[转]: Win32IO完成端口

今天药忘吃喽~ 2022-07-12 07:59 130阅读 0赞

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我们不妨设想一下：如果事先开好N个线程，让它们在那hold\[堵塞\]，然后可以将所有用户的请求都投递到一个消息队列中去。然后那N个线程逐一从消息队 列中去取出消息并加以处理。就可以避免针对每一个用户请求都开线程。不仅减少了线程的资源，也提高了线程的利用率。理论上很不错，你想我等泛泛之辈都能想 出来的问题，Microsoft又怎会没有考虑到呢?!  
  
　　这个问题的解决方法就是一个称为I/O完成端口的内核对象，他首次在Windows NT3.5中被引入。  
  
　　其实我们上面的构想应该就差不多是IOCP的设计机理。其实说穿了IOCP不就是一个消息队列嘛！你说这和\[端口\]这两字有何联系。我的理解就是IOCP最多是应用程序和操作系统沟通的一个接口罢了。  
  
　 　至于IOCP的具体设计那我也很难说得上来，毕竟我没看过实现的代码，但你完全可以进行模拟，只不过性能可能…，如果想深入理解IOCP， Jeffrey Ritchter的Advanced Windows 3rd其中第13章和第14张有很多宝贵的内容，你可以拿来窥视一下系统是如何完成这一切的。

“完 成端口”模型是迄今为止最为复杂的—种I/O模型。然而。假若—个应用程序同时需要管理为数众多的套接字，那么采用这种模型。往往可以达到最佳的系统性 能,然而不幸的是,该模型只适用于以下操作系统(微软的)：Windows NT和Windows 2000操作系统。因其设计的复杂性，只有在你的应用程序需要同时管理数百乃至上千个套接字的时候、而且希望随着系统内安装的CPU数量的增多、应用程序 的性能也可以线性提升，才应考虑采用“完成端口”模型。要记住的一个基本准则是，假如要为Windows NT或windows 2000开发高性能的服务器应用,同时希望为大量套接字I/O请求提供服务(Web服务器便是这方面的典型例子)，那么I/O完成端口模型便是最佳选择.

从本质上说,完成端口模型要求我们创建一个Win32完成端口对象,通过指定数量的线程对重叠I/O请求进 行管理。以便为已经完成的重叠I/O请求提供服务。要注意的是。所谓“完成端口”,实际是Win32、Windows NT以及windows 2000采用的一种I/O构造机制,除套接字句柄之外,实际上还可接受其他东西。然而，本节只打算讲述如何使用套接字句柄，来发挥完成端口模型的巨大威 力。使用这种模型之前，首先要创建一个I/O完成端口对象,用它面向任意数量的套接字句柄。管理多个I/O请求。要做到这—点,需要调用 CreateIoCompletionPort函数。该函数定义如下：

HANDLE CreateIoCompletionPort (

HANDLE FileHandle ,

HANDLE ExistingCompletionPort ,

DWORD CompletionKey ,

DWORD  NumberOfConcurrentThreads

);

在我们深入探讨其中的各个参数之前,首先要注意意该函数实际用于两个明显有别的目的：

**■用于创建—个完成端口对象。**

**■将一个句柄同完成端口关联到一起。**

最开始创建—个完成端口的时候，唯一感兴趣的参数便是NumberOfConcurrentThreads 并发线程的数量)；前面三个参数都会被忽略。NumberOfConcurrentThreads 参数的特殊之处在于．它定义了在一个完成端口上，同时允许执行的线程数量。理想情况下我们希望每个处理器各自负责—个线程的运行，为完成端口提供服务,避 免过于频繁的线程“场景”切换。若将该参数设为0,说明系统内安装了多少个处理器,便允许同时运行多少个线程！可用下述代码创建一个I/O完成端口：

CompetionPort = CreateIoCompletionPort ( INVALID\_HANDLE\_VALUE , NULL ,0,0)

该语加的作用是返问一个句柄．在为完成端口分配了—个套接字句柄后，用来对那个端

口进行标定(引用)。

**1** **．工作者线程与完成端口**

成功创建一个完成端口后，便可开始将套接字句柄与对象关联到一起。但在关联套接字之前、首先必须创建—个或 多个“工作者线程”，以便在I/O请求投递给完成端口对象后。为完成端口提供服务。在这个时候，大家或许会觉得奇怪、到底应创建多少个线程。以便为完成端 口提供服务呢?这实际正是完成端口模型显得颇为“复杂”的—个方面, 因为服务I/O请求所需的数量取决于应用程序的总体设计情况。在此要记住的—个重点在于，在我们调用CreateIoComletionPort时指定的 并发线程数量,与打算创建的工作者线程数量相比,它们代表的并非同—件事情。早些时候,我们曾建议大家用CreateIoCompletionPort函 数为每个处理器都指定一个线程(处理器的数量有多少,便指定多少线程)以避免由于频繁的线程“场景”交换活动，从而影响系统的整体性能。 CreateIoCompletionPort函数的NumberofConcurrentThreads参数明确指示系统： 在一个完成端口上，一次只 允许n个工作者线程运行。假如在完成端门上创建的工作者线程数量超出n个．那么在同一时刻，最多只允许n个线程运行。但实际上，在—段较短的时间内,系统 有可能超过这个值。但很快便会把它减少至事先在CreateIoCompletionPort函数中设定的值。那么,为何实际创建的工作者线程数最有时要 比CreateIoCompletionPort函数设定的多—些呢?这样做有必要吗?如先前所述。这主要取决于应用程序的总体设计情况，假设我们的工作 者线程调用了一个函数，比如Sleep()或者WaitForSingleobject()，但却进入了暂停(锁定或挂起)状态、那么允许另—个线程代替 它的位置。换行之，我们希望随时都能执行尽可能多的线程；当然，最大的线程数量是事先在CreateIoCompletonPort调用里设定好的。这样 —来。假如事先预料到自己的线程有可能暂时处于停顿状态,那么最好能够创建比CreateIoCompletionPort的 NumberofConcurrentThreads参数的值多的线程．以便到时候充分发挥系统的潜力。—旦在完成端口上拥有足够多的工作者线程来为 I/O请求提供服务,便可着手将套接字句柄同完成端口关联到一起。这要求我们在—个现有的完成端口上调用CreateIoCompletionPort函 数，同时为前三个参数: FileHandle,ExistingCompletionPort和CompletionKey——提供套接字的信息。其中,FileHandle参 数指定—个要同完成端口关联在—一起的套接字句柄。

**ExistingCompletionPort** 参数指定的是一个现有的 完成端口。CompletionKey(完成键)参数则指定要与某个特定套接字句柄关联在—起的“单句柄数据”,在这个参数中，应用程序可保存与—个套接 字对应的任意类型的信息。之所以把它叫作“单句柄数据”,是由于它只对应着与那个套接字句柄关联在—起的数据。可将其作为指向一个数据结构的指针、来保存 套接字句柄；在那个结构中，同时包含了套接字的句柄,以及与那个套接字有关的其他信息。就象本章稍后还会讲述的那样,为完成端口提供服务的线程例程可通过 这个参数。取得与其套字句柄有关的信息。

根据我们到目前为止学到的东西。首先来构建—个基本的应用程序框架。

**程序清单8** **—9** **向人家阐述了如何使用完成端口模型。来开发—个回应(** **或“反射’)** **服务器应用** 。

在这个程序中。我们基本上按下述步骤行事：

**1)** 创建一个完成端口。第四个参数保持为0，指定在完成端口上，每个处理器一次只允许执行一个工作者线程。

**2)** 判断系统内到底安装了多少个处理器。

**3)** 创 建工作者线程,根据步骤2)得到的处理器信息，在完成端口上，为已完成的I/O请求提供服务。在这个简单的例子中,我们为每个处理器都只创建—个工作者线 程。这是出于事先已经预计到,到时候不会有任何线程进入“挂起”状态,造成由于线程数量的不足，而使处理器空闲的局面(没有足够的线程可供执行)。调用 CreateThread函数时,必须同时提供—个工作者线程，由线程在创建好执行。本节稍后还会详细讨论线程的职责。

**4)** 准备好—个监听套接字。在端口5150上监听进入的连接请求。

**5)** 使用accept函数,接受进入的连接请求。

**6)** 创建—个数据结构，用于容纳“单句柄数据”。 同时在结构中存入接受的套接字句柄。

**7)** 调用CreateIoCompletionPort将自accept返回的新套接字句柄向完成端口关联到 一起,通过完成键(CompletionKey)参数，将但句柄数据结构传递给CreateIoCompletionPort。

**8)** 开 始在已接受的连接上进行I/O操作。在此，我们希望通过重叠I/O机制,在新建的套接字上投递一个或多个异步WSARecv或WSASend请求。这些I /O请求完成后,一个工作者线程会为I/O请求提供服务,同时继续处理未来的I/O请求,稍后便会在步骤3)指定的工作者例程中。体验到这一点。

**9)** 重复步骤5)—8)。直到服务器终止。

程序清单8。9 完成端口的建立

StartWinsock()

//步骤一,创建一个完成端口

CompletionPort=CreateIoCompletionPort(INVALI\_HANDLE\_VALUE,NULL,0,0);

//步骤二判断有多少个处理器

GetSystemInfo(&SystemInfo);

//步骤三：根据处理器的数量创建工作线程,本例当中，工作线程的数目和处理器数目是相同的

for(i = 0; i < SystemInfo.dwNumberOfProcessers,i++)\{

HANDLE ThreadHandle;

//创建工作者线程，并把完成端口作为参数传给线程

ThreadHandle=CreateThread(NULL,0，