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[转载]IOCP模型的总结

简介:

原文:
IOCP模型的总结

IOCP(I/O Completion Port,I/O完成端口)是性能最好的一种I/O模型。它是应用程序使用线程池处理异步I/O请求的一种机制。在处理多个并发的异步I/O请求时,以往的模型都是在接收请求是创建一个线程来应答请求。这样就有很多的线程并行地运行在系统中。而这些线程都是可运行的,Windows内核花费大量的时间在进行线程的上下文切换,并没有多少时间花在线程运行上。再加上创建新线程的开销比较大,所以造成了效率的低下。 

而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。 

完成端口模型是怎样实现的呢?我们先创建一个完成端口(::CreateIoCompletioPort())。然后再创建一个或多个工作线程,并指定他们到这个完成端口上去读取数据。我们再将远程连接的套接字句柄关联到这个完成端口(还是用::CreateIoCompletionPort())。一切就OK了。 

工作线程都干些什么呢?首先是调用::GetQueuedCompletionStatus()函数在关联到这个完成端口上的所有套接字上等待I/O的完成。再判断完成了什么类型的I/O。一般来说,有三种类型的I/O,OP_ACCEPT,OP_READ和OP_WIRTE。我们到数据缓冲区内读取数据后,再投递一个或是多个同类型的I/O即可(::AcceptEx()、::WSARecv()、::WSASend())。对读取到的数据,我们可以按照自己的需要来进行相应的处理。 

为此,我们需要一个以OVERLAPPED(重叠I/O)结构为第一个字段的per-I/O数据自定义结构。 

typedef struct _PER_IO_DATA
{
         OVERLAPPED ol;      // 重叠I/O结构 
         char buf[BUFFER_SIZE];  // 数据缓冲区 
         int nOperationType;         //I/O操作类型 
#define OP_READ 1
#define OP_WRITE 2
#define OP_ACCEPT 3
} PER_IO_DATA, *PPER_IO_DATA; 

将一个PER_IO_DATA结构强制转化成一个OVERLAPPED结构传给::GetQueuedCompletionStatus()函数,返回的这个PER_IO_DATA结构的的nOperationType就是I/O操作的类型。当然,这些类型都是在投递I/O请求时自己设置的。 

这样一个IOCP服务器的框架就出来了。当然,要做一个好的IOCP服务器,还有考虑很多问题,如内存资源管理、接受连接的方法、恶意的客户连接、包的重排序等等。以上是个人对于IOCP模型的一些理解与看法,还有待完善。另外各Winsock API的用法参见MSDN。

 

补充IOCP模型的实现: 

//创建一个完成端口
FCompletPort := CreateIoCompletionPort( INVALID_HANDLE_VALUE, 0,0,0 ); 

//接受远程连接,并把这个连接的socket句柄绑定到刚才创建的IOCP上
AConnect := accept( FListenSock, addr, len);
CreateIoCompletionPort( AConnect, FCompletPort, nil, 0 ); 

//创建CPU数*2 + 2个线程
for i:=1 to si.dwNumberOfProcessors*2+2 do
begin
  AThread := TRecvSendThread.Create( false );
  AThread.CompletPort := FCompletPort;//告诉这个线程,你要去这个IOCP去访问数据
end; 

OK,就这么简单,我们要做的就是建立一个IOCP,把远程连接的socket句柄绑定到刚才创建的IOCP上,最后创建n个线程,并告诉这n个线程到这个IOCP上去访问数据就可以了。 

再看一下TRecvSendThread线程都干些什么: 

procedure TRecvSendThread.Execute;
var
  ......
begin
  while (not self.Terminated) do
  begin
    //查询IOCP状态(数据读写操作是否完成)
    GetQueuedCompletionStatus( CompletPort, BytesTransd, CompletKey, POVERLAPPED(pPerIoDat), TIME_OUT ); 

    if BytesTransd <> 0  then
       ....;//数据读写操作完成 

    //再投递一个读数据请求
    WSARecv( CompletKey, @(pPerIoDat^.BufData), 1, BytesRecv, Flags, @(pPerIoDat^.Overlap), nil );
  end;
end; 

读写线程只是简单地检查IOCP是否完成了我们投递的读写操作,如果完成了则再投递一个新的读写请求。
应该注意到,我们创建的所有TRecvSendThread都在访问同一个IOCP(因为我们只创建了一个IOCP),并且我们没有使用临界区!难道不会产生冲突吗?不用考虑同步问题吗?
呵呵,这正是IOCP的奥妙所在。IOCP不是一个普通的对象,不需要考虑线程安全问题。它会自动调配访问它的线程:如果某个socket上有一个线程A正在访问,那么线程B的访问请求会被分配到另外一个socket。这一切都是由系统自动调配的,我们无需过问。

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