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c# AcceptEx与完成端口(IOCP)结合的示例

2021-03-09 15:54:30 来源:易采站长站 作者:

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c# AcceptEx与完成端口(IOCP)结合的示例

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前言

在windows平台下实现高性能网络服务器,iocp(完成端口)是唯一选择。编写网络服务器面临的问题有:

1 快速接收客户端的连接。

2 快速收发数据。

3 快速处理数据。本文主要解决第一个问题。

AcceptEx函数定义

BOOL AcceptEx(
 SOCKET  sListenSocket,
 SOCKET  sAcceptSocket,
 PVOID  lpOutputBuffer,
 DWORD  dwReceiveDataLength,
 DWORD  dwLocalAddressLength,
 DWORD  dwRemoteAddressLength,
 LPDWORD  lpdwBytesReceived,
 LPOVERLAPPED lpOverlapped
);

为什么要用AcceptEx

  传统的accept函数能满足大部分场景的需要;但在某些极端条件下,必须使用acceptEx来实现。两个函数的区别如下:

  1)accept是阻塞的;在一个端口监听,必须启动一个专用线程调用accept。当然也可以用迂回的方式,绕过这个限制,处理起来会很麻烦,见文章单线程实现同时监听多个端口。acceptEx是异步的,可以同时对很多端口监听(监听端口的数量没有上限的限制)。采用迂回的方式,使用accept监听,一个线程最多监听64个端口。这一点可能不是AcceptEx最大优点,毕竟同时对多个端口监听的情况非常少见。

 2)AcceptEx可以返回更多的数据。a)AcceptEx可以返回本地和对方ip地址和端口;而不需要调用函数getsockname和getpeername获取网络地址了。b)AcceptEx可以再接收到一段数据后,再返回。这种做法有利有弊,一般不建议这样做。

 3)AcceptEx是先准备套接字(socket)后接收。为了应对突发的连接高峰,可以多次投放AcceptEx。accept是事后建立SOCKET,就是tcp三次握手完成后,accept调用才返回,再生成socket。生成套接字是相对比较耗时的操作,accept的方式无法及时处理突发连接。对于AcceptEx的处理方式为建议做如下处理:一个线程负责创建socket,一个线程负责处理AcceptEx返回。

以上仅仅通过文字说明了AcceptEx的特点。下面通过具体代码,逐一剖析。我将AcceptEx的处理封装到类IocpAcceptEx中。编写该类时,尽量做到高内聚低耦合,使该类可以方便的被其他模块使用。

IocpAcceptEx外部功能说明

class IocpAcceptEx
{
public:
 IocpAcceptEx();
 ~IocpAcceptEx();

 //设置回调接口。当accept成功,调用回调接口。
 void SetCallback(IAcceptCallback* callback);
 // 增加监听端口
 void AddListenPort(UINT16 port);
 //启动服务
 BOOL Start();
 void Stop();
  。。。以下代码省略
}
#define POST_ACCEPT 1
//使用IocpAcceptEx类,必须实现该接口。接收客户端的连接
class IAcceptCallback
{
public:
 virtual void OnAcceptClient(SOCKET hSocketClient, UINT16 nListenPort) = 0;
};

该类的调用函数很简单,对外接口也很明确。说明该类的职责很清楚,这也符合单一职责原则。

实现步骤说明

AcceptEx不但需要与监听端口绑定,还需要与完成端口绑定。所以程序的第一步是创建完成端口:

a)创建完成端口

m_hIocp = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, NULL, 0);
if (m_hIocp == NULL)
  return FALSE;

b)监听端口创建与绑定

//生成套接字
 SOCKET serverSocket = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
 if (serverSocket == INVALID_SOCKET)
 {
  return false;
 }

 //绑定
 SOCKADDR_IN addr;
 memset(&addr, 0, sizeof(addr));
 addr.sin_family = AF_INET;
 addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY ;
 addr.sin_port = htons(port);
 if (bind(serverSocket, (sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) != 0)
 {
  closesocket(serverSocket);
  serverSocket = INVALID_SOCKET;
  return false;
 }

 //启动监听
 if (listen(serverSocket, SOMAXCONN) != 0)
 {
  closesocket(serverSocket);
  serverSocket = INVALID_SOCKET;
  return false;
 }

 //监听端口与完成端口绑定
 if (CreateIoCompletionPort((HANDLE)serverSocket, m_hIocp, (ULONG_PTR)this, 0) == NULL)
 {
  closesocket(serverSocket);
  serverSocket = INVALID_SOCKET;
  return false;
 }

c)投递AcceptEx

struct AcceptOverlapped
{
 OVERLAPPED  overlap;
 INT32 opType;
 SOCKET serverSocket;
 SOCKET clientSocket;

 char lpOutputBuf[128];
 DWORD dwBytes;
};

int IocpAcceptEx::NewAccept(SOCKET serverSocket)
{
 //创建socket
 SOCKET _socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); 

 AcceptOverlapped *ov = new AcceptOverlapped();
 ZeroMemory(ov,sizeof(AcceptOverlapped));
 ov->opType = POST_ACCEPT;
 ov->clientSocket = _socket;
 ov->serverSocket = serverSocket;

 //存放网络地址的长度
 int addrLen = sizeof(sockaddr_in) + 16;

 int bRetVal = AcceptEx(serverSocket, _socket, ov->lpOutputBuf,
  0,addrLen, addrLen,
  &ov->dwBytes, (LPOVERLAPPED)ov);
 if (bRetVal == FALSE)
 {
  int error = WSAGetLastError();
  if (error != WSA_IO_PENDING)
  {
   closesocket(_socket);
   return 0;
  }
 }

 return 1;
}

AcceptEx是非阻塞操作,调用会立即返回。当有客户端连接时,怎么得到通知。答案是通过完成端口返回。注意有一个步骤:监听端口与完成端口绑定,就是serverSocket与m_hIocp绑定,所以当有客户端连接serverSocket时,m_hIocp会得到通知。需要生成线程,等待完成端口的通知。

d)通过完成端口,获取通知

DWORD dwBytesTransferred;
 ULONG_PTR Key;
 BOOL rc;
 int error;

 AcceptOverlapped *lpPerIOData = NULL;
 while (m_bServerStart)
 {
  error = NO_ERROR;
  rc = GetQueuedCompletionStatus(
   m_hIocp,
   &dwBytesTransferred,
   &Key,
   (LPOVERLAPPED *)&lpPerIOData,
   INFINITE);

  if (rc == FALSE)
  {
   error = 0;
   if (lpPerIOData == NULL)
   {
    DWORD lastError = GetLastError();
    if (lastError == WAIT_TIMEOUT)
    {
     continue;
    }
    else
    {
     assert(false);
     return lastError;
    }
   }
  }
  if (lpPerIOData != NULL)
  {
   switch (lpPerIOData->opType)
   {
   case POST_ACCEPT:
   {
    OnIocpAccept(lpPerIOData, dwBytesTransferred, error);
   }
   break;
   }
  }
  else 
  {   
  }
 }
 return 0;
DWORD WINAPI IocpAcceptEx::AcceptExThreadPool(PVOID pContext)
{
 ThreadPoolParam *param = (ThreadPoolParam*)pContext;
 param->pIocpAcceptEx->NewAccept(param->ServeSocket);
 delete param;
 return 0;
}

int IocpAcceptEx::OnIocpAccept(AcceptOverlapped *acceptData, int transLen, int error)
{
 m_IAcceptCallback->OnAcceptClient(acceptData->clientSocket, acceptData->serverSocket);

 //当一个AcceptEx返回,需要投递一个新的AcceptEx。 
 //使用线程池好像有点小题大做。前文已说过,套接字的创建相对是比较耗时的操作。
 //如果不在线程池投递AcceptEx,AcceptEx的优点就被抹杀了。
 ThreadPoolParam *param = new ThreadPoolParam();
 param->pIocpAcceptEx = this;
 param->ServeSocket = acceptData->serverSocket;
 QueueUserWorkItem(AcceptExThreadPool, this, 0);

 delete acceptData;
 return 0;
}

后记

采用完成端口是提高IO处理能力的一个途径(广义上讲,通讯操作也是IO)。为了提高IO处理能力,windows提供很多异步操作函数,这些函数都与完成端口关联,所以这一类处理的思路基本一致。学会了AcceptEx的使用,可以做到触类旁通的效果。

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