文章目录

一什么是完成端口（completion port）对象
二使用IOCP的方法
- 创建完成端口对象
- I/O服务线程和完成端口
- 完成端口和重叠I/O
三恰当地关闭IOCP
四 IOCP大概的处理流程
五一个简单示例具体编程流程

当应用程序必须一次管理多个套接字时，完成端口模型提供了最好的系统性能。这个模型也提供了最好的伸缩性，它非常适合用来处理上百上千个套接字。

IOCP模型是事先开好了N个线程，存储在线程池中，让他们hold。然后将所有用户的请求都投递到一个完成端口上，然后N个工作线程逐一地从完成端口中取得用户消息并加以处理。这样就避免了为每个用户开一个线程。既减少了线程资源，又提高了线程的利用率。

一什么是完成端口（completion port）对象

I/O完成端口是应用程序使用线程池处理异步I/O请求的一种机制。处理多个并发异步I/O请求时，使用I/O完成端口比在I/O请求时创建线程更快更有效。

二使用IOCP的方法

创建完成端口对象

使用完成端口模型，首先要调用CreateIoCompletionPort函数创建一个完成端口对象，Winsock将使用这个对象为任意数量的套接字句柄管理I/O请求。函数定义如下：

HANDLE CreateIoCompletionPort(  HANDLE hFile,                          //要关联的套接字句柄HANDLE hExistingCompletionPort,         //创建的完成端口对象句柄ULONG_PTR CompletionKey,        //制定一个句柄唯一数据，它将与套接字句柄关联在一起。应用程序可以在此存储任意类型的信息，通常是一个指针DWORD dwNumberOfConcurrentThreads   //允许在完成端口上同时执行的线程的数量);

此函数有两个不同的功能：
1 创建一个完成端口对象；
2 将一个或多个文件句柄（套接字句柄）关联到I/O完成端口对象

I/O服务线程和完成端口

成功创建完成端口对象之后，就可以向这个完成端口对象关联套接字句柄了。在关联套接字之前，需要先创建一个或多个工作线程（成为I/O服务线程），在完成端口上执行并处理投递到完成端口上的I/O请求。

有了足够的工作线程来处理完成端口上的I/O请求后，就该为完成端口关联套接字句柄，这使用到了CreateIoCompletionPort的前三个参数。CompletionKey参数通常用来描述与套接字相关的信息，所以称它为句柄唯一(per=handle)数据。

完成端口和重叠I/O

在完成端口关联套接字句柄之后，便可以通过在套接字上投递重叠发送和接收请求处理I/O了。这些I/O操作完成时，I/O系统会向完成端口对象发送一个完成通知封包。

I/O完成端口以先进先出的方式为这些封包排队。应用程序使用GetQueuedCompletionSatus函数可以取得这些队列中的封包。这个函数应该在处理完成端口对象I/O的服务线程中调用。

GetQueuedCompletionStatus(HANDLE CompletionPort,            //完成端口对象句柄LPDWORD lpNumberOfBytes      	    //取得I/O操作期间传输的字节数PULONG_PTR lpCompletionKey, 	    //取得在关联套接字时指定的句柄唯一数据(指针)LPOVERLAPPED* lpOverlapped,      //取得投递I/O操作时指定的OVERLAPPED 结构DWORD dwMilliseconds            //如果完成端口没有完成封包，此参数指定了等待的事件，INFINIE为无穷大)

I/O服务线程调用GetQueuedCompletionStatus函数取得有事件发生的套接字的信息，通过lpNumberOfBytes参数得到传输的字节数量，通过lpCompletionKey参数得到与套接字关联的句柄唯一(per-handle)数据，通过lpOverlapped参数得到投递I/O请求时使用的重叠对象地址，进一步得到I/O唯一(per-I/O)数据。

lpCompletionKey参数包含了我们称为per-Handle的数据，因为当套接字第一次与完成端口关联时，这个数据就关联到一个套接字句柄。这是传递给CreateIoCompletionPort函数的CompletionKey参数。

lpOverlapped参数指向一个OVERLAPPED结构，结构后面便是我们称为per-I/O的数据，这可以是工作线程处理完成封包时想要知道的任何信息。

三恰当地关闭IOCP

略

四 IOCP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
4 主线程循环里调用accept等待客户端连接
5 主线程里accept返回新连接后，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这里等待新的客户连接
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），然后紧接着发出WSASend/WSARecv,并继续下一次循环阻塞在GetQueuedCompletionStatus()这里。

流程图：

在这里插入图片描述
上述流程中有两种类型的线程 —主线程和它创建的线程，主线程创建监听套接字，创建额外的工作线程，关联IOCP，负责等待和接受到来的连接等；由主线程创建的线程负责处理I/O事件，这些线程调用GetQueuedCompletionStatus函数在完成端口对象上等待完成的I/O操作。

五一个简单示例具体编程流程

1 创建一个完成端口对象，创建一个或多个服务线程，服务线程调用GetQueuedCompletionStatus取得完成I/O通知信息。主线程接收连接，将新套接字关联到完成端口上，然后在新连接上投递Read I/O异步请求。

2 服务线程从GetQueuedCompletionStatus函数返回后，根据per-handle I/O数据中的信息，做出相应的处理，并继续投递下一个Read I/O异步请求。

#define _WIN32_WINNT 0x0400   #include<windows.h>
#include<cstdio>
#include"InitSocket.h"#define BUFFER_SIZE 2048CInitSock initSock ; //进入main函数前已经进行了初始化typedef	struct _PER_HANDLE_DATA			//per-handle数据
{SOCKET s ;							//对应的套接字句柄sockaddr_in addr ;					//客户方地址
}  PER_HANDLE_DATA ,*PPER_HANDLE_DATA ;/********************************************************/
//包含版本
typedef	struct _PER_IO_DATA		//per-I/O数据
{OVERLAPPED ol ;				//重叠结构,必须放作第一个结构,用C++派生的方法更好char buf[BUFFER_SIZE] ;		//数据缓冲区int nOperationType ;		//操作类型#define	OP_READ 1				//操作类型码
#define	OP_WRITE 2
#define	OP_ACCEPT 3
} PER_IO_DATA,*PPER_IO_DATA ;
/**********************************************************//************************************************************ 派生版本的
class _PER_IO_DATA : public OVERLAPPED
{public :char buf[BUFFER_SIZE] ;int nOperationType ;
#define	OP_READ 1				//操作类型码
#define	OP_WRITE 2
#define	OP_ACCEPT 3
} ;
typedef	 _PER_IO_DATA PER_IO_DATA ;
typedef	PER_IO_DATA *PPER_IO_DATA;
***************************************************/DWORD WINAPI ServerThread(LPVOID lpParam)  ;int main(void)
{int nPort = 4567 ;//创建完成端口对象，创建工作线程处理完成端口对象中的事件HANDLE hCompletion = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE,0,0,0) ;CreateThread(NULL,0,ServerThread,(LPVOID)hCompletion,0,0) ;//创建监听套接字，绑定到本地地址，开始监听SOCKET sListen = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0) ;SOCKADDR_IN si ;si.sin_family = AF_INET ;si.sin_port = ntohs(nPort) ;si.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY ;bind(sListen,(sockaddr*)&si,sizeof(si)) ;listen(sListen,5) ;//循环处理到来的连接while(TRUE){//等待接受未决的连接请求SOCKADDR_IN saRemote ;int nRemoteLen = sizeof(saRemote) ;SOCKET sNew = accept(sListen,(sockaddr*)&saRemote,&nRemoteLen) ;//接受到新连接之后，为创建一个per-handle数据，并将它们关联到完成端口对象PPER_HANDLE_DATA pPerHandle = (PPER_HANDLE_DATA)GlobalAlloc(GPTR,sizeof(PER_HANDLE_DATA)) ;pPerHandle->s = sNew ;memcpy(&pPerHandle->addr,&saRemote,nRemoteLen) ;CreateIoCompletionPort((HANDLE)pPerHandle->s,hCompletion,(DWORD)pPerHandle,0) ; //关联，不是创建.涉及到转型,将指针转为DWORD,与pPerHandle->s关联的唯一数据就是PerHandle//投递一个接收请求PPER_IO_DATA pPerIO = (PPER_IO_DATA)GlobalAlloc(GPTR,sizeof(PER_IO_DATA)) ;pPerIO->nOperationType = OP_READ ;WSABUF buf ;buf.buf = pPerIO->buf ;buf.len = BUFFER_SIZE ;DWORD dwRecv ;DWORD dwFlags = 0 ;//作为引子的接收请求，引发接收操作//与该套接字相关的OVERLAPPED结构WSARecv(pPerHandle->s,&buf,1,&dwRecv,&dwFlags,&pPerIO->ol,NULL) ; }return 0 ;
}//服务线程
DWORD WINAPI ServerThread(LPVOID lpParam) 
{//得到完成端口对象句柄`HANDLE hCompletion = (HANDLE)lpParam ;DWORD dwTrans ;PPER_HANDLE_DATA pPerHandle ;PPER_IO_DATA pPerIO ;while(TRUE){//在关联到此完成端口的所有套接字上等待I/O完成,倒数第二个参数的作法其实是非常不适当的BOOL bOK = GetQueuedCompletionStatus(hCompletion,&dwTrans,(LPDWORD)&pPerHandle,(LPOVERLAPPED*)&pPerIO,WSA_INFINITE) ;if(!bOK) //在此套接字上有错误发生{closesocket(pPerHandle->s) ;	GlobalFree(pPerHandle) ;GlobalFree(pPerIO) ;continue ;}//套接字被对方关闭if(dwTrans == 0 && (pPerIO->nOperationType == OP_READ || pPerIO->nOperationType == OP_WRITE)){closesocket(pPerHandle->s) ;GlobalFree(pPerHandle) ;GlobalFree(pPerIO) ;continue ;}switch(pPerIO->nOperationType)		//通过per-I/O数据中的nOperationType域查看什么I/O请求完成了{case OP_READ : //完成一个接收请求{pPerIO->buf[dwTrans] = '\0' ;printf(pPerIO->buf) ;//继续投递接收I/O请求WSABUF buf ;buf.buf = pPerIO->buf ;buf.len = BUFFER_SIZE ;pPerIO->nOperationType = OP_READ ;DWORD nFlags = 0 ;WSARecv(pPerHandle->s,&buf,1,&dwTrans,&nFlags,&pPerIO->ol,NULL) ; //继续引发在该套接字上面的接收操作//投递一个发送请求I/O,我自己添加，为了测试OR_WRITE之用PPER_IO_DATA pSendPerIO = (PPER_IO_DATA)GlobalAlloc(GPTR,sizeof(PER_IO_DATA)) ;pSendPerIO->nOperationType = OP_WRITE ;memcpy(pSendPerIO->buf,pPerIO->buf,dwTrans) ;WSABUF dbuf ;dbuf.buf = pSendPerIO->buf ;dbuf.len = dwTrans ;           //如果大于客户端的接收缓冲区，则客户端需要重复多次recv才能接收完所有数据WSASend(pPerHandle->s,&dbuf,1,&dwTrans,nFlags,&pSendPerIO->ol,NULL); //引发在该套接字上面的发送操作} break ;case OP_WRITE :{printf("发送数据完成\n");}break ;case OP_ACCEPT : //这个多余的，因为主线程因为在accpet了break ;}}return 0 ;
}