一个对Winsock 完成端口模型封装的类

想学好编程，学好外语很重要 [enadd 2006年12月25日]

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一个对Winsock 完成端口模型封装的类

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一个对Winsock 完成端口模型封装的类

作者：- 文章来源：- 点击数：更新时间：2006-4-20

程序运行效果截图:

在WINDOWS下进行网络服务端程序开发，毫无疑问，Winsock 完成端口模型是最高效的。Winsock的完成端口模型借助Widnows的重叠IO和完成端口来实现，完成端口模型懂了之后是比较简单的，但是要想掌握Winsock完成端口模型，需要对WINDOWS下的线程、线程同步，Winsock API以及WINDOWS IO机制有一定的了解。如果不了解，推荐几本书：《Inside Windows 2000，《WINDOWS核心编程》，《WIN32多线程程序设计》、《WINDOWS网络编程技术》。在去年，我在C语言下用完成端口模型写了一个WEBSERVER，前些天，我决定用C++重写这个WEBSERVER，给这个WEBSERVER增加了一些功能，并改进完成端口操作方法，比如采用AcceptEx来代替accept和使用LOOKASIDE LIST来管理内存，使得WEBSERVER的性能有了比较大的提高。

在重写的开始，我决定把完成端口模型封装成一个比较通用的C++类，针对各种网络服务端程序的开发，只要简单地继承这个类，改写其中两个虚拟函数就能满足各种需要。到昨天为止，WEBSERVER重写完毕，我就写了这篇文章对完成端口模型做一个总结，并介绍一下我的这个类。

一：完成端口模型

至于完成端口和Winsock完成端口模型的详细介绍，请参见我上面介绍的那几本书，这里只是我个人对完成端口模型理解的一点心得。

首先我们要抽象出一个完成端口大概的处理流程：

1：创建一个完成端口。

2：创建一个线程A。

3：A线程循环调用GetQueuedCompletionStatus()函数来得到IO操作结果，这个函数是个阻塞函数。

4：主线程循环里调用accept等待客户端连接上来。

5：主线程里accept返回新连接建立以后，把这个新的套接字句柄用CreateIoCompletionPort关联到完成端口，然后发出一个异步的WSASend或者WSARecv调用，因为是异步函数，WSASend/WSARecv会马上返回，实际的发送或者接收数据的操作由WINDOWS系统去做。

6：主线程继续下一次循环，阻塞在accept这里等待客户端连接。

7：WINDOWS系统完成WSASend或者WSArecv的操作，把结果发到完成端口。

8：A线程里的GetQueuedCompletionStatus()马上返回，并从完成端口取得刚完成的WSASend/WSARecv的结果。

9：在A线程里对这些数据进行处理(如果处理过程很耗时，需要新开线程处理)，然后接着发出WSASend/WSARecv，并继续下一次循环阻塞在GetQueuedCompletionStatus()这里。

具体的流程请看附图，其中红线表示是WINDOWS系统进行的处理，不需要我们程序干预。

归根到底概括完成端口模型一句话：

我们不停地发出异步的WSASend/WSARecv IO操作，具体的IO处理过程由WINDOWS系统完成，WINDOWS系统完成实际的IO处理后，把结果送到完成端口上（如果有多个IO都完成了，那么就在完成端口那里排成一个队列）。我们在另外一个线程里从完成端口不断地取出IO操作结果，然后根据需要再发出WSASend/WSARecv IO操作。

二：提高完成端口效率的几种有效方法

1：使用AcceptEx代替accept。AcceptEx函数是微软的Winsosk 扩展函数，这个函数和accept的区别就是：accept是阻塞的，一直要到有客户端连接上来后accept才返回，而AcceptEx是异步的，直接就返回了，所以我们利用AcceptEx可以发出多个AcceptEx调用

等待客户端连接。另外，如果我们可以预见到客户端一连接上来后就会发送数据（比如WEBSERVER的客户端浏览器），那么可以随着AcceptEx投递一个BUFFER进去，这样连接一建立成功，就可以接收客户端发出的数据到BUFFER里，这样使用的话，一次AcceptEx调用相当于accpet和recv的一次连续调用。同时，微软的几个扩展函数针对操作系统优化过，效率优于WINSOCK 的标准API函数。

2：在套接字上使用SO_RCVBUF和SO_SNDBUF选项来关闭系统缓冲区。这个方法见仁见智，详细的介绍可以参考《WINDOWS核心编程》第9章。这里不做详细介绍，我封装的类中也没有使用这个方法。

3：内存分配方法。因为每次为一个新建立的套接字都要动态分配一个“单IO数据”和“单句柄数据”的数据结构，然后在套接字关闭的时候释放，这样如果有成千上万个客户频繁连接时候，会使得程序很多开销花费在内存分配和释放上。这里我们可以使用lookaside list。开始在微软的platform sdk里的SAMPLE里看到lookaside list，我一点不明白，MSDN里有没有。后来还是在DDK的文档中找到了，，

lookaside list

A system-managed queue from which entries of a fixed size can be allocated and into which entries can be deallocated dynamically. Callers of the Ex(ecutive) Support lookaside list routines can use a lookaside list to manage any dynamically sized set of fixed-size buffers or structures with caller-determined contents.

For example, the I/O Manager uses a lookaside for fast allocation and deallocation of IRPs and MDLs. As another example, some of the system-supplied SCSI class drivers use lookaside lists to allocate and release memory for SRBs.

lookaside list名字比较古怪（也许是我孤陋寡闻，第一次看到），其实就是一种内存管理方法，和内存池使用方法类似。我个人的理解：就是一个单链表。每次要分配内存前，先查看这个链表是否为空，如果不为空，就从这个链表中解下一个结点，则不需要新分配。如果为空，再动态分配。使用完成后，把这个数据结构不释放，而是把它插入到链表中去，以便下一次使用。这样相比效率就高了很多。在我的程序中，我就使用了这种单链表来管理。

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