IOCP浅析[二]——IOCP出现的意义和函数接口

winston

上一篇《IOCP浅析》中翻翻的谈了一下IOCP的简单含义，这篇稍微深入讨论下IOCP到底有什么好的，让大家将他推向神坛，同时简单的讨论下基本函数。
IOCP出现的意义？
写过网络程序的朋友应该很清楚网络程序的原型代码，startup一个WSADATA，然后建立一个监听socket对象，绑定一个服务器地址，然后开始监听，无限循环的accept来自客户端的消息，建立一个线程来处理消息，accept之后线程就被挂起了，知道收到来自客户端的消息。
这样的模型中服务器对每个客户端都会创建一个线程，优点在于等待请求的线程只做很少的事情，大部分时间该线程都在休息，因为recv函数是阻塞的。
所以这样的效率并不是很高，NT小组意识到这样CPU的大部分时间都耗费在线程的上下文切换上，线程并没有抢到cpu时间来处理自己的工作。
NT小组想到了一个解决办法，实现开好N个线程，将用户的消息都投递到一个消息队列中去，然后事先开好的N个线程逐一从消息队列中取出消息并加以处理，就可以避免为每一个客户端的请求单独开线程，既减少了线程的资源，也提高了线程的利用率。所以I/O完成端口的内核对象在NT3.5中首次被引入，MS还是比较伟大的。
这里你也看到了，IOCP其实称作是一种消息处理的机制差不多，而叫完成端口估计也是有历史原因，亦或者是因为他提供了用户与操作系统的一种接口吧。
ICOP的基本函数接口
创建完成端口

1. HANDLE WINAPI CreateIoCompletionPort(
2.         __in      HANDLE FileHandle,                                // An open file handle or INVALID_HANDLE_VALUE
3.         __in_opt  HANDLE ExistingCompletionPort,        // A handle to an existing I/O completion port or NULL
4.         __in      ULONG_PTR CompletionKey,                        // Completion key
5.         __in      DWORD NumberOfConcurrentThreads        // Number of threads to execute concurrently
6.         );

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第一个参数是指一个已经打开的文件句柄或者空句柄值，一般为客户端的socket 注意：第一个参数HANDLE在创建时需要在CreateFile()中制定FILE_FLAG_OVERLAPPED标志。第二个参数是指一个已经存在的IOCP句柄或者NULL
第三个参数是指完成Key，是一个unsigned long的指针，可以为NULL
第四个参数才是我们比较关心的，是指已经创建好的线程数，一般我们会用一个公式来计算，预设的线程数 = CPU核心数 * 2 + 2，有人也说是 + 1，我是没明白为什么要这样计算，希望大神指教。
对于第三个参数的意思，MSDN上解释如下 Use the CompletionKey parameter to help your application track which I/O operations have completed.(用来检测那些IO操作已经完成)
该函数用于两个不同的目的
1.创建一个完成端口的句柄对象
HANDLE h = CreateIoCompletionPort((HANDLE) socket, hCompletionPort, dwCompletionKey, m_nIOWorkers);
2.将一个句柄和完成端口关联在一起
在绑定每一个CLIENT到IOCP时，需要传递一个DWORD CompletionKey, 该参数为CLIENT信息的一个指针。
IO的异步调用

1. BOOL WINAPI PostQueuedCompletionStatus(
2.   __in      HANDLE CompletionPort,
3.   __in      DWORD dwNumberOfBytesTransferred,
4.   __in      ULONG_PTR dwCompletionKey,
5.   __in_opt  LPOVERLAPPED lpOverlapped
6. );

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第一个参数为创建的完成端口句柄
第二个参数传输了多少字节
第三个参数同样为完成键指针
第四个参数为重叠I/O buffer，其结构如下

1. typedef struct _OVERLAPPED {
2.         ULONG_PTR Internal;
3.         ULONG_PTR InternalHigh;
4.         union {
5.                 struct {
6.                         DWORD Offset;
7.                         DWORD OffsetHigh;
8.                 };
9.                 PVOID  Pointer;
10.         };
11.         HANDLE    hEvent;
12. } OVERLAPPED, *LPOVERLAPPED;

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线程的同步

1. BOOL WINAPI GetQueuedCompletionStatus(
2.   __in   HANDLE CompletionPort,
3.   __out  LPDWORD lpNumberOfBytes,
4.   __out  PULONG_PTR lpCompletionKey,
5.   __out  LPOVERLAPPED *lpOverlapped,
6.   __in   DWORD dwMilliseconds
7. );

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第一个参数为创建的完成端口句柄
第二个参数同样为传输了多少字节
第三个参数同样为完成键指针
第四个参数为重叠I/O buffer
第五个参数的解释如下
The number of milliseconds that the caller is willing to wait for a completion packet to appear at the completion port. If a completion packet does not appear within the specified time, the function times out, returns FALSE, and sets *lpOverlapped to NULL.（等待完成端口上的完成packet出现的毫秒数。如果一个完成在特殊时间内没有出现，则认为超时，返回false，同时将重叠buffer置为NULL）
大体上函数就有这么几个，大家有兴趣可以去看看MSDN上关于完成端口上的英文介绍，比较准确，中文翻译上难免出现歧义，同时还可以锻炼英文阅读。
好了，I/O完成端口的API就介绍到这里，下一篇会尝试着写出一个简单的完成端口模型来通讯，这篇可能会比较晚出来，因为自己也是摸索阶段，大家互勉。