时传入socket描写符。

ExistingCompletionPort——创建CP对象时传入NULL；绑定socket和CP对象传入完成端口对象的句柄；

CompletionKey —— 创建CP对象是传入0；绑定socket和CP对象时作为参数传递给GetQueuedCompletionStatus

NumberOfConcurrentThreads—— 分配给CP对象用于处理IO的线程数。如果参数是0，系统中的CPU个数就是最大的线程数。

返回值 —— 返回CP对象的句柄。

        以下，我们创建了1个完成端口对象：

hComPort=CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE,NULL,0,0);

2、进行socket对象和CP对象的绑定

        我们依然用CreateIoCompletionPort将socket和CP对象进行绑定：

CreateIoCompletionPort((HANDLE)clntSock,hComPort,(DWORD)handleInfo,0);

        clntSock是我们要进行绑定的socket描写符，hComPort使我们之前创建的CP对象，而handleInfo是我们自定义的结构体，作为参数可以传给GetQueuedCompletionStatus函数。

3、使用GetQueuedCompletionStatus获得CP对象的状态

        GetQueuedCompletionStatus在我们定义的线程函数中调用，用于获得CP对象的状态。当IO操作未完成时，该函数会产生阻塞；若IO操作完成，函数产生返回。其函数原型以下：

BOOL WINAPI GetQueuedCompletionStatus(
  __in  HANDLE CompletionPort,
  __out LPDWORD lpNumberOfBytes,
  __out PULONG_PTR lpCompletionKey,
  __out LPOVERLAPPED *lpOverlapped,
  __in  DWORD dwMilliseconds
);

CompletionPort —— 进行注册过的完成对象的句柄。

lpNumberOfBytes —— 完成IO对象时传递或接受的字节数。

lpCompletionKey —— 使用CreateIoCompletionPort注册时传递的参数，参数可以传递我们自定义的结构信息。

lpOverlapped —— 调用WSARecv或WSASend时传递的OVERLAPPED对象指针。

dwMilliseconds —— GetQueuedCompletionStatus阻塞的时间，如果设置成INFINITE时无穷期等待。

4、代码示例

#include "stdafx.h"
#include "stdio.h"
#include "process.h"
#include "stdlib.h"
#include "WinSock2.h"
#include "Windows.h"
 
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
 
#define BUF_SIZE 100
#define READ 3
#define WRITE 5
 
typedef struct 
{
    SOCKEThClntSock;
    SOCKADDRclntAdr;
}HANDLE_DATA,*LPHANDLE_DATA;
 
typedef struct
{
    OVERLAPPEDoverlapped;
    WSABUFwsaBuf;
    char buffer[BUF_SIZE];
    int rwMode;
}IO_DATA,*LPIO_DATA;
 
unsigned WINAPI ThreadMain(LPVOID CompletionPortIO);
void ErrorHandler(char* message);
 
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    WSADatawsaData;
    HANDLEhComPort;
    SYSTEM_INFOsysInfo;
    LPIO_DATAioInfo;
    LPHANDLE_DATAhandleInfo;
 
    SOCKETservSock;
    SOCKADDR_INservAddr;
    DWORDrecvBytes,i,flags=0;
    WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);
   
    hComPort=CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE,NULL,0,0);
    GetSystemInfo(&sysInfo);
 
    for(i=0;i<sysInfo.dwNumberOfProcessors;i++)
        _beginthreadex(NULL,0,ThreadMain,(LPVOID)hComPort,0,NULL);
 
    servSock=WSASocket(AF_INET,SOCK_STREAM,0,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);
    if(servSock==INVALID_SOCKET)
        ErrorHandler("WSASocket Error");
 
    memset(&servAddr,0,sizeof(servAddr));
    servAddr.sin_family=AF_INET;
    servAddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    servAddr.sin_port=htons(atoi("8888"));
 
    if(bind(servSock,(SOCKADDR*)&servAddr,sizeof(servAddr))==SOCKET_ERROR)
        ErrorHandler("bind error");
 
    if(listen(servSock,5)==SOCKET_ERROR)
        ErrorHandler("listen error");
 
    while(1)
    {
        SOCKETclntSock;
        SOCKADDR_INclntAddr;
        int clntAddrSz;
 
        clntSock=accept(servSock,(SOCKADDR*)&clntAddr,&clntAddrSz);
        handleInfo=(LPHANDLE_DATA)malloc(sizeof(HANDLE_DATA));
        handleInfo->hClntSock=clntSock;
        memcpy(&(handleInfo->clntAdr),&clntAddr,sizeof(clntAddr));
 
        CreateIoCompletionPort((HANDLE)clntSock,hComPort,(DWORD)handleInfo,0);
 
        ioInfo=(LPIO_DATA)malloc(sizeof(IO_DATA));
        memset(&(ioInfo->overlapped),0,sizeof(OVERLAPPED));
        ioInfo->wsaBuf.len=BUF_SIZE;
        ioInfo->wsaBuf.buf=ioInfo->buffer;
        ioInfo->rwMode=READ;
        WSARecv(handleInfo->hClntSock,&(ioInfo->wsaBuf),1,&recvBytes,&flags,&(ioInfo->overlapped),NULL);
    }
   
    WSACleanup();
    return 0;
}
 
unsigned WINAPI ThreadMain(LPVOID CompletionPortIO)
{
    HANDLEhComPort=(HANDLE)CompletionPortIO;
    SOCKET sock;
    DWORDbytesTrans;
    LPHANDLE_DATAhandleInfo;
    LPIO_DATAioInfo;
    DWORD flags;
 
    while(1)
    {
    GetQueuedCompletionStatus(hComPort,&bytesTrans,(PULONG_PTR)&handleInfo,(LPOVERLAPPED*)&ioInfo,INFINITE);
        sock=handleInfo->hClntSock;
 
        if(ioInfo->rwMode==READ)
        {
            puts("message received!");
            if(bytesTrans==0)
            {
                closesocket(sock);
                free(handleInfo);
                free(ioInfo);
                continue;
            }
            memset(&(ioInfo->overlapped),0,sizeof(OVERLAPPED));
            ioInfo->wsaBuf.len=bytesTrans;
            ioInfo->rwMode=WRITE;
            WSASend(sock,&(ioInfo->wsaBuf),1,NULL,0,&(ioInfo->overlapped),NULL);
 
            ioInfo=(LPIO_DATA)malloc(sizeof(IO_DATA));
            memset(&(ioInfo->overlapped),0,sizeof(OVERLAPPED));
            ioInfo->wsaBuf.len=BUF_SIZE;
            ioInfo->wsaBuf.buf=ioInfo->buffer;
            ioInfo->rwMode=READ;
            WSARecv(sock,&(ioInfo->wsaBuf),1,NULL,&flags,&(ioInfo->overlapped),NULL);
        }
        else
        {
            puts("message sent");
            free(ioInfo);
        }
    }
    return 0;
}
 
void ErrorHandler(char* message)
{
    fputs(message,stderr);
    fputc('\n',stderr);
    exit(1);
}

 Github位置：
https://github.com/HymanLiuTS/NetDevelopment
克隆本项目：
git clone git@github.com:HymanLiuTS/NetDevelopment.git
获得本文源代码：
git checkout NL56

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