IOCPWinSock2新函数打造高性能SOCKET池.docx
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IOCPWinSock2新函数打造高性能SOCKET池
IOCP+WinSock2新函数打造高性能SOCKET池
默认分类2010-03-1517:
47:
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在前一篇文章《WinSock2编程之打造完整的SOCKET池》中，介绍了WinSock2的一些新函数，并重点详细介绍了什么是SOCKET池，有了这个概念，现在就接着展开更深入的讨论。
首先这里要重点重申一下就是，SOCKET池主要指的是使用面向连接的协议的情况下，最常用的就是需要管理大量的TCP连接的时候。
常见的就是Web服务器、FTP服务器等。
下面就分步骤的详细介绍如何最终实现SOCKET池。
一、WinSock2环境的初始化：
要使用WinSock2就需要先初始化Socket2.0的环境，不废话，上代码：
WSADATAwd={0};
intiError=WSAStartup（MAKEWORD（2,0,&wd;
if（0!
=iError
{//出现错误，最好跟踪看下错误码是多少
returnFALSE;
}
if（LOBYTE（lpwsaData->wVersion!
=2
{//非2.0以上环境退出了事可能是可怜的WinCE系统
WSACleanup（;
returnFALSE;
}
最后再不使用WinSock之后都要记得调用一下WSACleanup（这个函数；
二、装载WinSock2函数：
上一篇文章中给出了一个装载WinSock2函数的类，这里分解介绍下装载的具体过程，要提醒的就是，凡是类里面演示了动态装载的函数，最好都像那样动态载入，然后再调用。
以免出现上网发帖跪求高手赐教为什么AcceptEx函数无法编译通过等问题。
看完这篇文章详细你不会再去发帖找答案了，呵呵呵，好了，上代码：
//定义一个好用的载入函数摘自CGRSMsSockFun类
BOOLLoadWSAFun（GUID&funGuid,void*&pFun
{//本函数利用参数返回函数指针
DWORDdwBytes=0;
pFun=NULL;
//随便创建一个SOCKET供WSAIoctl使用并不一定要像下面这样创建
SOCKETskTemp=:
:
WSASocket（AF_INET,
SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP,NULL,
0,WSA_FLAG_OVERLAPPED;
if（INVALID_SOCKET==skTemp
{//通常表示没有正常的初始化WinSock环境
returnFALSE;
}
:
:
WSAIoctl（skTemp,SIO_GET_EXTENSION_FUNCTION_POINTER,
&funGuid,sizeof（funGuid,&pFun,
sizeof（pFun,&dwBytes,NULL,NULL;
:
:
closesocket（skTemp;
returnNULL!
=pFun;
}
//演示如何动态载入AcceptEx函数
......
LPFN_ACCEPTEXpfnAcceptEx;//首先声明函数指针
GUIDGuidAcceptEx=WSAID_ACCEPTEX;
LoadWSAFun（GuidAcceptEx,（void*&pfnAcceptEx;//载入
......
//使用丰富的参数调用
......
pfnAcceptEx（sListenSocket,sAcceptSocket,lpOutputBuffer,
dwReceiveDataLength,dwLocalAddressLength,dwRemoteAddressLength,
lpdwBytesReceived,lpOverlapped;
//或者：
SOCKETskAccept=:
:
WSASocket（AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP,
NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED;
PVOIDpBuf=newBYTE[sizeof（sockaddr_in+16];
pfnAcceptEx（skServer,skAccept,pBuf,
0,//将接收缓冲置为0,令AcceptEx直接返回,防止拒绝服务攻击
sizeof（sockaddr_in+16,sizeof（sockaddr_in+16,NULL,
（LPOVERLAPPEDpAcceptOL;
......
以上是一个简单的演示，如何动态载入一个WinSock2扩展函数，并调用之，其它函数的详细例子可以看前一篇文章中CGRSMsSockFun类的实现部分。
如果使用CGRSMsSockFun类的话当然更简单，像下面这样调用即可：
CGRSMsSockFunMsSockFun；
MsSockFun.AcceptEx（skServer,skAccept,pBuf,
0,//将接收缓冲置为0,令AcceptEx直接返回,防止拒绝服务攻击
sizeof（sockaddr_in+16,sizeof（sockaddr_in+16,NULL,
（LPOVERLAPPEDpAcceptOL;
如果要使用这个类，那么需要一些修改，主要是异常处理部分，自己注释掉，或者用其它异常代替掉即可，这个对于有基础的读者来说不是什么难事。
三、定义OVERLAPPED结构：
要想“IOCP”就要自定义OVERLAPPED，这是彻底玩转IOCP的不二法门，可以这么说：
“江湖上有多少种自定义的OVERLAPPED派生结构体，就有多少种IOCP的封装！
”
OVERLAPPED本身是WindowsIOCP机制内部需要的一个结构体，主要用于记录每个IO操作的“完成状态”，其内容对于调用者来说是没有意义的，但是很多时候我们把它当做一个“火车头”，因为它可以方便的把每个IO操作的相关数据简单的“从调用处运输到完成回调函数中”，这是一个非常有用的特性，哪么如何让这个火车头发挥运输的作用呢？
其实很简单：
让它成为一个自定义的更大结构体的第一个成员。
然后用强制类型转换，将自定义的结构体转换成OVERLAPPED指针即可。
当然不一定非要是新结构体的第一个成员，也可以是任何第n个成员，这时使用VC头文件中预定义的一个宏CONTAINING_RECORD再反转回来即可。
说到这里一些C++基础差一点的读者估计已经很头晕了，更不知道我再说什么，那么我就将好人做到底吧，来解释下这个来龙去脉。
首先就以我们将要使用的AcceptEx函数为例子看看它的原型吧（知道孙悟空的火眼金睛用来干嘛的吗？
就是用来看原型的，哈哈哈）：
BOOLAcceptEx（
__in SOCKETsListenSocket,
__in SOCKETsAcceptSocket,
__in PVOIDlpOutputBuffer,
__in DWORDdwReceiveDataLength,
__in DWORDdwLocalAddressLength,
__in DWORDdwRemoteAddressLength,
__out LPDWORDlpdwBytesReceived,
__in LPOVERLAPPEDlpOverlapped
;
注意最后一个参数，是一个OVERLAPPED结构体的指针（LP的意思是LongPointer,即指向32位地址长指针，注意不是“老婆”拼音的缩写），本身这个参数的意思就是分配一块OVERLAPPED大小的内存，在IOCP调用方式下传递给AcceptEx函数用，调用者不用去关心里面的任何内容，而在完成过程中（很多时候是另一个线程中的事情了），通常调用GetQueuedCompletionStatus函数后，会再次得到这个指针，接着让我们也看看它的原型：
BOOLWINAPIGetQueuedCompletionStatus（
__in HANDLECompletionPort,
__out LPDWORDlpNumberOfBytes,
__out PULONG_PTRlpCompletionKey,
__out LPOVERLAPPED*lpOverlapped,
__in DWORDdwMilliseconds
;
注意这里的LPOVERLAPPED多了一个*变成了指针的指针，并且前面的说明很清楚Out！
很明白了吧，不明白就真的Out了。
这里就可以重新得到调用AcceptEx传入的LPOVERLAPPED指针，也就是得到了这个“火车头”，因为只是一个指针，并没有详细的限定能有多大，所以可以在火车头的后面放很多东西。
再仔细观察GetQueuedCompletionStatus函数的参数，会发现，这时只能知道一个IO操作结束了，但是究竟是哪个操作结束了，或者是哪个SOCKET句柄上的操作结束了，并没有办法知道。
通常这个信息非常重要，因为只有在IO操作实际完成之后才能释放发送或接收等操作的缓冲区。
这些信息可以定义成如下的一个扩展OVERLAPPED结构：
structMYOVERLAPPED
{
OVERLAPPEDm_ol;
int m_iOpType;
//操作类型0=AcceptEx1=DisconnectEx 2=ConnectEx3=WSARecv等等
SOCKET m_skServer; //服务端SOCKET
SOCKET m_skClient; //客户端SOCKET
LPVOID m_pBuf; //本次IO操作的缓冲指针
...... //其它需要的信息
};
使用时：
MYOVERLAPPED*pMyOL=newMYOVERLAPPED;
ZeroMemory（pMyOL,sizeof（MYOVERLAPPED;
pMyOL->m_iOpType=0; //AcceptEx操作
pMyOL->m_skServer=skServer;
pMyOL->m_skClient=skClient;
BYTE*pBuf=newBYTE[256];//一个缓冲
.................. //朝缓冲中写入东西
pMyOL->m_pBuf=pBuf;
...............//其它的代码
AcceptEx（skServer,skClient,pBuf,
0,//将接收缓冲置为0,令AcceptEx直接返回
256,256,NULL,（LPOVERLAPPEDpMyOL;//注意最后这个强制类型转换
在完成过程回调线程函数中，这样使用：
UINTCALLBACKClient_IOCPThread（void*pParam
{//IOCP线程函数
.....................
DWORDdwBytesTrans=0;
DWORDdwPerData=0;
LPOVERLAPPEDlpOverlapped=NULL;
while（1
{//又见死循环呵呵呵
BOOLbRet=GetQueuedCompletionStatus（
pThis->m_IOCP,&dwBytesTrans,&dwPerData,
&lpOverlapped,INFINITE;
if（NULL==lpOverlapped
{//没有真正的完成
SleepEx（20,TRUE;//故意置成可警告状态
continue;
}
//找回“火车头”以及后面的所有东西
MYOVERLAPPED* pOL=CONTAINING_RECORD（lpOverlapped
MYOVERLAPPED,m_ol;
switch（pOL->m_iOpType
{
case0:
//AcceptEx结束
{//有链接进来了SOCKET句柄就是pMyOL->m_skClient
}
break;
............................
}
........................
}//endwhile
........................
}//endfun
至此，关于这个“火车头”如何使用，应该是看明白了，其实就是从函数传入，又由函数返回。
只不过其间可能已经转换了线程环境，是不同的线程了。
这里再补充一个AcceptEx容易被遗漏的一个细节问题，那就是在AcceptEx完成返回之后，如下在那个连入的客户端SOCKET上调用一下：
intnRet=:
:
setsockopt（
pOL->m_skClient,SOL_SOCKET,SO_UPDATE_ACCEPT_CONTEXT,
（char*&pOL->m_skServer,sizeof（SOCKET;
这样才可以继续在这个代表客户端连接的pOL->m_skClient上继续调用WSARecv和WSASend。
另外，在AcceptEx完成之后，通常可以用：
LPSOCKADDRaddrHost=NULL; //服务端地址
LPSOCKADDRaddrClient=NULL; //客户端地址
intlenHost=0;
intlenClient=0;
GetAcceptExSockaddrs（
pOL->m_pBuf,0,sizeof（sockaddr_in+16,sizeof（sockaddr_in+16,
（LPSOCKADDR*&addrHost,&lenHost,（LPSOCKADDR*&addrClient,&lenClient;
这样来得到连入的客户端地址，以及连入的服务端地址，通常这个地址可以和这个客户端的SOCKET绑定在一起用map或hash表保存，方便查询，就不用再调用那个getpeername得到客户端的地址了。
要注意的是GetAcceptExSockaddrs也是一个WinSock2扩展函数，专门配合AcceptEx使用的，需要像AcceptEx那样动态载入一下，然后再调用，详情请见前一篇文章中的CGRSMsSockFun类。
至此AcceptEx算讨论完整了，OVERLAPPED的派生定义也讲完了，让我们继续下一步。
四、编写线程池回调函数：
在讨论扩展定义OVERLAPPED结构体时，给出了非线程池版的线程函数的大概框架，也就是传统IOCP使用的自建线程使用方式，这种方式要自己创建完成端口句柄，自己将SOCKET句柄绑定到完成端口，这里就不在赘述，主要介绍下调用BindIoCompletionCallback函数时，应如何编写这个线程池的回调函数，其实它与前面那个线程函数是很类似的。
先来看看回调函数长个什么样子：
VOIDCALLBACKFileIOCompletionRoutine（
[in] DWORDdwErrorCode,
[in] DWORDdwNumberOfBytesTransfered,
[in] LPOVERLAPPEDlpOverlapped
;
第一个参数就是一个错误码，如果是0恭喜你，操作一切ok，如果有错也不要慌张，前一篇文章中已经介绍了如何翻译和看懂这个错误码。
照着做就是了。
第二个参数就是说这次IO操作一共完成了多少字节的数据传输任务，这个字段有个特殊含义，如果你发现一个Recv操作结束了，并且这个参数为0，那么就是说，客户端断开了连接（注意针对的是TCP方式，整个SOCKET池就是为TCP方式设计的）。
如果这个情况发生了，在SOCKET池中就该回收这个SOCKET句柄。
第三个参数现在不用多说了，立刻就知道怎么用它了。
跟刚才调用GetQueuedCompletionStatus函数得到的指针是一个含义。
下面就来看一个实现这个回调的例子：
VOIDCALLBACKMyIOCPThread（DWORDdwErrorCode
DWORDdwBytesTrans,LPOVERLAPPEDlpOverlapped
{//IOCP回调函数
.....................
if（NULL==lpOverlapped
{//没有真正的完成
SleepEx（20,TRUE;//故意置成可警告状态
return;
}
//找回“火车头”以及后面的所有东西
MYOVERLAPPED* pOL=CONTAINING_RECORD（lpOverlapped
MYOVERLAPPED,m_ol;
switch（pOL->m_iOpType
{
case0:
//AcceptEx结束
{//有链接进来了SOCKET句柄就是pMyOL->m_skClient
}
break;
............................
}
........................
}//endfun
看起来很简单吧？
好像少了什么？
对了那个该死的循环，这里不用了，因为这个是由线程池回调的一个函数而已，线程的活动状态完全由系统内部控制，只管认为只要有IO操作完成了，此函数就会被调用。
这里关注的焦点就完全的放到了完成之后的操作上，而什么线程啊，完成端口句柄啊什么的就都不需要了（甚至可以忘记）。
这里要注意一个问题，正如在《IOCP编程之“双节棍”》中提到的，这个函数执行时间不要过长，否则会出现掉线啊，连接不进来啊等等奇怪的事情。
另一个要注意的问题就是，这个函数最好套上结构化异常处理，尽可能的多拦截和处理异常，防止系统线程池的线程因为你糟糕的回调函数而壮烈牺牲，如果加入了并发控制，还要注意防止死锁，不然你的服务器会“死”的很难看。
理论上来说，你尽可以把这个函数看做一个与线程池函数等价的函数，只是他要尽可能的“短”（指执行时间）而紧凑（结构清晰少出错）。
最后，回调函数定义好了，就可以调用BindIoCompletionCallback函数，将一个SOCKET句柄丢进完成端口的线程池了：
BindIoCompletionCallback（（HANDLEskClient,MyIOCPThread,0;
注意最后一个参数到目前为止，你就传入0吧。
这个函数的神奇就是不见了CreateIoCompletionPort的调用，不见了CreateThread的调用，不见了GetQueuedCompletionStatus等等的调用，省去了n多繁琐且容易出错的步骤，一个函数就全部搞定了。
五、服务端调用：
以上的所有步骤在完全理解后，最终让我们看看SOCKET池如何实现之。
1、按照传统，要先监听到某个IP的指定端口上：
SOCKADDR_IN saServer={0};
//创建监听Socket
SOCKETskServer=:
:
WSASocket（AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_IP
NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED;
//把监听SOCKET扔进线程池，这个可以省略 :
:
BindIoCompletionCallback（（HANDLEskServer,MyIOCPThread,0;
//必要时打开SO_REUSEADDR属性，重新绑定到这个监听地址
BOOL bReuse=TRUE; :
:
setsockopt（m_skServer,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR
（LPCSTR&bReuse,sizeof（BOOL;
saServer.sin_family=AF_INET;
saServer.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
//INADDR_ANY这个值的魅力是监听所有本地IP的相同端口
saServer.sin_port=htons（80; //用80得永生
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