1、網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù),第8章 WinSock的I/O模型 (1),本次課內(nèi)容： 回顧阻塞和非阻塞套接字 WinSock 的I/O模型介紹 select 模型 WSAAsyncSelect 模型,8.1 套接字的阻塞和非阻塞操作,阻塞,阻塞的accept()操作,非阻塞的recv()操作,套接字I/O模型,問題：套接字何時可以進(jìn)行讀寫等操作？ Winsock2提供5種I/O模型 選擇模型（select Model） 異步選擇模型（WSAAsyncSelect Model） 事件選擇模型（WSAEventSelect Model） 重疊模型（Overlapped Model） 完成端口模型（Complet

2、ion Port Model）,非阻塞模式,WinSock給異步模式提供了五種I/O操作模型，可以靈活的用于各類應(yīng)用需求 非阻塞模式套接字除具備阻塞套接字已有的各項優(yōu)點之外，還進(jìn)行了少許擴(kuò)充，功能更強(qiáng)。,決定了，就用非阻塞的！ How？,ioctlsocket()函數(shù)設(shè)置阻塞/非阻塞,創(chuàng)建套接字后，要將套接字設(shè)置為非阻塞，函數(shù)： int ioctlsocket( SOCKET s, long cmd, u_long FAR *argp ); 用于設(shè)置和獲取與套接字相關(guān)的操作參數(shù)。 參數(shù) s: 套接字描述符。 cmd: 對套接字s的操作命令。 argp：指向cmd命令所帶參數(shù)的指針。 成功返回0

3、,否則,返回SOCKET_ERROR。,cmd FIONBIO：允許或禁止套接字s的非阻塞模式。 argp is zero,禁止非阻塞模式； argp is nonzero,允許非阻塞模式； 當(dāng)一個套接字建立時，默認(rèn)為阻塞模式； FIONREAD：確定套接字s可讀入的數(shù)據(jù)量。argp 指向一個無符號長整型。 如果s是SOCKET_STREAM類型，則FIONREAD返回在一次recv()中所接收的所有數(shù)據(jù)量。 如果s是SOCK_DGRAM 型，則FIONREAD返回套接字上排隊的第一個數(shù)據(jù)報大小。,ioctlsocket使用舉例,unsigned long mode=0; /禁止非阻塞 ioc

4、tlsocket(sockfd,FIONBIO,阻塞與非阻塞通信小結(jié) 通信包括阻塞和非阻塞兩種模式。在網(wǎng)絡(luò)編程時，選擇通信模式是一件很重要的事情。對于不同的協(xié)議，阻塞通信和非阻塞通信有不同的表現(xiàn)。 對于UDP協(xié)議而言，由于UDP沒有發(fā)送緩存，因此所有UDP協(xié)議即使在阻塞模式下也不會發(fā)生阻塞。 對于面向連接的協(xié)議，在連接建立階段，阻塞與非阻塞也表現(xiàn)不一。在阻塞模式下，如果沒有連接請求到達(dá)，則等待連接調(diào)用將阻塞直到有連接請求到達(dá)；但在非阻塞模式下，如果沒有連接請求到達(dá)，等待連接調(diào)用將直接返回。,在連接建立階段，不管是阻塞模式還是非阻塞模式，發(fā)起連接請求的一方總是會使調(diào)用它的進(jìn)程阻塞，阻塞間隔最少等

5、于到達(dá)服務(wù)器的一次往返時間。 通信模式對應(yīng)用程序的設(shè)計方法也有直接的影響。在非阻塞模式下，應(yīng)用程序必須不斷地輪詢是否有數(shù)據(jù)到達(dá)或有連接請求到達(dá)。 這種輪詢的方式耗費的CPU資源較大，要盡可能避免使用，而在阻塞模式下則不存在這一問題，但其缺點是進(jìn)程或線程在執(zhí)行I/O操作時將被阻塞而不能執(zhí)行其他的工作，因此在單進(jìn)程或單線程應(yīng)用中不能使用這種模式。 在多線程應(yīng)用中比較適合采用阻塞模式，一個線程被阻塞不影響其他線程的工作。,8.2 套接字的I/O模型,套接字I/O模型,套接字處于非阻塞模式時，何時可以讀/寫套接字？ 使用套接字I/O模型來確定 Winsock2提供5種I/O模型 選擇模型（select

6、 Model） 異步選擇模型（WSAAsyncSelect Model） 事件選擇模型（WSAEventSelect Model） 重疊模型（Overlapped Model） 完成端口模型（Completion Port Model）,五種I/O模型的概述,選擇模型：程序自發(fā)select查詢多個套接字狀態(tài) 異步選擇模型：套接字有事件，通知指定窗口程序 事件選擇模型：套接字有事件，通知指定事件對象 重疊模型：提交多個I/O請求，完成后通知事件或執(zhí)行指定程序 完成端口模型：創(chuàng)建指定數(shù)目的線程，組成線程池，池內(nèi)的空閑線程對提交的I/O請求逐個處理。,操作系統(tǒng)對套接字I/O模型的支持情況,所有Win

7、dows平臺都支持套接字以阻塞或非阻塞方式工作。然而，并非每種平臺都支持每一種I/O模型。在當(dāng)前版本的Windows CE 中，僅提供了一個I/O模型。,套接字的select模型,select模型,select模型是WinSock中最常見的I/O模型。 程序調(diào)用select函數(shù)自發(fā)查詢一個或多個套接字的狀態(tài)，判斷套接字上是否存在數(shù)據(jù)，或者能否向一個套接字寫入數(shù)據(jù)。 既能防止應(yīng)用程序在套接字處于阻塞模式時，在一次I/O操作后被阻塞，同時也能防止在套接字處于非阻塞模式時，產(chǎn)生WSAEWOULDBLOCK錯誤。,select函數(shù)如下： int select( intnfds，/描述符值域，Windo

8、ws下可忽略 fd_set *readfds，/檢查可讀性集合 fd_set *writefds，/檢查可寫性集合 fd_set *exceptfds，/檢查錯誤集合 const struct timeval *timeout/等待時間);,select函數(shù)如下： int select( intnfds，/描述符值域，Windows下可忽略 fd_set *readfds，/檢查可讀性集合 fd_set *writefds，/檢查可寫性集合 fd_set *exceptfds，/檢查錯誤集合 const struct timeval *timeout/等待時間); fd_set 數(shù)據(jù)類型代表著

9、一系列特定套接字的集合。 typedef struct fd_set u_int fd_count; /反映fd_array的實際元素數(shù)量 SOCKET fd_arrayFD_SETSIZE; / 套接字句柄數(shù)組 fd_set;,此函數(shù)用于檢測一個或多個套接字的狀態(tài)。套接字的狀態(tài)包括可讀、可寫、出錯。 需要檢測狀態(tài)的套接字集合由一個fd_set結(jié)構(gòu)指示，分別為readfds，writefds，exceptfds（不能同時為NULL）。 參數(shù)timeout指向timeval結(jié)構(gòu)，用于指定select等待I/O操作完成的時間。如timeout是一個空指針，select調(diào)用會無限期地，直到至少有一個

10、套接字滿足條件。,timeval結(jié)構(gòu)的格式為： struct timeval long tv_sec;/秒(s) long tv_usec;/毫秒(ms) ; select函數(shù)調(diào)用失敗，返回SOCKET_EEROR;超時返回0；成功返回所有集合中滿足條件的套接字?jǐn)?shù)量。同時傳入的套接字集合被更新，集合中保留滿足條件的套接字,readfds集合包括等待可讀性檢查的套接口： 有數(shù)據(jù)可以讀入。 連接已經(jīng)關(guān)閉、重設(shè)或中止。 偵聽套接字調(diào)用了listen()，若有連接請求到達(dá)，那么accept函數(shù)調(diào)用會成功。 writefds集合包括等待可寫性檢查的套接口： 未處于connect()調(diào)用中，意味著send

11、()和sendto()調(diào)用可以無阻塞的發(fā)出數(shù)據(jù)。 如果正在connect()連接（非阻塞），可寫性意味著連接順利建立。 exceptfds集合包括滿足下述任何一個條件套接字： 假如套接口正在進(jìn)行connect()（非阻塞），則連接試圖的失敗將會表現(xiàn)在exceptfds參數(shù)中。 有帶外(Out-of-band,OOB)數(shù)據(jù)可供讀取。,readfds,writefds,exceptfds,套接字集合,有事情發(fā)生,有未決的連接請求,數(shù)據(jù)可讀,連接關(guān)閉/重啟/中斷,連接成功(connect),可寫數(shù)據(jù),連接失敗(connect),帶外數(shù)據(jù)可讀,選擇(select)模型處理方式,select(),假定想

12、測試一個套接字是否“可讀”，必須將該套接字增添到readfds集合，再等待select函數(shù)完成。 select完成之后，必須判斷該套接字是否仍在readfds集合中，若在，便表明該套接字“可讀”，可從它上面讀取數(shù)據(jù)。 Winsock提供了下列宏操作，對fd_set套接字集合進(jìn)行處理與檢查： FD_CLR(s, *set)：從set中刪除套接字s。 FD_ISSET(s, *set)：檢查s是否在set集合中，若是返回TRUE，否則返回FALSE。 FD_SET(s, *set)：將套接字s加入集合set。 FD_ ZERO( * set )：將set初始化成空集合,使用select模型的編程步

13、驟： 建立fd_set集合s，用來存放待使用的套接字。 將套接字添加到集合s中。 確定要檢查的套接字集合Xi（1= i =3）。 使用FD_ZERO宏,初始化Xi 。 使用FD_SET宏,根據(jù)需要將套接字句柄添加到Xi中 調(diào)用select函數(shù) 根據(jù)select函數(shù)的返回值進(jìn)行處理，當(dāng)成功返回時，判斷s中套接字是否在Xi中，并進(jìn)行相應(yīng)處理 回到4,select模型實例分析,select模式實例,實現(xiàn)一個阻塞的TCP套接字服務(wù)器，端口5150; 主線程不斷的接受客戶端的連接; 工作線程利用 select() 函數(shù)不斷檢查是否有數(shù)據(jù)可以讀?。挥袆t讀取，原樣發(fā)送給客戶端。,select模式實例,/ 頭

14、文件 #include stdafx.h #include winsock2.h #include stdio.h #define PORT 5150 #define MSGSIZE 1024 #pragma comment(lib, ws2_32.lib) int g_iTotalConn = 0; /全局計數(shù)器 SOCKET g_CliSocketArrFD_SETSIZE; /全局通信套接字 DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam); /聲明處理數(shù)據(jù)接收的線程函數(shù),int main(int argc, char* argv) WSADATA ws

15、aData; SOCKET sListen, sClient; SOCKADDR_IN local, client; int iAddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN); DWORD dwThreadId; / 初始化Winsock動態(tài)鏈接庫 WSAStartup(0 x0202, ,/ 綁定到IP和端口 local.sin_family = AF_INET; local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY); local.sin_port = htons(PORT); bind(sListen, (sockaddr*),whil

16、e (TRUE) / 接受客戶端連接 sClient = accept(sListen, (sockaddr*) ,DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam) int i; fd_set fdread; /定義一個FD集合，用于測試read int ret; struct timeval tv = 1, 0; /1秒的間隔 char szMessageMSGSIZE;/接收緩沖區(qū) while (TRUE) FD_ZERO( ,/ 我們只關(guān)心這些套接字里面有沒有數(shù)據(jù)可以read ret = select(0, ,if (ret = 0 | (ret = S

17、OCKET_ERROR /最后一個滿足條件的套接字放到i，將i、 g_iTotalConn減一, else /if (ret=) / ret0，沒出錯，收到ret個字節(jié) szMessageret = /0; send(g_CliSocketArri, szMessage, strlen(szMessage), 0); ,select模型的優(yōu)點：可以在單線程內(nèi)管理多個套接字，最大套接字?jǐn)?shù)量取決于FD_SETSIZE的大小，Winsock2.h中定義為64，用戶也可自行定義，但不能超過1024。 缺點：調(diào)用select前后對所有套接字都要進(jìn)行遍歷操作，以便設(shè)置和檢查。當(dāng)FD_SETSIZE太大時，

18、服務(wù)器性能明顯下降。,最通俗淺顯的“IO模式”解析,老陳有幾個在外地工作的女兒，不能經(jīng)?；貋?，老陳和她們通過信件聯(lián)系。她們的信會被郵遞員投遞到老陳的信箱里。 情況與Socket模型非常類似。,select模型,老陳非常想看到女兒的信。以至于他每隔10分鐘就下樓檢查信箱，看是否有女兒的信，在這種情況下，“下樓檢查信箱”然后回到樓上耽誤了老陳太多的時間，以至于老陳無法做其他工作。 select模型和老陳的這種情況非常相似：周而復(fù)始地去檢查.如果有數(shù)據(jù).接收/發(fā)送.,套接字的WSAAsyncSelect模型,WSAAsyncSelect模型,WSAAsyncSelect模型是WinSock中另一個常

19、用的異步I/O模型。 該模型可在套接字上接收以Windows消息為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)事件通知。 調(diào)用WSAAsyncSelect函數(shù)自動將套接字設(shè)置為非阻塞模式，并向WinSock DLL注冊一個或多個感興趣的網(wǎng)絡(luò)事件，同時提供接收通知時使用的窗口句柄，當(dāng)注冊的網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時，對應(yīng)的窗口將收到一個基于消息的通知。,WSAAsyncSelect函數(shù)如下： int WSAAPI WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd, unsigned int wMsg, long lEvent );,s為需要事件通知的套接字,hWnd為接收消息的窗口句柄,wMsg為要接收的消息,lEve

20、nt為掩碼，指定應(yīng)用程序感興趣的網(wǎng)絡(luò)事件組合,用于WSAAsyncSelect函數(shù)的網(wǎng)絡(luò)事件類型,用法舉例,要接收讀寫通知： #define WM_SOCKET WM_USER + 101 int nResult = WSAAsyncSelect(s,hWnd,WM_SOCKET,FD_READ|FD_WRITE)； if(nResult=SOCKET_ERROR) /錯誤處理 ,問題1：對監(jiān)聽套接字和通信套接字應(yīng)如何設(shè)置消息通知？設(shè)置哪些事件？ 監(jiān)聽套接字： WSAAsyncSelect(sListen,hWnd,WM_SOCKET,FD_ACCEPT|FD_CLOSE)； 通信套接字： W

21、SAAsyncSelect(sComm,hWnd,WM_SOCKET,FD_READ|FD_WRITE|FD_CLOSE)；,注意: 多個事件務(wù)必在套接字上一次注冊！ 一旦在某個套接字上允許了事件通知，除非以后明確調(diào)用closesocket()，或者由應(yīng)用程序針對該套接字調(diào)用了WSAAsyncSelect，從而更改了注冊的網(wǎng)絡(luò)事件類型，否則的話，事件通知會永遠(yuǎn)有效！ 若將lEvent參數(shù)設(shè)為0，效果相當(dāng)于停止在套接字上進(jìn)行的所有網(wǎng)絡(luò)事件通知。,只接受一個消息設(shè)置.下面的代碼將不會工作;第二個調(diào)用將會使第一次調(diào)用的作用失效,只有FD_WRITE會通過wMsg2消息通知到。 1、 WSAAsync

22、Select(s, hWnd, wMsg1, FD_READ);2、 WSAAsyncSelect(s, hWnd, wMsg2, FD_WRITE); 如果要取消所有的通知,也就是指出Windows Sockets的實現(xiàn)不再在套接口上發(fā)送任何和網(wǎng)絡(luò)事件相關(guān)的消息,則lEvent應(yīng)置為0. WSAAsyncSelect(s, hWnd, 0, 0);,應(yīng)用程序在一個套接字上成功調(diào)用了WSAAsyncSelect之后，應(yīng)用程序會在與hWnd窗口句柄參數(shù)對應(yīng)的窗口處理函數(shù)中，以Windows消息的形式，接收網(wǎng)絡(luò)事件通知。 窗口處理函數(shù)定義如下：,LRESULT CALLBACK WindowPro

23、c（HWND hwhd， UINT uMsg， WPARAM wParam， LPARAM IParam） 參數(shù)： hwnd：指向窗口的句柄。 uMsg：指定消息類型。 wParam：指定消息的附加信息。該參數(shù)的內(nèi)容與UMsg參數(shù)值有關(guān)。 IParam：指定消息的附加信息。該參數(shù)的內(nèi)容與uMsg參數(shù)值有關(guān)。 返回值：返回值就是消息處理結(jié)果，它與發(fā)送的消息有關(guān)。,wParam， IParam參數(shù)在uMsg WM_SOCKET時的含義： wParam指定發(fā)生網(wǎng)絡(luò)事件的套接字。 IParam指定發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)事件和錯誤代碼。 其中高字位指出網(wǎng)絡(luò)錯誤。采用宏：WSAGETSELECTERROR，可用它返回

24、高字節(jié)包含的錯誤信息，如下： #define WSAGETSELECTERROR(lParam) HIWORD(lParam) 低字位指出發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)事件，采用宏：WSAGETSELECTEVENT，返回網(wǎng)絡(luò)事件 #define WSAGETSELECTEVENT(lParam) LOWORD(lParam),收到 FD_READ 事件通知的情況： （1）調(diào)用 WSAAsyncSelect （）對 socket 設(shè)定 FD_READ 事件時，接收緩沖區(qū)中已有數(shù)據(jù)。 （2）接收緩沖區(qū)由空變?yōu)橛袛?shù)據(jù) （3）調(diào)用 recv（） 或 recvfrom （）從 接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)時沒有讀完。,收到FD_W

25、RITE事件通知的情況： 使用connect或WSAConnect，一個套接字首次建立了連接。 使用accept或WSAAccept，套接字被接受以后。 若send、WSASend、sendto或WSASendTo操作失敗，返回了WSAEWOULDBLOCK錯誤，而且緩沖區(qū)的空間變得可用。 應(yīng)用程序，自收到首條FD_WRITE消息開始，便應(yīng)認(rèn)為自己必然能在一個套接字上發(fā)出數(shù)據(jù)，直至一個send、WSASend、sendto或WSASendTo返回套接字錯誤WSAEWOULDBLOCK。經(jīng)過了這樣的失敗以后，系統(tǒng)要再用另一條FD_WRITE通知應(yīng)用程序再次發(fā)送數(shù)據(jù)。,使用WSAAsyncSele

26、ct模型編程步驟： Winsock初始化 自定義WM_SOCKET 消息 創(chuàng)建窗口，必須有窗體才有消息處理 創(chuàng)建套接字 調(diào)用WSAAsyncSelect()定義需要響應(yīng)的Socket動作 編寫WindowProc()完成Socket相關(guān)動作處理,示例：WSAAsyncSelect模式的服務(wù)器,#pragma once #include #include #define PORT 5150 #define MSGSIZE 1024 #define WM_SOCKET WM_USER+0 #pragma comment(lib, ws2_32.lib) LRESULT CALLBACK WndPr

27、oc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);,int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, PSTR szCmdLine, int iCmdShow) static TCHAR szAppName = _T(AsyncSelect Model); HWND hwnd ; MSG msg ; WNDCLASS wndclass ; /此處省略了 wndclass 的風(fēng)格定義 if (!RegisterClass( ,hwnd = CreateWindow (szAppName, / window class name TEXT (AsyncSelect Model), / window caption WS_OVERLAPPEDWINDOW, / window style CW_USEDEFAULT, / initial x position CW_USEDEFAULT, / initial y position