AcceptEx與完成埠結合例項

Socket · 發表 2019-01-26 23:03:00

摘要：前言在windows平臺下實現高效能網路伺服器，iocp（完成埠）是唯一選擇。編寫網路伺服器面臨的問題有：1 快速接收客戶端的連線。2 快速收發資料。3 快速處理資料。本文主要解決第一個問題。 AcceptEx函式定義 BOOL AcceptEx...

前言在windows平臺下實現高效能網路伺服器，iocp（完成埠）是唯一選擇。編寫網路伺服器面臨的問題有：1 快速接收客戶端的連線。2 快速收發資料。3 快速處理資料。本文主要解決第一個問題。

AcceptEx函式定義

BOOL AcceptEx(
SOCKETsListenSocket,
SOCKETsAcceptSocket,
PVOIDlpOutputBuffer,
DWORDdwReceiveDataLength,
DWORDdwLocalAddressLength,
DWORDdwRemoteAddressLength,
LPDWORDlpdwBytesReceived,
LPOVERLAPPED lpOverlapped
);

為什麼要用AcceptEx

傳統的accept函式能滿足大部分場景的需要；但在某些極端條件下，必須使用acceptEx來實現。兩個函式的區別如下：

1）accept是阻塞的；在一個埠監聽，必須啟動一個專用執行緒呼叫accept。當然也可以用迂迴的方式，繞過這個限制，處理起來會很麻煩，見文章單執行緒實現同時監聽多個埠。acceptEx是非同步的，可以同時對很多埠監聽（監聽埠的數量沒有上限的限制）。採用迂迴的方式，使用accept監聽，一個執行緒最多監聽64個埠。這一點可能不是AcceptEx最大優點，畢竟同時對多個埠監聽的情況非常少見。

2）AcceptEx可以返回更多的資料。a）AcceptEx可以返回本地和對方ip地址和埠；而不需要呼叫函式getsockname和getpeername獲取網路地址了。b）AcceptEx可以再接收到一段資料後，再返回。這種做法有利有弊，一般不建議這樣做。

3）AcceptEx是先準備套接字（socket）後接收。為了應對突發的連線高峰，可以多次投放AcceptEx。accept是事後建立SOCKET，就是tcp三次握手完成後，accept呼叫才返回，再生成socket。生成套接字是相對比較耗時的操作，accept的方式無法及時處理突發連線。對於AcceptEx的處理方式為建議做如下處理：一個執行緒負責建立socket，一個執行緒負責處理AcceptEx返回。

以上僅僅通過文字說明了AcceptEx的特點。下面通過具體程式碼，逐一剖析。我將AcceptEx的處理封裝到類IocpAcceptEx中。編寫該類時，儘量做到高內聚低耦合，使該類可以方便的被其他模組使用。

IocpAcceptEx外部功能說明

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

//設定回撥介面。當accept成功，呼叫回撥介面。
void SetCallback(IAcceptCallback* callback);
// 增加監聽埠
void AddListenPort(UINT16 port);
//啟動服務
BOOL Start();
void Stop();
。。。以下程式碼省略
}

#define POST_ACCEPT 1
//使用IocpAcceptEx類，必須實現該介面。接收客戶端的連線
class IAcceptCallback
{
public:
virtual void OnAcceptClient(SOCKET hSocketClient, UINT16 nListenPort) = 0;
};

該類的呼叫函式很簡單，對外介面也很明確。說明該類的職責很清楚，這也符合單一職責原則。

實現步驟說明

AcceptEx不但需要與監聽埠繫結，還需要與完成埠繫結。所以程式的第一步是建立完成埠：

a）建立完成埠

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

b）監聽埠建立與繫結

//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;
}

//繫結
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;
}

//啟動監聽
if (listen(serverSocket, SOMAXCONN) != 0)
{
closesocket(serverSocket);
serverSocket = INVALID_SOCKET;
return false;
}

//監聽埠與完成埠繫結
if (CreateIoCompletionPort((HANDLE)serverSocket, m_hIocp, (ULONG_PTR)this, 0) == NULL)
{
closesocket(serverSocket);
serverSocket = INVALID_SOCKET;
return false;
}

c）投遞AcceptEx

struct AcceptOverlapped
{
OVERLAPPEDoverlap;
INT32 opType;
SOCKET serverSocket;
SOCKET clientSocket;

char lpOutputBuf[128];
DWORD dwBytes;
};

int IocpAcceptEx::NewAccept(SOCKET serverSocket)
{
//建立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;

//存放網路地址的長度
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，呼叫會立即返回。當有客戶端連線時，怎麼得到通知。答案是通過完成埠返回。注意有一個步驟：監聽埠與完成埠繫結，就是serverSocket與m_hIocp繫結，所以當有客戶端連線serverSocket時，m_hIocp會得到通知。需要生成執行緒，等待完成埠的通知。

d)通過完成埠，獲取通知

DWORD dwBytesTransferred;
ULONG_PTRKey;
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;

<strong> </strong>

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);

//當一個AcceptEx返回，需要投遞一個新的AcceptEx。 
//使用執行緒池好像有點小題大做。前文已說過，套接字的建立相對是比較耗時的操作。
//如果不線上程池投遞AcceptEx，AcceptEx的優點就被抹殺了。
ThreadPoolParam *param = new ThreadPoolParam();
param->pIocpAcceptEx = this;
param->ServeSocket = acceptData->serverSocket;
QueueUserWorkItem(AcceptExThreadPool, this, 0);

delete acceptData;
return 0;
}

後記 採用完成埠是提高IO處理能力的一個途徑（廣義上講，通訊操作也是IO）。為了提高IO處理能力，windows提供很多非同步操作函式，這些函式都與完成埠關聯，所以這一類處理的思路基本一致。學會了AcceptEx的使用，可以做到觸類旁通的效果。

AcceptEx與完成埠結合例項

a）建立完成埠

b）監聽埠建立與繫結

c）投遞AcceptEx

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