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Socket模型

 戴氏图书 2013-09-25
Socket模型大致有5种:
1.同步选择模型  堵塞性             select()
2.异步选择模型  非堵塞型          WSAAsncSelect()
3.事件选择模型                         WSAEventSelect()
4.重叠 I/O 模型                         Overlapped I/O
5.完成端口模型                         Completion Port

1.select
1.将当前所有的客户端套接字加入到读集fdread中;
2.调用select函数;
3.查看某个套接字是否仍然处于读集中,如果是,则接收数据。如果接收的数据长度为0,或者发生WSAECONNRESET错误,则表示客户端套接字主动关闭,这时需要将服务器中对应的套接字所绑定的资源释放掉,然后调整我们的套接字数组(将数组中最后一个套接字挪到当前的位置上)
2.WSAAsncSelect
1.在WM_CREATE消息处理函数中,初始化Windows Socket library,创建监听套接字,绑定,监听,并且调用WSAAsyncSelect函数表示我们关心在监听套接字上发生的FD_ACCEPT事件;
2.自定义一个消息WM_SOCKET,一旦在我们所关心的套接字(监听套接字和客户端套接字)上发生了某个事件,系统就会调用WndProc并且message参数被设置为WM_SOCKET;
3.在WM_SOCKET的消息处理函数中,分别对FD_ACCEPT、FD_READ和FD_CLOSE事件进行处理;
4.在窗口销毁消息(WM_DESTROY)的处理函数中,我们关闭监听套接字,清除Windows Socket library
3.WSAEventSelect
将每个套接字都和一个WSAEVENT对象对应起来,并且在关联的时候指定需要关注的哪些网络事件。一旦在某个套接字上发生了我们关注的事件(FD_READ和FD_CLOSE),与之相关联的WSAEVENT对象被Signaled。程序定义了两个全局数组,一个套接字数组,一个WSAEVENT对象数组,其大小都是MAXIMUM_WAIT_OBJECTS(64),两个数组中的元素一一对应。
同样的,这里的程序没有考虑两个问题,一是不能无条件的调用accept,因为我们支持的并发连接数有限。解决方法是将套接字按MAXIMUM_WAIT_OBJECTS分组,每MAXIMUM_WAIT_OBJECTS个套接字一组,每一组分配一个工作者线程;或者采用WSAAccept代替accept,并回调自己定义的Condition Function。第二个问题是没有对连接数为0的情形做特殊处理,程序在连接数为0的时候CPU占用率为100%。
4.Overlapped 
使用Winsock2提供的异步I/O函数WSARecv。在调用WSARecv时,指定一个WSAOVERLAPPED结构,这个调用不是阻塞的,也就是说,它会立刻返回。一旦有数据到达的时候,被指定的WSAOVERLAPPED结构中的hEvent被Signaled。
5.Completion 
 
1.创建完成端口对象
2.创建工作者线程(这里工作者线程的数量是按照CPU的个数来决定的,这样可以达到最佳性能)
3.创建监听套接字,绑定,监听,然后程序进入循环
4.在循环中,我做了以下几件事情:
(1).接受一个客户端连接
(2).将该客户端套接字与完成端口绑定到一起(还是调用CreateIoCompletionPort,但这次的作用不同),注意,按道理来讲,此时传递给CreateIoCompletionPort的第三个参数应该是一个完成键,一般来讲,程序都是传递一个单句柄数据结构的地址,该单句柄数据包含了和该客户端连接有关的信息,由于我们只关心套接字句柄,所以直接将套接字句柄作为完成键传递;
(3).触发一个WSARecv异步调用,这次又用到了“尾随数据”,使接收数据所用的缓冲区紧跟在WSAOVERLAPPED对象之后,此外,还有操作类型等重要信息。

五种I/O模型的比较
我会从以下几个方面来进行比较
*有无每线程64连接数限制
如果在选择模型中没有重新定义FD_SETSIZE宏,则每个fd_set默认可以装下64个SOCKET。同样的,受MAXIMUM_WAIT_OBJECTS宏的影响,事件选择、用事件通知实现的重叠I/O都有每线程最大64连接数限制。如果连接数成千上万,则必须对客户端套接字进行分组,这样,势必增加程序的复杂度。
相反,异步选择、用完成例程实现的重叠I/O和完成端口不受此限制。
 
*线程数
除了异步选择以外,其他模型至少需要2个线程。一个主线程和一个辅助线程。同样的,如果连接数大于64,则选择模型、事件选择和用事件通知实现的重叠I/O的线程数还要增加。
 
*实现的复杂度
我的个人看法是,在实现难度上,异步选择<选择<用完成例程实现的重叠I/O<事件选择<完成端口<用事件通知实现的重叠I/O
 
*性能
由于选择模型中每次都要重设读集,在select函数返回后还要针对所有套接字进行逐一测试,我的感觉是效率比较差;完成端口和用完成例程实现的重叠I/O基本上不涉及全局数据,效率应该是最高的,而且在多处理器情形下完成端口还要高一些;事件选择和用事件通知实现的重叠I/O在实现机制上都是采用WSAWaitForMultipleEvents,感觉效率差不多;至于异步选择,不好比较。所以我的结论是:选择<用事件通知实现的重叠I/O<事件选择<用完成例程实现的重叠I/O<完成端口

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