VC++实践IOCP编程

IOCP全称I/O Completion Port，中文译为I/O完成端口。IOCP是一个异步I/O的API，它可以高效地将I/O事件通知给应用程序。与使用select()或是其它异步方法不同的是，一个套接字[socket]与一个完成端口关联了起来，然后就可继续进行正常的Winsock操作了。然而，当一个事件发生的时候，此完成端口就将被操作系统加入一个队列中。然后应用程序可以对核心层进行查询以得到此完成端口。
　　这里我要对上面的一些概念略作补充，在解释[完成]两字之前，我想先简单的提一下同步和异步这两个概念，逻辑上来讲做完一件事后再去做另一件事就是同步，而同时一起做两件或两件以上事的话就是异步了。你也可以拿单线程和多线程来作比喻。但是我们一定要将同步和堵塞，异步和非堵塞区分开来，所谓的堵塞函数诸如accept(…)，当调用此函数后，此时线程将挂起，直到操作系统来通知它，“HEY兄弟，有人连进来了”，那个挂起的线程将继续进行工作，也就符合”生产者-消费者”模型。堵塞和同步看上去有两分相似，但却是完全不同的概念。大家都知道I/O设备是个相对慢速的设备，不论打印机，调制解调器，甚至硬盘，与CPU相比都是奇慢无比的，坐下来等I/O的完成是一件不甚明智的事情，有时候数据的流动率非常惊人，把数据从你的文件服务器中以Ethernet速度搬走，其速度可能高达每秒一百万字节，如果你尝试从文件服务器中读取100KB，在用户的眼光来看几乎是瞬间完成，但是，要知道，你的线程执行这个命令，已经浪费了10个一百万次CPU周期。所以说，我们一般使用另一个线程来进行I/O。重叠IO[overlapped I/O]是Win32的一项技术，你可以要求操作系统为你传送数据，并且在传送完毕时通知你。这也就是[完成]的含义。这项技术使你的程序在I/O进行过程中仍然能够继续处理事务。事实上，操作系统内部正是以线程来完成overlapped I/O。你可以获得线程所有利益，而不需要付出什么痛苦的代价。
　　完成端口中所谓的[端口]并不是我们在TCP/IP中所提到的端口，可以说是完全没有关系。我到现在也没想通一个I/O设备[I/O Device]和端口[IOCP中的Port]有什么关系。估计这个端口也迷惑了不少人。IOCP只不过是用来进行读写操作，和文件I/O倒是有些类似。既然是一个读写设备，我们所能要求它的只是在处理读与写上的高效。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

// 初始化Winsock库
CInitSock theSock;

#define BUFFER_SIZE 1024

typedef struct _PER_HANDLE_DATA		// per-handle数据
{
	SOCKET s;			// 对应的套节字句柄
	sockaddr_in addr;	// 客户方地址
} PER_HANDLE_DATA, *PPER_HANDLE_DATA;


typedef struct _PER_IO_DATA			// per-I/O数据
{
	OVERLAPPED ol;			// 重叠结构
	char buf[BUFFER_SIZE];	// 数据缓冲区
	int nOperationType;		// 操作类型
#define OP_READ   1
#define OP_WRITE  2
#define OP_ACCEPT 3
} PER_IO_DATA, *PPER_IO_DATA;


DWORD WINAPI ServerThread(LPVOID lpParam)
{
	// 得到完成端口对象句柄
	HANDLE hCompletion = (HANDLE)lpParam;

	DWORD dwTrans;
	PPER_HANDLE_DATA pPerHandle;
	PPER_IO_DATA pPerIO;
	while(TRUE)
	{
		// 在关联到此完成端口的所有套节字上等待I/O完成
		BOOL bOK = ::GetQueuedCompletionStatus(hCompletion, 
			&dwTrans, (LPDWORD)&pPerHandle, (LPOVERLAPPED*)&pPerIO, WSA_INFINITE);
		if(!bOK)						// 在此套节字上有错误发生
		{
			::closesocket(pPerHandle->s);
			::GlobalFree(pPerHandle);
			::GlobalFree(pPerIO);
			continue;
		}
		
		if(dwTrans == 0 &&				// 套节字被对方关闭
			(pPerIO->nOperationType == OP_READ || pPerIO->nOperationType == OP_WRITE))	
			
		{
			::closesocket(pPerHandle->s);
			::GlobalFree(pPerHandle);
			::GlobalFree(pPerIO);
			continue;
		}

		switch(pPerIO->nOperationType)	// 通过per-I/O数据中的nOperationType域查看什么I/O请求完成了
		{
		case OP_READ:	// 完成一个接收请求
			{
				pPerIO->buf[dwTrans] = '\0';
				printf(pPerIO -> buf);
				
				// 继续投递接收I/O请求
				WSABUF buf;
				buf.buf = pPerIO->buf ;
				buf.len = BUFFER_SIZE;
				pPerIO->nOperationType = OP_READ;

				DWORD nFlags = 0;
				::WSARecv(pPerHandle->s, &buf, 1, &dwTrans, &nFlags, &pPerIO->ol, NULL);
			}
			break;
		case OP_WRITE: // 本例中没有投递这些类型的I/O请求
		case OP_ACCEPT:
			break;
		}
	}
	return 0;
}


void main()
{
	int nPort = 4567;
	// 创建完成端口对象，创建工作线程处理完成端口对象中事件
	HANDLE hCompletion = ::CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, 0, 0, 0);
	::CreateThread(NULL, 0, ServerThread, (LPVOID)hCompletion, 0, 0);

	// 创建监听套节字，绑定到本地地址，开始监听
	SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	SOCKADDR_IN si;
	si.sin_family = AF_INET;
	si.sin_port = ::ntohs(nPort);
	si.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
	::bind(sListen, (sockaddr*)&si, sizeof(si));
	::listen(sListen, 5);

	// 循环处理到来的连接
	while(TRUE)
	{
		// 等待接受未决的连接请求
		SOCKADDR_IN saRemote;
		int nRemoteLen = sizeof(saRemote);
		SOCKET sNew = ::accept(sListen, (sockaddr*)&saRemote, &nRemoteLen);

		// 接受到新连接之后，为它创建一个per-handle数据，并将它们关联到完成端口对象。
		PPER_HANDLE_DATA pPerHandle = 
							(PPER_HANDLE_DATA)::GlobalAlloc(GPTR, sizeof(PER_HANDLE_DATA));
		pPerHandle->s = sNew;
		memcpy(&pPerHandle->addr, &saRemote, nRemoteLen);
		::CreateIoCompletionPort((HANDLE)pPerHandle->s, hCompletion, (DWORD)pPerHandle, 0);
	
		// 投递一个接收请求
		PPER_IO_DATA pPerIO = (PPER_IO_DATA)::GlobalAlloc(GPTR, sizeof(PER_IO_DATA));
		pPerIO->nOperationType = OP_READ;
		WSABUF buf;
		buf.buf = pPerIO->buf;
		buf.len = BUFFER_SIZE;	
		DWORD dwRecv;
		DWORD dwFlags = 0;
		::WSARecv(pPerHandle->s, &buf, 1, &dwRecv, &dwFlags, &pPerIO->ol, NULL);
	}
}