?前言

本文不是全面介紹完成端口的，只是簡(jiǎn)單介紹了一下完成端口和幾個(gè)常用概念。本文主要關(guān)注完成端口關(guān)閉時(shí)資源釋放問題。

基礎(chǔ)介紹

??? 完成端口——可能是Win32下最復(fù)雜的一種I/O模型，Win32下最復(fù)雜的內(nèi)核對(duì)象。它通過指定數(shù)量的線程對(duì)重疊I/O請(qǐng)求進(jìn)行管理，以便為已經(jīng)完成的I/O請(qǐng)求提供服務(wù)，相對(duì)其它I/O模型，它管理任意數(shù)目I/O套接字。假若一個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)需要管理為數(shù)眾多的套接字，那么采用這種模型，往往可以達(dá)到最佳的系統(tǒng)性能。

通過CreateIoCompletionPort（唯一一個(gè)創(chuàng)建內(nèi)核對(duì)象而沒有LPSECURITY_ATTRIBUTES參數(shù)的Win32函數(shù)，這是因?yàn)橥瓿啥丝谥粦?yīng)用于進(jìn)程內(nèi)）來創(chuàng)建I/O完成端口，當(dāng)你創(chuàng)建一個(gè)I/O完成端口時(shí)，內(nèi)核實(shí)際創(chuàng)建了5個(gè)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

• 設(shè)備列表。

• I/O完成隊(duì)列（FIFO）。當(dāng)一個(gè)設(shè)備的異步I/O請(qǐng)求完成時(shí)，系統(tǒng)檢查該設(shè)備是否關(guān)聯(lián)了一個(gè)完成端口，如果是系統(tǒng)向該完成端口的I/O完成隊(duì)列加入完成I/O請(qǐng)求項(xiàng)。

• 等待線程隊(duì)列（LIFO）。當(dāng)線程池中的一個(gè)線程調(diào)用GetQueuedCompletionStatus時(shí)，調(diào)用線程的線程ID備放入該隊(duì)列中。

• 釋放線程隊(duì)列（活動(dòng)線程隊(duì)列）。完成端口通過該隊(duì)列監(jiān)視和限定活動(dòng)線程的數(shù)目，這個(gè)限定通常是CPU數(shù)目，過多的活動(dòng)線程沒有實(shí)際意義，它會(huì)引發(fā)線程切換從而降低性能。

• 暫停線程隊(duì)列。當(dāng)線程調(diào)用了Sleep、WaitForSingleObject、WaitForMultipleObjects等。

相關(guān)概念

工作者線程與完成端口

成功創(chuàng)建一個(gè)完成端口后，便可開始將套接字句柄與對(duì)象關(guān)聯(lián)到一起。但在關(guān)聯(lián)套接字之前，首先必須創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)“工作者線程”，以便在I/O請(qǐng)求投遞給完成端口對(duì)象后，為完成端口提供服務(wù)。

完成端口I/O模型的工作流程如下：

1）? 通過CreateIoCompletionPort創(chuàng)建完成端口。

2）? 創(chuàng)建工作者線程。

3）? 通過CreateIoCompletionPort將完成端口與某一設(shè)備相關(guān)聯(lián)。

4）? 通過WSAXXX發(fā)出異步I/O請(qǐng)求。

5）? 在工作者線程中通過調(diào)用GetQueuedCompetionStatus取得完成I/O請(qǐng)求項(xiàng)進(jìn)行后續(xù)的處理。

單句柄數(shù)據(jù)和單I/O操作數(shù)據(jù)

HANDLE?CreateIoCompletionPort(HANDLE?FileHandle,?HANDLE?ExistingCompletionPort,
ULONG_PTR?CompletionKey,?DWORD?NumberOfConcurrentThreads);
BOOL?GetQueuedCompletionStatus??? (HANDLE?CompletionPort, LPDWORD?lpNumberOfBytesTransferred,
PULONG_PTR?lpCompletionKey,?LPOVERLAPPED?*lpOverlapped,?DWORD?dwMilliseconds?);

??? GetQueuedCompetionStatus的lpCompletionKey參數(shù)包含了“單句柄數(shù)據(jù)”，它是通過調(diào)用CreateIoCompletionPort來關(guān)聯(lián)完成端口與設(shè)備時(shí)，通過CompletionKey參數(shù)設(shè)定的。也就是說這個(gè)數(shù)據(jù)特定于設(shè)備（這里指套接字）。
??? GetQueuedCompetionStatus的lpOverlapped參數(shù)則包含了“單I/O操作數(shù)據(jù)”，在通過該函數(shù)取得I/O完成隊(duì)列中的I/O請(qǐng)求完成項(xiàng)后，lpOverlapped指向一個(gè)對(duì)應(yīng)了發(fā)起這個(gè)I/O請(qǐng)求時(shí)傳遞的OVERLAPPED數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也就是說這個(gè)數(shù)據(jù)特定于I/O請(qǐng)求。
? 單句柄數(shù)據(jù)和單I/O數(shù)據(jù)有什么用呢？同過單句柄數(shù)據(jù)我們可以關(guān)聯(lián)特定的處理函數(shù)或處理器或其它結(jié)構(gòu)對(duì)該句柄之上的I/O進(jìn)行特定的處理。單I/O數(shù)據(jù)為異步I/O的發(fā)起和完成建立了聯(lián)系，它可以關(guān)聯(lián)緩沖區(qū)或處理器（參見ACE_Proactor），方便異步I/O操作。

需要注意的問題

下面是請(qǐng)求完成通知插入I/O完成隊(duì)列的幾種情況：

• 調(diào)用了closesocket
• 調(diào)用了CancelIo
• 發(fā)起I/O請(qǐng)求的線程終止
• 超時(shí)
• PostQueuedCompletionStatus
  
• I/O請(qǐng)求正常完成

上述情況除正常完成和PostQueuedCompletionStatus外，其他完成通知會(huì)使GetQueuedCompletionStatus返回FALSE，而此時(shí)lpOverlapped（超時(shí)為NULL）指向未完成I/O請(qǐng)求的單I/O數(shù)據(jù)。明白了這些后，后面講的大多不是問題，講一講加深下印象吧。

資源管理問題一

• 當(dāng)I/O請(qǐng)求返回非pending錯(cuò)誤和GetQueuedCompletionStatus返回FALSE時(shí)如果釋放單I/O數(shù)據(jù)占用的資源。（IOCP中的socket錯(cuò)誤和資源釋放處理方法 ）
• 進(jìn)行重疊I / O操作的同時(shí)，強(qiáng)行釋放一個(gè)OVERLAPPED結(jié)構(gòu)。要想避免出現(xiàn)這種情況，最好的辦法是針對(duì)每個(gè)套接字句柄，調(diào)用closesocket函數(shù)，任何尚未進(jìn)行的重疊I / O操作都會(huì)完成。

資源管理問題二（關(guān)閉完成端口服務(wù)）

? ? 我們通常通過調(diào)用PostQueuedCompletionStatus向I/O完成隊(duì)列中加入特殊的完成項(xiàng)來結(jié)束工作者線程的，此時(shí)，對(duì)于未完成的I/O請(qǐng)求要分情況處理之：

• 對(duì)于在工作者線程中發(fā)起的I/O請(qǐng)求（一般情況下是這樣），隨著該工作者線程的結(jié)束這些I/O請(qǐng)求便會(huì)完成，那么對(duì)于這種情況我們需要另外的線程來做相應(yīng)的清理工作——通過調(diào)用超時(shí)參數(shù)為0的GetQueuedCompletionStatus函數(shù)，遍歷I/O完成隊(duì)列，lpOverlapped包含了特定于I/O操作的數(shù)據(jù)。
• 也可在收到關(guān)閉通知后，關(guān)閉套接字或取消相關(guān)的操作使得I/O請(qǐng)求完成并處理之。這需要將這些套接字以及相應(yīng)的I/O操作記錄下來。

關(guān)于PostQueuedCompletionStatus

由于等待線程隊(duì)列是LIFO的，所以該函數(shù)要想通知每個(gè)工作者線程是件棘手的事情。

參考文獻(xiàn)

[1]Jeffery Richter.Advanced Windows(3rd Edition),Microsoft Press,1997
[2]Anthony Jones,Jim Ohlund. Network Programming for Microsoft Windows ,Microsoft Press,2002

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的完成端口使用总结的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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