本文作者:sodme
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  完成端口模型,针对于WIN平台的其它异步网络模型而言,最大的好处,除了性能方面的卓越外,还在于完成端口在传递网络事件的通知时,可以一并传递与此事件相关的应用层数据。这个应用层数据,体现在两个方面:一是单句柄数据,二是单IO数据。

  GetQueuedCompletionStatus函数的原型如下:
  WINBASEAPI
  BOOL
  WINAPI
  GetQueuedCompletionStatus(
      IN  HANDLE CompletionPort,
      OUT LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,
      OUT PULONG_PTR lpCompletionKey,
      OUT LPOVERLAPPED *lpOverlapped,
      IN  DWORD dwMilliseconds
     );
  其中,我们把第三个参数lpCompletionKey称为完成键,由它传递的数据称为单句柄数据。我们把第四个参数lpOverlapped称为重叠结构体,由它传递的数据称为单IO数据。

  以字面的意思来理解,lpCompletionKey内包容的东西应该是与各个socket一一对应的,而lpOverlapped是与每一次的wsarecv或wsasend操作一一对应的。

  在网络模型的常见设计中,当一个客户端连接到服务器后,服务器会通过accept或AcceptEx创建一个socket,而应用层为了保存与此socket相关的其它信息(比如:该socket所对应的sockaddr_in结构体数据,该结构体内含客户端IP等信息,以及为便于客户端的逻辑包整理而准备的数据整理缓冲区等),往往需要创建一个与该socket一一对应的客户端底层通信对象,这个对象可以负责保存仅在网络层需要处理的数据成员和方法,然后我们需要将此客户端底层通信对象放入一个类似于list或map的容器中,待到需要使用的时候,使用容器的查找算法根据socket值找到它所对应的对象然后进行我们所需要的操作。

  让人非常高兴的是,完成端口“体贴入微”,它已经帮我们在每次的完成事件通知时,稍带着把该socket所对应的底层通信对象的指针送给了我们,这个指针就是lpCompletionKey。也就是说,当我们从GetQueuedCompletionStatus函数取得一个数据接收完成的通知,需要将此次收到的数据放到该socket所对应的通信对象整理缓冲区内对数据进行整理时,我们已经不需要去执行list或map等的查找算法,而是可以直接定位这个对象了,当客户端连接量很大时,频繁查表还是很影响效率的。哇哦,太帅了,不是吗?呵呵。

  基于以上的认识,我们的lpCompletionKey对象可以设计如下:
  typedef struct PER_HANDLE_DATA
  {
    SOCKET socket;             //本结构体对应的socket值
    sockaddr_in addr;          //用于存放客户端IP等信息
    char DataBuf[ 2*MAX_BUFFER_SIZE ];  //整理缓冲区,用于存放每次整理时的数据
  }

  PER_HANDLE_DATA与socket的绑定,通过CreateIOCompletionPort完成,将该结构体地址作为该函数的第三个参数传入即可。而PER_HANDLE_DATA结构体中addr成员,是在accept执行成功后进行赋值的。DataBuf则可以在每次WSARecv操作完成,需要整理缓冲区数据时使用。

  下面我们再来看看完成端口的收、发操作中所使用到的重叠结构体OVERLAPPED。

  关于重叠IO的知识,请自行GOOGLE相关资料。简单地说,OVERLAPPED是应用层与核心层交互共享的数据单元,如果要执行一个重叠IO操作,必须带有OVERLAPPED结构。在完成端口中,它允许应用层对OVERLAPPED结构进行扩展和自定义,允许应用层根据自己的需要在OVERLAPPED的基础上形成新的扩展OVERLAPPED结构。一般地,扩展的OVERLAPPED结构中,要求放在第一个的数据成员是原OVERLAPPED结构。我们可以形如以下方式定义自己的扩展OVERLAPPED结构:
  typedef struct PER_IO_DATA
  {
    OVERLAPPED ovl;
    WSABUF           buf;
    char                    RecvDataBuf[ MAX_BUFFER_SIZE ];   //接收缓冲区
    char                    SendDataBuf[ MAX_BUFFER_SIZE ];   //发送缓冲区
    OpType              opType;                                                       //操作类型:发送、接收或关闭等
  }
  
  在执行WSASend和WSARecv操作时,应用层会将扩展OVERLAPPED结构的地址传给核心,核心完成相应的操作后,仍然通过原有的这个结构传递操作结果,比如“接收”操作完成后,RecvDataBuf里存放便是此次接收下来的数据。

  根据各自应用的不同,不同的完成端口设计者可能会设计出不同的PER_HANDLE_DATA
和PER_IO_DATA,我这里给出的设计也只是针对自己的应用场合的,不一定就适合你。但我想,最主要的还是要搞明白PER_HANDLE_DATA和PER_IO_DATA两种结构体的含义、用途,以及调用流程。


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