重疊IO模型-異步IO???

http://laiba.tianya.cn/laiba/CommMsgs?cmm=959&tid=2701316824681802728

說到重疊模型首先還是提一下異步IO比較好，因為從本質(zhì)上講，重疊模型也是一種異步IO模型。

我們知道，相對于計算機執(zhí)行的其他操作而言，設(shè)備IO（文件、管道、套接字等）是比較慢的。于是在多線程結(jié)構(gòu)中就考慮到采用異步的方式進(jìn)行設(shè)備讀寫操作，即我們告訴系統(tǒng)對設(shè)備的讀寫數(shù)據(jù)，而同時應(yīng)用程序的其他代碼繼續(xù)執(zhí)行，直到獲取設(shè)備操作完畢的系統(tǒng)通知。

在進(jìn)行異步IO時，我們先向系統(tǒng)發(fā)出IO請求，操作系統(tǒng)隊列化各種IO請求，并在內(nèi)部完成操作，當(dāng)系統(tǒng)在處理IO請求時，我們的線程可以返回繼續(xù)執(zhí)行，當(dāng)操作系統(tǒng)處理完IO請求之后，通知我們數(shù)據(jù)操作（發(fā)送、接收、出錯）完畢。

Windows提供了四種異步IO技術(shù)，機制幾乎時相同的，區(qū)別在于通知結(jié)果的方式不同：

1、使一個設(shè)備內(nèi)核對象變?yōu)橛行盘?/p>

Windows將設(shè)備句柄看作可同步的對象，即它可以處于有信號或處于無信號狀態(tài)，當(dāng)創(chuàng)建設(shè)備句柄、以異步的方式發(fā)送IO請求時，該句柄處于無信號狀態(tài)，當(dāng)異步IO完成之后，該句柄受信，通過WaitForSingleobject或WatiForMultipleObjects函數(shù)可以判斷設(shè)備操作合適完成。該技術(shù)只能用于一個設(shè)備只發(fā)送一個IO請求，否則，若一個設(shè)備對應(yīng)多個操作，當(dāng)句柄受信時無法判斷是該設(shè)備的那個操作完成。

2、使一個事件內(nèi)核對象變?yōu)橛行盘?/p>

針對每個I/O操作綁定一個內(nèi)核事件對象，并將等待事件等待函數(shù)等待該事件的受信，當(dāng)I/O操作完成后系統(tǒng)使得與該操作綁定的事件受信，從而判斷那個操作完成。該技術(shù)解決了使一個設(shè)備內(nèi)核對象變?yōu)橛行盘柤夹g(shù)中一個設(shè)備只能對應(yīng)一個操作的不足。

3、警告I/O

在該技術(shù)中，當(dāng)發(fā)出設(shè)備IO請求時，同時要求我們傳遞一個被稱為完成例程的回調(diào)函數(shù)，當(dāng)IO請求完成時調(diào)用該回調(diào)函數(shù)完成我們需要處理的工作。該技術(shù)允許單個設(shè)備同時進(jìn)行多個I/O請求。

4、完成端口

完成端口技術(shù)多用于處理大規(guī)模的請求，通過內(nèi)在的進(jìn)程池技術(shù)可以達(dá)到很高的性能，此時暫不做深入討論，若預(yù)知后事如何，請自己看，或等下回完成端口部分分解。

好，至此，刀磨的差不多了，估計也飄了～～～～，干正事了。

重疊IO模型-網(wǎng)絡(luò)編程中的重疊IO模型理論 ??

在編程中可以有兩種方法管理I/O請求：

1、事件對象通知(eventobjectnotification)—對應(yīng)上面的2

2、完成例程(completionroutines)——對應(yīng)上面的3

這里只討論第一種情況，具體思路就是正對每個套接字的每個操作綁定一個事件，然后將所有的事件組成事件數(shù)據(jù)，運用事件等待函數(shù)等待事件的發(fā)生，并根據(jù)事件與操作的對應(yīng)關(guān)系對與之對應(yīng)的操作進(jìn)行處理。

下面說一下實際編程中所用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及函數(shù)。

1、WSAOVERLAPPED結(jié)構(gòu)

這個結(jié)構(gòu)自然是重疊模型里的核心，用于綁定套接字、操作以及操作對應(yīng)的事件。

typedefstruct_WSAOVERLAPPED{

DWORDInternal;

DWORDInternalHigh;

DWORDOffset;//文件操作中想要開始的低偏移量，網(wǎng)絡(luò)中不用

DWORDOffsetHigh;//文件操作中想要開始的高偏移量，網(wǎng)絡(luò)中不用

WSAEVENThEvent;//網(wǎng)絡(luò)編程中唯一需要關(guān)注的參數(shù)，用來關(guān)聯(lián)WSAEvent對象

}WSAOVERLAPPED,*LPWSAOVERLAPPED;

2.WSARecv系列函數(shù)

在重疊模型中，發(fā)送接收等函數(shù)均由WSASend、WSARecv、WSASendTo、WSARecvFrom等函數(shù)代替，通過該函數(shù)將I/O操作與WSAOVERLAPPED結(jié)構(gòu)綁定起來，也既是與一個特定的事件綁定在一起，當(dāng)系統(tǒng)完成操作之后與該操作綁定的事件受信。

intWSARecv(

SOCKETs,//當(dāng)然是投遞這個操作的套接字

LPWSABUFlpBuffers,//接收緩沖區(qū)，是WSABUF結(jié)構(gòu)構(gòu)成的數(shù)組

DWORDdwBufferCount,//數(shù)組中WSABUF結(jié)構(gòu)的數(shù)量

LPDWORDlpNumberOfBytesRecvd,//如果接收操作立即完成，返回函數(shù)調(diào)用所接收到的字節(jié)數(shù)

LPDWORDlpFlags,//說來話長了，我們這里設(shè)置為0即可

LPWSAOVERLAPPEDlpOverlapped,//“綁定”的重疊結(jié)構(gòu)

LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINElpCompletionRoutine);//完成例程中將會用到的參數(shù)，我們這里設(shè)置為NULL

返回值：

WSA_IO_PENDING：最常見的返回值，這是說明我們的WSARecv操作成功了，但是I/O操作還沒有完成，所以我們就需要綁定一個事件來通知我們操作何時完成

3、WSAWaitForMultipleEvents函數(shù)

該函數(shù)類似于線程中常用的WaitForMultipleObjects函數(shù)，都是在等待事件的觸發(fā)。我們將WSARecv等操作上綁定的LPWSAOVERLAPPED數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的事件組稱事件數(shù)據(jù)，在該函數(shù)上等待。

DWORDWSAWaitForMultipleEvents(

DWORDcEvents,//等候事件的總數(shù)量

constWSAEVENT*lphEvents,//事件數(shù)組的指針

BOOLfWaitAll,//當(dāng)設(shè)置為TRUE，事件數(shù)組中所有事件被傳信的時候函數(shù)才會返回

//FALSE則任何一個事件被傳信函數(shù)都要返回，此時設(shè)為FALSE

DWORDdwTimeout,//超時時間，如果超時，函數(shù)會返回WSA_WAIT_TIMEOUT

//如果設(shè)置為0，函數(shù)會立即返回

BOOLfAlertable);//在完成例程中會用到這個參數(shù)，這里我們先設(shè)置為FALSE

返回值：

WSA_WAIT_TIMEOUT：最常見的返回值，等待超時，我們需要做的就是繼續(xù)Wait

WSA_WAIT_FAILED：出現(xiàn)了錯誤，請檢查cEvents和lphEvents兩個參數(shù)是否有效

如果事件數(shù)組中有某一個事件受信了，函數(shù)會返回這個事件的索引值，但是這個索引值需要減去預(yù)定義值WSA_WAIT_EVENT_0才是這個事件在事件數(shù)組中的位置。

注：WSAWaitForMultipleEvents函數(shù)只能支持由WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS對象定義的一個最大值64，就是說WSAWaitForMultipleEvents只能等待64個事件，如果想同時等待多于64個事件，就要創(chuàng)建額外的工作者線程，就需要通過線程池管理了。

4、WSAGetOverlappedResult函數(shù)

我們利用該函數(shù)來查詢重疊操作的結(jié)果，定義如下：

BOOLWSAGetOverlappedResult(

SOCKETs,//SOCKET，需要操作的套接字

LPWSAOVERLAPPEDlpOverlapped,//我們想要查詢結(jié)果的那個重疊結(jié)構(gòu)的指針

LPDWORDlpcbTransfer,//本次重疊操作的實際接收(或發(fā)送)的字節(jié)數(shù)

BOOLfWait,//設(shè)置為TRUE，除非重疊操作完成，否則函數(shù)不會返回

//設(shè)置FALSE，而且操作仍處于掛起狀態(tài)，那么函數(shù)就會返回FALSE

//此處采用的是設(shè)備內(nèi)核對象受信方式，等待套接字受信。

LPDWORDlpdwFlags);//指向DWORD的指針，負(fù)責(zé)接收結(jié)果標(biāo)志

注：如果WSAGetOverlappedResult完成以后，第三個參數(shù)返回是0，則說明通信對方已經(jīng)關(guān)閉連接，我們這邊的SOCKET,Event之類的也就可以關(guān)閉了。

重疊IO模型-編程步驟 ??

1、創(chuàng)建一個套接字，開始在指定的端口上監(jiān)聽連接請求。

2、接收一個入站的連接請求。

3、為接受的套接字創(chuàng)建新的WSAOVERLAPPED結(jié)構(gòu)，并分配事件對象句柄。

4、以WSAOVERLAPPED結(jié)構(gòu)為參數(shù)，在套接字上投遞WSARecv調(diào)用。

5、將所有接受套接字的事件組建事件數(shù)組，并調(diào)用WSAWaitForMultipleEvents函數(shù)，等待與重疊調(diào)用關(guān)聯(lián)在一起的事件受信。

6、使用WSAGetOverlappedResult函數(shù)，判斷重疊調(diào)用的返回狀態(tài)。

7、重新組建事件數(shù)組。

8、在套接字上重投遞WSARecv請求。

9、重復(fù)5～8。

例子：初步封裝了OverLapped類

/*SockObject*/

#include

classSockObject

{

public:

SOCKETm_sock;

intm_operatNum;

public:

SockObject(void);

SockObject(SOCKETmySock);

SockObject(SockObject&mySockObject);

~SockObject(void);

};

SockObject::SockObject(SOCKETmySock)

{

m_sock=mySock;

m_operatNum=0;

}

SockObject::SockObject(SockObject&mySockObject)

{

m_sock=mySockObject.m_sock;

m_operatNum=mySockObject.m_operatNum;

}

/******************************************************************************

*數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名稱：OverObject

*功能：記錄一個套接字的一個操作、一個事件和一個重疊I/O的關(guān)聯(lián)

*****************************************************************************/

classOverObject

{

public:

SOCKETm_sock;/*綁定的套接字*/

OVERLAPPEDm_overlapped;/*綁定的重疊I/O*/

char*m_buf;/*用于存放數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)*/

intm_len;/*緩沖區(qū)的長度*/

intm_operation;/*套接字針對的操作*/

public:

booloperator==(constOverObject&myOverObject)const;

public:

OverObject(void);

OverObject(constOverObject&myOverObject);

OverObject(SOCKETmySock,intmyLen);

~OverObject(void);

};

/*定義指向重疊對象的指針類型*/

typedefOverObject*PtrOverObject;

OverObject::~OverObject(void)

{

deletem_buf;

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：本函數(shù)是OverObject類的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。

*********************************************************************************/

OverObject::OverObject(constOverObject&myOverObject)

{

m_sock=myOverObject.m_sock;

m_overlapped=myOverObject.m_overlapped;

m_buf=newchar[myOverObject.m_len];

strcpy(m_buf,myOverObject.m_buf);

m_len=myOverObject.m_len;

m_operation=myOverObject.m_operation;

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：本函數(shù)是OverObject類帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。

*********************************************************************************/

OverObject::OverObject(SOCKETmySock,intmyLen)

{

m_sock=mySock;

m_buf=newchar[myLen];

m_len=myLen;

m_overlapped.hEvent=::WSACreateEvent();

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：本函數(shù)是OverObject類的＝＝運算符重載函數(shù)

*********************************************************************************/

boolOverObject::operator==(constOverObject&myOverObject)const

{

if(this->m_sock==myOverObject.m_sock&&this->m_operation==myOverObject.m_operation&&this->m_len==myOverObject.m_len&&!strcmp(this->m_buf,myOverObject.m_buf))

{

coutoverObjects;/*需要維護(hù)的所有重疊I/O*/

vectoreventArray;/*所有重疊I/O所對應(yīng)的事件組成的數(shù)組，作為等待函數(shù)的參數(shù)*/

vectorsockArray;/*需要維護(hù)的所有套接字，當(dāng)操作為零時關(guān)閉套接字*/

public:

list::iteratorGetOverObject(SOCKETmySock,intmyLen);

voidFreeOverObject(list::iteratormyPtrOverObject);

list::iteratorOverlapped::FindOverObject(HANDLEmyEvent);

voidRebuildEventArray();

voidCreateAcceptEvent();

voidSetAcceptEvent();

voidResetAcceptEvent();

boolIsAcceptEvent(intindex);

boolPostRecv(list::iteratormyPtrOverObject);

boolPostSend(list::iteratormyPtrOverObject);

boolPostAccept(list::iteratormyPtrOverObject);

Overlapped(void);

~Overlapped(void);

voidInitSocket();

};

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：創(chuàng)建重疊對象的類對象，并插入重疊對象鏈表中。

*********************************************************************************/

list::iteratorOverlapped::GetOverObject(SOCKETmySock,intmyLen)

{

OverObjectlocalOverObject(mySock,myLen);

overObjects.push_back(localOverObject);

eventArray.push_back(localOverObject.m_overlapped.hEvent);

list::iteratorret=overObjects.end();

ret--;

returnret;

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：釋放重疊對象鏈表中指定的重疊對象。

*********************************************************************************/

voidOverlapped::FreeOverObject(list::iteratormyPtrOverObject)

{

overObjects.erase(myPtrOverObject);

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：從重疊對象列表中查找指定事件所對應(yīng)的重疊對象。

*********************************************************************************/

list::iteratorOverlapped::FindOverObject(HANDLEmyEvent)

{

list::iteratorlocalIerator;

for(localIerator=overObjects.begin();localIerator!=overObjects.end();localIerator++)

{

if(localIerator->m_overlapped.hEvent==myEvent)

{

break;

}

}

returnlocalIerator;

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：遍歷重疊對象列表，重建重疊對象列表所對應(yīng)的事件數(shù)組。

*********************************************************************************/

voidOverlapped::RebuildEventArray()

{

eventArray.clear();

list::iteratoroverObjIterator;

overObjIterator=overObjects.begin();

for(overObjIterator;overObjIterator!=overObjects.end();++overObjIterator)

{

eventArray.push_back(overObjIterator->m_overlapped.hEvent);

}

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：投放接受操作，即將指定套接字的Recv操作與重疊I/O對象關(guān)聯(lián)起來。

*********************************************************************************/

boolOverlapped::PostRecv(list::iteratormyPtrOverObject)

{

myPtrOverObject->m_operation=OP_READ;

DWORDdwBytes;

DWORDdwFlags=0;

WSABUFbuf;

buf.buf=myPtrOverObject->m_buf;

buf.len=myPtrOverObject->m_len;

memset(buf.buf,0,buf.len);

if(::WSARecv(myPtrOverObject->m_sock,&buf,1,&dwBytes,&dwFlags,&myPtrOverObject->m_overlapped,NULL)!=NO_ERROR)

{

if(::WSAGetLastError()!=WSA_IO_PENDING)

{

returnfalse;

}

}

returntrue;

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：投放發(fā)送操作，即將指定套接字的Send操作與重疊I/O對象關(guān)聯(lián)起來。

*********************************************************************************/

boolOverlapped::PostSend(list::iteratormyPtrOverObject)

{

myPtrOverObject->m_operation=OP_WRITE;

DWORDdwBytes;

DWORDdwFlags=0;

WSABUFbuf;

buf.buf=myPtrOverObject->m_buf;

buf.len=myPtrOverObject->m_len;

if(::WSASend(myPtrOverObject->m_sock,&buf,1,&dwBytes,dwFlags,&myPtrOverObject->m_overlapped,NULL)!=NO_ERROR)

{

if(::WSAGetLastError()!=WSA_IO_PENDING)

{

returnfalse;

}

}

returntrue;

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：創(chuàng)建accept函數(shù)完成事件，用于處理accepe后等待函數(shù)的等待事件句柄數(shù)組發(fā)

生變化，若此時無事件觸發(fā)，等待事件句柄數(shù)組仍以原來的事件句柄數(shù)組為依

據(jù)等待。

*********************************************************************************/

voidOverlapped::CreateAcceptEvent()

{

//標(biāo)志套接字，用于觸發(fā)accept完成事件。

SOCKETmyClient=::WSASocket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);

list::iteratoracceptIterator=GetOverObject(myClient,512);

RebuildEventArray();

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：當(dāng)accept函數(shù)完成時，重置accept所對應(yīng)的事件，從而使得等待函數(shù)能夠在改

變后的事件句柄數(shù)組上等待。

*********************************************************************************/

voidOverlapped::SetAcceptEvent()

{

::SetEvent(eventArray.front());

}

voidOverlapped::ResetAcceptEvent()

{

::ResetEvent(eventArray.front());

}

boolOverlapped::IsAcceptEvent(intindex)

{

if(index==0)

{

returntrue;

}

else

{

returnfalse;

}

}

/*主程序*/

#include"Overlapped.h"

#include

#include

boolOperateFunction(PtrOverObjectmyPtrOverObject);

UINTWINAPIServerThread(PVOIDpvParam);

OverlappedmyOverlapped;

intmain()

{

WSADATAwsaData;

if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)!=0)

{

cout::iteratorlocalIterator=myOverlapped.GetOverObject(myClient,512);

myOverlapped.PostRecv(localIterator);

myOverlapped.RebuildEventArray();

myOverlapped.SetAcceptEvent();

}

charch;

cin>>ch;

return0;

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：數(shù)據(jù)處理函數(shù)，按照不同操作類型，處理數(shù)據(jù)的發(fā)送或接受。

*********************************************************************************/

boolOperateFunction(list::iteratormyOverObjectIterator)

{

DWORDdwTrans;

DWORDdwFlags;

BOOLret=::WSAGetOverlappedResult(myOverObjectIterator->m_sock,&(myOverObjectIterator->m_overlapped),&dwTrans,false,&dwFlags);

if(!ret)

{

if(myOverObjectIterator->m_sock!=INVALID_SOCKET)

{

closesocket(myOverObjectIterator->m_sock);

}

coutm_operation)

{

caseOP_READ:/*接收數(shù)據(jù)完成*/

if(dwTrans>0)

{

coutm_buf::iteratorlocalIterator=myOverlapped.GetOverObject(myOverObjectIterator->m_sock,512);

localIterator->m_len=myOverObjectIterator->m_len;

strcpy(localIterator->m_buf,myOverObjectIterator->m_buf);

myOverlapped.PostSend(localIterator);

myOverlapped.RebuildEventArray();

returntrue;

}

else

{

closesocket(myOverObjectIterator->m_sock);

myOverlapped.FreeOverObject(myOverObjectIterator);

myOverlapped.RebuildEventArray();

cout0)

{

returntrue;

}

else

{

closesocket(myOverObjectIterator->m_sock);

myOverlapped.FreeOverObject(myOverObjectIterator);

myOverlapped.RebuildEventArray();

returnfalse;

}

break;

}

}

/********************************************************************************

*函數(shù)介紹：服務(wù)線程函數(shù)，平常處于等待狀態(tài)，完成數(shù)據(jù)處理。

*********************************************************************************/

UINTWINAPIServerThread(PVOIDpvParam)

{

while(true)

{

intindex;

DWORDeventNum=(DWORD)(myOverlapped.eventArray.size());

index=::WSAWaitForMultipleEvents(eventNum,&(myOverlapped.eventArray[0]),false,WSA_INFINITE,false);

if(index==WSA_WAIT_FAILED)

{

cout::iteratornowIterator=(myOverlapped.FindOverObject(myOverlapped.eventArray[index]));

if(nowIterator!=NULL)

{

boolret=OperateFunction(nowIterator);

if(ret)

{

::WSAResetEvent(myOverlapped.eventArray[index]);

myOverlapped.PostRecv(nowIterator);

}

}

}

}

return0;

}

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的重叠IO模型-异步IO的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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