完成端口(1)[转]

理解I/O Completion
Port(完成端口)

欢迎阅读此篇IOCP教程。我将先给出IOCP的定义然后给出它的实现方法，最后剖析一个Echo程序来为您拨开IOCP的谜云，除去你心中对IOCP的烦恼。OK，但我不能保证你明白IOCP的一切，但我会尽我最大的努力。以下是我会在这篇文章中提到的相关技术：

　　I/O端口

　　同步/异步

　　堵塞/非堵塞

　　服务端/客户端

　　多线程程序设计

　　Winsock API 2.0

　　在这之前，我曾经开发过一个项目，其中一块需要网络支持，当时还考虑到了代码的可移植性，只要使用select,connect,accept,listen,send还有recv,再加上几个#ifdef的封装以用来处理Winsock和BSD套接字[socket]中间的不兼容性，一个网络子系统只用了几个小时很少的代码就写出来了，至今还让我很回味。那以后很长时间也就没再碰了。

　　前些日子，我们策划做一个网络游戏，我主动承担下网络这一块，想想这还不是小case,心里偷着乐啊。网络游戏好啊，网络游戏为成百上千的玩家提供了乐趣和令人着秘的游戏体验，他们在线上互相战斗或是加入队伍去战胜共同的敌人。我信心满满的准备开写我的网络，于是乎，发现过去的阻塞同步模式模式根本不能拿到一个巨量多玩家[MMP]的架构中去，直接被否定掉了。于是乎，就有了IOCP，如果能过很轻易而举的搞掂IOCP，也就不会有这篇教程了。下面请诸位跟随我进入正题。


什么是IOCP？

先让我们看看对IOCP的评价

I/O完成端口可能是Win32提供的最复杂的内核对象。

[Advanced Windows 3rd] Jeffrey Richter

这是[IOCP]实现高容量网络服务器的最佳方法。

[Windows Sockets2.0:Write Scalable Winsock Apps Using Completion
Ports] 

Microsoft Corporation

完成端口模型提供了最好的伸缩性。这个模型非常适用来处理数百乃至上千个套接字。

[Windows网络编程2nd] Anthony Jones & Jim
Ohlund

I/O completion
ports特别显得重要，因为它们是唯一适用于高负载服务器[必须同时维护许多连接线路]的一个技术。Completion
ports利用一些线程，帮助平衡由I/O请求所引起的负载。这样的架构特别适合用在SMP系统中产生的”scalable”服务器。

[Win32多线程程序设计] Jim Beveridge & Robert
Wiener 


看来我们完全有理由相信IOCP是大型网络架构的首选。那IOCP到底是什么呢？

　　微软在Winsock2中引入了IOCP这一概念 。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。在文章的第三部分你会轻而易举的发现IOCP设计的真正用意。


IOCP和网络又有什么关系？

int main()

{

   
WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

   
ListeningSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,
0); 

    bind(ListeningSocket,
(SOCKADDR*)&ServerAddr,
sizeof(ServerAddr));

    listen(ListeningSocket, 5);

    int nlistenAddrLen = sizeof(ClientAddr);

    while(TRUE)

    {

        NewConnection = accept(ListeningSocket,
(SOCKADDR*)&ClientAddr,
&nlistenAddrLen);

        HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, ThreadFunc,
(void*) NewConnection, 0, &dwTreadId);

        CloseHandle(hThread);

    }

    return 0;

}