Windows平台网络通信中的I/O操作的总结与类比

    此篇博客是我专门针对我的一本教科书进行的笔记整理。以前我一直采用的纸质的笔记本进行的记录，现在将它们转录到博客上，也随一下大流。

这篇文章是刘琰、刘龙等编著的由机械工业出版社出版的《Windows 网络编程》（标准书号：ISBN 978-7-111-44196-0）  一书的第8章进行的笔记（总结）。

总览：

    Windows平台网络通信的I/O模型共有7种：

1、阻塞模型；2、非阻塞模型；3、I/O复用模型；4、WSAAsyncSelect模型；5、WSAEventSelect模型；6、重叠I/O模型；7、完成端口模型。

   计算机的外设设备分为以下三类：

   1，I/O类设备：为慢速设备，常见如显示器，键鼠，打印机，扫描仪等

   2，存储类设备：为快速设备，如硬盘。

   3，网络通信类设备：速度介于慢速外设和快速外设之间，如调制解调器等。

溯源：（书上的原话）

使用网络设备进行数据的发送与接收也面临与传统I/O操作类似的环节，网络操作经常会面临I/O事件的等待，这些等待事件大致可分为以下几类：

等待输入操作：等待网络中有数据可以被接收；

等待输出操作：等待套接字实现中有足够的缓冲区保存待发送的数据；

等待连接请求：等待有新的客户建立连接或对等方断开连接；

等待连接响应：等待服务器对连接的响应；

等待异常： 等待网络连接异常或有带外数据可被接收。

特别说明同步、异步、阻塞、非阻塞四个概念：

同步和异步两个概念与消息的通知机制有关，自己等待消息是否被触发叫同步，由触发机制来通知消息处理者叫异步。

阻塞与非阻塞与消息的处理机制有关，在操作没有完成前，函数不会立即返回则为阻塞模式，立即返回则为非阻塞模式。

同步不一定阻塞，也可以非阻塞，异步不一定非阻塞，也可以被阻塞。

应用程序将控制权交给内核，默认会阻塞，一直等到网络事件满足，操作被处理完成后，控制权返还给应用程序。

阻塞模型的评价：

    优点：常用，简单直接；不足：多套接字时导致处理时间较长，程序执行效率降低。针对此问题有两个解决思路：

思路一：使用多线程并发处理多个I/O请求。     思路二：异步、非阻塞处理多个I/O请求。

调用ioctlsocket()函数将套接字设置为非阻塞模式。

非阻塞模型的评价：

    优点：应用程序进程可以做其他事情，还可以轮询多个套接字，改串行等待为并行等待；不足：不适用于对实时性要求较高的应用中。

I/O复用模型也称为select模型。（此处应该有着重符号！）

调用select()函数可以获取一组指定套接字的状态，以保证及时捕获到最先满足条件的IO事件，进而对select()函数中观测的多个不同套接字上的不同网络事件进行及时处理。

为了对套接字集合进行操作，有四个参数宏比较有用：

FD_CLR(s,*set)     

FD_ISSET(s,*set)

FD_SET(s,*set)

FD_ZERO(*set)

select模型的评价：

    优点：单线程可以达到多线程类似的效果，  最多可以管理的套接字数量是1024个。适合定时精度要求高的应用。不足在于系统调用花销。

WSAAsyncSelect模型又称为异步选择模型，为Windows的消息驱动机制而引入，MFC中的CSocket类也使用了它。

Windows操作系统的消息机制相关的内容此处不作赘述（难得打字）

调用WSAAsyncSelect()函数

异步选择模型的评价：

    优点：消息机制支持。   不足：性能瓶颈。

WSAEventSelect模型依靠事件机制。

相关函数：

1，  WSACreateEvent()函数：    默认创建的事件对象处于人工重置和未授信的状态。

2，WSAResetEvent()函数：将事件对象从事件被响应后的已授信状态重置为未授信状态。

3，WSASetEvent()函数：将指定事件设置为已授信状态。

4，WSACloseEvent()函数：

5，核心函数：WSAEventSelect()函数

6，WSAWaitForMultipleEvents()函数：阻塞等待！

7，WSAEnumNetworkEvents()函数：枚举网络事件

WSAEventSelect模型评价：

    优点：不依赖于消息，不用有窗口；不足：等待的事件对象总数每次最多64个，受限。

重叠I/O模型的核心是一个重叠数据结构体：WSAOVERLAPPED，这个结构体中有成员可以和事件对象关联起来。

相关函数：

1，WSAGetOverlappedResult()函数：查询I/O操作的结果。

2，套接字创建函数：WSASocket();

3，数据发送，接收函数：WSASend()和WSASendTo() ,      WSARecv()和WSARecvFrom()

实际编程中，可以使用事件通知和完成例程两种方式来管理重叠I/O操作，     完成例程就是一个函数指针，或者说是回调函数。

重叠I/O模型的评价：

   更佳的系统性能。

完成端口模型是Windows下伸缩性最好的I/O模型，同时也是最复杂的内核对象。因其内部提供了线程池的管理，从而提高了程序的并行处理能力。

如多人在线游戏，大型即时通信系统，网吧管理系统以及企业管理系统。

循环服务器和并发服务器的区别：单线程与多线程（改进：线程池）

完成端口可看作是系统维护的一个队列，之所以命名为“完成端口”是因为它是标识“操作完成”的事件通知。

相关函数：

1，完成端口对象的创建函数：CreateIoCompletionPort()

2，等待重叠I/O操作结果的函数：GetQueuedCompletionStatus()

完成端口模型的评价：

    完成端口模型是应用程序使用线程池处理异步I/O请求的一种机制，当应用程序需要管理上千个套接字时，利用完成端口模型往往可以达到最佳系统性能。

除了对套接字对象进行管理外，还可以应用于文件对象。

以上是对该书的第8章的一个知识点概括，纯为梳理备忘。