华北电力大学网络编程5--不同IO模式下的处理方法.ppt

不同I/O模式下的处理方法,阻塞模式与非阻塞模式 多进程与多线程 I/O阻塞模式的多线程网络编程方法 I/O非阻塞模式的异步处理模型,第5章,5.1 阻塞模式与非阻塞模式,Winsock在进行I/O操作的时候，可以使用两种工作模式： 一种是阻塞模式，也称同步模式； 另一种是非阻塞模式，也称异步模式。,5.1.1 阻塞模式及其优缺点,阻塞模式下，在I/O操作完成之前，不会立即交出CPU的控制权。 阻塞套接字的I/O操作确定，容易编程； 以下情况性能低下： 需要建立多个套接字连接来为多个客户机服务的时候，或在数据的收发量不均匀的时候，或在I/O的时间不确定的时候。,5.1.2 非阻塞模式及其优缺点,非阻塞模式下，当进程调用了一个Winsock的I/O函数时，无论I/O操作是否能够完成，执行操作的Winsock函数都会立即返回调用它的程序。 非阻塞模式下的函数调用会频繁地返回错误，所以在任何时候，都应做好“失败”的准备，并仔细检查返回代码。,5.2 多进程与多线程,从操作系统基本运行单元角度来看，并发的实现方式主要有两种： 一种是多进程并发 一种是多线程并发,原则上一个CPU只能分配给一个进程，同时运行多个进程，就必须使用并发技术。 操作系统一般采用“时间片轮转进程调度算法”实现并发。,5.2.1 什么是多进程,5.2.2 什么是多线程,多线程可以实现并行处理，避免了某项任务长时间占用CPU时间。 并行运行的效率显然高于并发运行，所以在多CPU的计算机中，多任务的效率比较高。,5.2.3 多进程和多线程的关系（1）,线程是属于进程的，线程运行在进程空间内，同一进程所产生的线程共享同一内存空间。 线程是进程内部的一个执行单元，是CPU调度和分派的基本单位。 每一个进程至少有一个主线程，它无需由用户去主动创建，是由系统自动创建的。,5.2.3 多进程和多线程的关系（2）,进程和线程二者差异，如下几个方面： 首先，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存。 其次，线程的划分尺度小于进程。 第三，线程的执行效率比进程要高。 最后，操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。,问题的提出,新建一个基于对话框的应用程序SingleThread，在主对话框 添加一个按钮， 标题为“延时6秒”，添加按钮的响应函数，代码如下： void CSingleThreadDlg:OnSleepSixSecond() Sleep(6000); /延时 6秒 编译并运行应用程序，单击“延时6秒”按钮，这6秒期间程序就象“死机”一样，不在响应其它消息。,5.2.4 网络编程采用多线程机制的重要性,服务器端 客户端,图5-1 多线程服务器与多个客户机通信,Win32 API对多线程编程的支持,Win32 提供了一系列的API函数来完成线程的创建、挂起、恢复、终结以及通信等工作。 下面将选取其中的一些重要函数进行说明。,1、HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, DWORD dwStackSize, LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId); 如果创建成功则返回线程的句柄，否则返回 NULL。,该结构决定了线程的安全属性，一般置为 NULL,该参数返回所创建线程的ID,指定了线程的堆栈深度，一般都设置为0,表示新线程开始执行时代码所在函数的地址,线程函数的参数,如果该参数为0，线程在被创建后就会立即开始执行；如果该参数为CREATE_SUSPENDED,则系统产生线程后，该线程处于挂起状态，并不马上执行，直至函数 ResumeThread被调用,2、DWORD SuspendThread(HANDLE hThread); 该函数用于挂起指定的线程，如果函数执行成功，则线程的执行被终止。 3、 DWORD ResumeThread(HANDLE hThread); 该函数用于结束线程的挂起状态，执行线程。 4、VOID ExitThread(DWORD dwExitCode); 该函数用于线程终结自身的执行，主要在线程的执行函数中被调用。其中参数dwExitCode用来设置线程的退出码。,5、 BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode); 一般情况下，线程运行结束之后，线程函数正常返回，但是应用程序可以调用TerminateThread强行终止某一线程的执行。各参数含义如下： hThread：将被终结的线程的句柄； dwExitCode：用于指定线程的退出码。 使用 TerminateThread()终止某个线程的执行是不安全的，可能会引起系统不稳定；虽然该函数立即终止线程的执行，但并不释放线程所占用的资源。因此，一般不建议使用该函数。,6、BOOL PostThreadMessage(DWORD idThread, UINT Msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam); 该函数将一条消息放入到指定线程的消息队列中，并且不等到消息被该线程处理时便返回。 idThread：将接收消息的线程的ID； Msg：指定用来发送的消息； wParam：同消息有关的字参数； lParam：同消息有关的长参数； 调用该函数时，如果即将接收消息的线程没有创建消息循环，则该函数执行失败。,例程1 MultiThread1,建立一个基于对话框的工程MultiThread1，在对话框IDD_MULTITHREAD1_DIALOG中加入两个按钮和一个编辑框，两个按钮的ID分别是IDC_START，IDC_STOP ，标题分别为“启动”，“停止”，IDC_STOP的属性选中Disabled；编辑框的ID为 IDC_TIME ，属性选中Read-only； 在MultiThread1Dlg.h文件中添加线程函数声明： void ThreadFunc(); 线程函数的声明应在类CMultiThread1Dlg的外部。 在类CMultiThread1Dlg内部添加protected型变量： HANDLE hThread; DWORD ThreadID; 分别代表线程的句柄和ID。 在MultiThread1Dlg.cpp文件中添加全局变量 m_bRun ： volatile BOOL m_bRun; m_bRun 代表线程是否正在运行。,编写线程函数： void ThreadFunc() CTime time; CString strTime; m_bRun=TRUE; while(m_bRun) time=CTime:GetCurrentTime(); strTime=time.Format(“%H:%M:%S“); :SetDlgItemText(AfxGetMainWnd()-m_hWnd,IDC_TIME,strTime); Sleep(1000); 该线程函数没有参数，也不返回函数值。只要m_bRun为TRUE，线程一直运行。,双击IDC_START按钮，完成该按钮的消息函数： void CMultiThread1Dlg:OnStart() hThread=CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc, NULL, 0, ,双击IDC_STOP按钮，完成该按钮的消息函数： void CMultiThread1Dlg:OnStop() m_bRun=FALSE; GetDlgItem(IDC_START)-EnableWindow(TRUE); GetDlgItem(IDC_STOP)-EnableWindow(FALSE); ,5.3 I/O阻塞模式的多线程网络编程方法,MFC支持的两种线程 创建MFC的工作线程 创建并启动用户界面线程 终止线程 FTP客户机多线程编程实例,5.3.1 MFC支持的两种线程,MFC对多线程进行了一层简单的封装，在Visual C+中每个线程都是从CWinThread类继承而来的。每一个应用程序的执行都有一个主线程，这个主线程也是从CWinThread类继承而来的。可以利用CWinThread对象创建应用程序执行的其它线程。,利用MFC可以创建两种线程,用户接口线程 用户界面线程一般用于处理独立于其他线程执行之外的用户输入，响应用户及系统所产生的事件和消息等。 工作线程 工作线程没有消息机制，通常用来执行后台计算和维护任务，如冗长的计算过程，打印机的后台打印等。 但对于Win32的API编程而言，这两种线程是没有区别的，它们都只需线程的启动地址即可启动线程来执行任务。,5.3.2 创建MFC的工作线程,编程实现控制函数 一个工作线程对应一个控制函数，线程执行的任务都应编写在控制函数之中。 控制函数的原型是： UINT ControlFunctionName( LPVOID pParam );,5.3.2 创建MFC的工作线程,创建并启动工作线程 AfxBeginThread( )函数就可以创建新的线程，并使新线程开始运行。,CWinThread * AfxBeginThread ( AFX_THREADPROC pfnThreadProc, LPVOID pParam, int pPriority = THREAD_PRIORITY_NORMAL, UINT nStackSize = 0, DWORD dwCreateFlags = 0, LPSECURITY_ATTTRIBUTES lpSecurityAttrs = NULL );,要创建并启动工作线程， AfxBeginThread( )函数必须采用如下的调用格式：,创建工作线程的例子,(1) 编程实现线程控制函数。 首先定义一个结构： struct int nN; / 数组元素的个数 double * pD; / 指向一个双精度 实数的数组 myData; 然后定义此结构类型的变量， 并省略了对该变量的初始化代码： myData ss; 接着定义线程的控制函数：,UINT MyCalcFunc(LPVOID pParam) / 如果入口参数为空指针，终止线程 if (pParam = NULL) AfxEndThread(MY_NULL_POINTER_ERROR); int nN = pParam-nN; / 数组的元素个数 double * pD = pParam-pD;/ 指向数组的第一个元素 double sum=0; / 数组元素之和 for (int i =0; i nN; i+) / 求和 sum += pDi; CString bb; / 格式化显示字符串 bb.Format(“数组的和是：%d“, sum); / 显示结果 AfxMessageBox(bb); return 0; ,(2) 在程序进程的主线程中调用 AfxBeginThread(MyCalcFunc， 一旦调用了此函数，线程就被创建，并开始执行线程函数。当数据的计算完成时，函数将停止运行，相应的线程也随即终止。,4创建工作线程的一般模式 ： (1) 构建工作线程控制函数的框架 UINT MyThreadProc(LPVOID PPARAM) CMyObject * pObject = (CMyObject *) pParam; / 传递参数 if(pObject = NULL |!pObject-IsKindOf(RUNTIME_CLASS(CMyObject) return 1; return 0; (2) 在程序的另一个函数中插入相关代码 pNewObject = new CMyObject; AfxBeginThread(MyThreadProc, pNewObject);,练习,查找N（很大）以内的素数，N的取值很大（比如：10000等），并在主界面实时动态显示处理结果，并显示处理进度等。,5.3.3 创建并启动用户界面线程,从CWinThread类派生出自己的线程类 改造自己的线程类 改造.h头文件(用宏DECLARE_DYNCREATE对该类进行声明) 改造.CPP实现文件(用宏IMPLEMENT_DYNCREATE对该类进行实现) 重载基类（CWinThread类）的某些成员函数,5.3.3 创建并启动用户界面线程,改造自己的线程类 创建新的用户界面窗口类，如窗口、对话框，并添加所需要的用户界面控件，然后建立新建的线程类与这些用户界面窗口类之间的联系。 利用类向导，为新建的线程类添加控件成员变量，添加响应消息的成员函数，为它们编写实现的代码。 经过以上步骤的改造，用户的线程类已经具备了完成用户任务的能力.,5.3.3 创建并启动用户界面线程,创建并启动用户界面线程 要创建并启动用户界面线程，可以使用MFC提供的AfxBeginThread( )函数的另一个版本，其调用格式是:,CWinThread * AfxBeginThread( CRuntimeClass * pThreadClass, int nPriority = THREAD_PRIORITY_NORMAL, UINT nStackSize = 0, DWORD dwCreateFlags = 0, LPSECURITY_ATTTRIBUTES lpSecurityAttrs = NULL );,5.3.4 终止线程,正常终止线程 提前终止线程,实例,先从CWinThread类派生一个类，然后调用AfxBeginThead()创建CWinThread派生类的对象进行初始化，启动线程运行。该实例主要演示文件的移动，并显示操作的进度。 设计到两个线程：文件的读写采用工作线程，进度显示采用用户界面线程。,5.3.4 FTP客户机多线程编程实例,在程序中，应重点注意，如何编写线程的控制函数，如何创建一个新的线程，线程如何传递参数和取回结果。,5.4 I/O非阻塞模式的异步处理模型,select模型 WSAAsyncSelect异步I/O模型 WSAEventSelect事件选择模型,5.4.1 Select模型,select( )函数 select( )函数原型如下，其中，fd_set数据类型代表着一系列特定套接字的集合。,int select( int nfds, fd_set * readfds, fd_set * writefds, fd_set * exceptfds, const struct timeval * timeout );,timeval结构的定义是： struct timeval long tv_sec; / 以秒为单位指定等待时间 long tv_usec; / 以毫秒为单位指定等待时间 ;,5.4.1 Select模型,操作套接字集合的宏 Winsock提供了下列宏操作，专门对fd_set数据类型进行操作 FD_CLR(s, *set) FD_ISSET(s, *set) FD_SET(s, *set) FD_ZERO(*set),5.4.1 Select模型,select模型的操作步骤 使用FD_ZERO宏，初始化自己感兴趣的每一个fd_set集合。 使用FD_SET宏，将要检查的套接字句柄添加到自己感兴趣的每个fd_set集合中。 调用select( )函数，然后等待。 根据select( )的返回值，便可判断出哪些套接字存在着尚未完成（待决）的I/O操作。 对相应的套接字的I/O进行处理，然后返回步骤(1)，继续进行select处理。,从网络上接受数据写入一个文件中。,练习,从网络上接受数据写入一个文件中。,5.4.2 WSAAsyncSelect异步I/O模型,异步I/O模型通过调用WSAAsyncSelect( )函数实现。利用这个模型，应用程序可在一个套接字上，接收以Windows消息为基础的网络事件通知。 WSAAsyncSelect( )函数,int WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd, unsigned int wMsg, long lEvent );,例如： WSAAsyncSelect(s, hwnd, WM_SOCKET, FD_CONNECT | FD_READ | FD_WRITE | FD_CLOSE);,5.4.2 WSAAsyncSelect异步I/O模型,窗口回调例程,LRESULT CALLBACK WindowProc( HWND hWnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam );,举例,#define WM_SOCKET WM_USER + 1 / 自定义一个消息 #include / 程序的主函数 int WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow) SOCKET Listen; /定义监听套接字 HWND Window; /定义窗口句柄 struct sockaddr_in InternetAddr /定义地址结构变量 / 创建一个窗口，并将ServerWinProc回调例程分配到该窗口名下 Window = CreateWindow(.); / 初始化Winsock，并创建套接字 WSAStartup(.); Listen = socket( ); / 将套接字绑定到5150端口 InternetAddr.sin_family = AF_INET; InternetAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); InternetAddr.sin_port = htons(5150); bind(Listen, (struct sockaddr*),/ 对监听套接字，使用上面定义的WM_SOCKET，调用WSAAsyncSelect( ) / 函数打开窗口消息通知，注册的事件是FD_ACCEPT和FD_CLOSE WSAAsyncSelect(Listen, Window, WM_SOCKET, FD_ACCEPT | FD_CLOSE); / 启动套接字的监听 listen(Listen, 5); / 翻译并发送Window消息，直到应用程序终止 ,/ 所创建窗口的回调例程 BOOL CALLBACK ServerWinProc(HWND hDlg, WORD wMsg,WORD waram, DWORD lParam) SOCKET Accept; / 定义服务器端的连接套接字 switch(wMsg) case WM_PAINT: / 处理window paint 消息 break; case WM_SOCKET: / 使用WSAGETSELECTERROR宏来决定在套接字上是否发生 / 错误 if (WSAGETSELECTERROR(lParam) / 显示错误信息并且关闭套接字 closesocket(wParam); break; / 决定在该套接字上出现了什么事件,switch(WSAGETSELECTEVENT(lParam) case FD_ACCEPT: / 表示监听套接字收到了一个连接请求，接收它，产生连接 / 套接字 Accept = accept(wParam, NULL, NULL); / 为连接套接字注册读、写和关闭事件，启动消息通知 WSAAsyncSelect(Accept, hwnd, WM_SOCKET, FD_READ | FDWRITE |FD_CLOSE); break; case FD_READ: / 表示数据已到，可从wParam中的套接字接收数据 break;,case FD_WRITE: / 表示在wParam中的套接字已经准备好发送数据 break; case FD_CLOSE: / 表示连接已经关闭，可关闭套接字 closesocket(wParam); break; break; return TRUE; ,5.4.3 WSAEventSelect事件选择模型,WSAEventSelect事件选择模型和WSAAsyncSelect模型类似，最主要的差别在于，网络事件会投递至一个事件对象句柄，而非投递至一个窗口例程。 编程步骤 创建事件对象句柄 WSAEVENT WSACreateEvent(void);,5.4.