[IO复用] Windows IOCP的初步学习

本文主要是介绍[IO复用] Windows IOCP的初步学习，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

前言

提起IO复用，大部分人首先接触的都是Select、Poll、Epoll，但是在不同的系统中，
往往有不同的高性能IO复用模型，比如Windows中就提供了IOCP（I/O Completion Port/完成端口）。

IOCP是一个异步的IO复用模型，应用程序只需要把IO请求投递给内核，具体的操作会由内核来执行，应用程序只需要获取执行结果就行了 。这一点上来看，性能是非常好的。

我在学习IOCP，这篇文章用于整理搜集到的资料，便于对IOCP进行理解。
这里没有实现任何我自己的代码，以后会参考Windows Socket五种I/O模型来实现代码。

正文

重叠 IO

IOCP是基于重叠IO来实现的。所以学习IOCP，必须先了解重叠IO。

如何理解重叠IO：

同一线程内部向多个目标传输（或从多个目标接收）数据引起的I/O重叠现象称为“重叠I/O”。为了完成这项任务，调用的I/O函数应立即返回，因此前提条件是异步I/O。
而且，为了完成异步I/O，调用的I/O函数应以非阻塞模式工作
Windows中重叠I/O的重点并非I/O本身，而是如何确认I/O完成时的状态
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网络编程-重叠I/O模型

我们socket的操作本质上都是字符串的拷贝复制，重叠IO是windows提供的一种异步读写文件的机制，将读的指令以及我们的buffer投给操作系统，然后函数直接返回，操作系统独立开个线程，将数据复制进咱们的buffer，数据复制期间，我们就可以去做其他事，即读写过程变成了异步，可以同时投递多个读写操作。
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windows socket网络编程五：重叠IO模型

创建重叠IO

首先创建支持重叠IO的socket，需要把WSASocket()的最后一个参数dwFlags，设置为WSA_FLAG_OVERLAPPED。

WSASocket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);

如果想要对Socket进行异步操作，需要地道用WSAAccept、WSASend等WSA函数。

重叠IO操作的返回值

当我们对一个重叠IO进行read/write/send/recv时，返回值是ERROR_IO_PENDING时，不是发生了错误，而是系统接收了这个IO操作的投递，过一段时间系统才会结束IO操作。

如何确认IO操作的结果

有两种方式：

1. 等候事件
   我们在进行重叠IO的异步操作时，需要指定一个WSAOVERLAPPED对象。例如：

	evObj = WSACreateEvent();memset(&overlapped, 0, sizeof(overlapped));overlapped.hEvent = evObj;dataBuf.len = strlen(msg) + 1;dataBuf.buf = msg;if (WSASend(hSocket, &dataBuf, 1, &sendBytes, 0, &overlapped, NULL) == SOCKET_ERROR){if (WSAGetLastError() == WSA_IO_PENDING){puts("Background data send");WSAWaitForMultipleEvents(1, &evObj, TRUE, WSA_INFINITE, FALSE);              // 完成I/O时，evObj将变为signaled，函数返回WSAGetOverlappedResult(hSocket, &overlapped, &sendBytes, FALSE, NULL);}else{ErrorHandling("WSASend() error");}}
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原文链接：https://blog.csdn.net/beilizhang/article/details/124586262

给overlapped.hEvent关联一个事件，然后等候事件有信号，再用WSAGetOverlappedResult()检查IO操作结果。

3. 添加回调函数
   这种方式不必设置overlapped.hEvent，把他保持zeromemery状态就可以。
   当IO操作完成，会自动调用回调函数CompRoutine()。

	memset(&overlapped, 0, sizeof(overlapped));dataBuf.len = BUF_SIZE;dataBuf.buf = buf;evObj = WSACreateEvent();if (WSARecv(hRecvSock, &dataBuf, 1, &recvBytes, &flags, &overlapped, CompRoutine) == SOCKET_ERROR) // 必须指定第六个参数WSAOVERLAPPED结构体变量的地址值，但不必为了hEvent成员创建事件对象{if (WSAGetLastError() == WSA_IO_PENDING){puts("Background data receive");}}————————————————                 
原文链接：https://blog.csdn.net/beilizhang/article/details/124586262

IOCP比重叠IO多了什么

1. IOCP比重叠端口，多了一个投递队列，应用程序把要进行的IO操作，添加到队列中。
   然后通过一个GetQueuedCompletionStatus()接口，来获取投递的IO操作的结果。
2. IOCP可以指定最多使用多少线程，来执行异步的IO操作。

1 完成端口IOCP模型
一个完成端口实际上就是一个通知队列，操作系统把已经完成的重叠I/0请求的通知放到队列中。完成端口会充分利用Windows最复杂的内核对象来进行I/O的调度，属于异步IO，是用于C/S通信模式中性能最好的网络通信模型。
2.完成端口IOCP模型的原理
完成端口创建几个线程（系统CPU的数目、避免线程上下文切换），等到用户请求的时候，就把这些请求都加入到一个公共消息队列中去，然后这几个线程就排队从消息队列中取出消息并加以处理，这种方式就很优雅的实现了异步通信和负载均衡的问题，因为它提供了一种机制来使用几个线程“公平的“处理来自于多个客户端的输入/输出，并且线程如果没事干的时候也会被系统挂起，不会占用CPU周期，这个关键的作为交换的消息队列，就是完成端口。
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O模型之完成端口completion port（windows上性能最好）

IOCP的流程

以下四个步骤来自于：Windows 下 IOCP 的简单使用，其中有各个步骤的示例代码。

• 初始化 Socket 和 IOCP
  这里初始化的是用于listen的socket，需要对socket进行bind() 和listen()

• 启动 Accpet 处理线程
  这里的Accept没有投递给IOCP来处理，而是在线程中，调用Accept()来接收连接，然后再把连接socket绑定到IOCP HANDLE上。
  创建IOCP和把socket绑定到IOCP HANDLE上，都是用CreateIoCompletionPort()，只是参数不同。

• 启动 Event 处理线程
  事件处理的线程中，需要不断调用GetQueuedCompletionStatus()来获取IO的处理结果。
  没有收到结果是，GetQueuedCompletionStatus()会阻塞。

  这个API的第2个参数，lpNumberOfBytesTransferred，是在完成的 I/O 操作中传输的字节数，
  当它为-1时，代表收到 PostQueuedCompletionStatus() 发出的退出指令。

• 设计一个靠谱的线程退出方式
  通过收到 PostQueuedCompletionStatus()，第2个参数设置为-1，来发出的退出指令。

IOCP和EPOLL的比较

• Epoll 是Linux系统下的模型；IOCP 是Windows下模型；
• Epoll 是同步模型(也看到有人说是异步的)，在有事件时触发时，返回可处理的消息，由应用程序进行处理。IOCP是异步模型，处理完IO事件后，返回结果通知。

参考

Windows Socket五种I/O模型
I/O 完成端口-learn.microsoft
Windows 下 IOCP 的简单使用
技术派-epoll和IOCP之比较
网络编程-重叠I/O模型
揭开重叠IO的神秘面纱
windows socket网络编程五：重叠IO模型
windows socket网络编程六：完成端口模型
Windows下IOCP踩过的一些坑
O模型之完成端口completion port（windows上性能最好）

这篇关于[IO复用] Windows IOCP的初步学习的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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