网络编程技术(西电课件)_第8章-1.ppt

1、网络编程技术,第8章 WinSock的I/O模型 (1),本次课内容： 回顾阻塞和非阻塞套接字 WinSock 的I/O模型介绍 select 模型 WSAAsyncSelect 模型,8.1 套接字的阻塞和非阻塞操作,阻塞,阻塞的accept()操作,非阻塞的recv()操作,套接字I/O模型,问题：套接字何时可以进行读写等操作？ Winsock2提供5种I/O模型 选择模型（select Model） 异步选择模型（WSAAsyncSelect Model） 事件选择模型（WSAEventSelect Model） 重叠模型（Overlapped Model） 完成端口模型（Complet

2、ion Port Model）,非阻塞模式,WinSock给异步模式提供了五种I/O操作模型，可以灵活的用于各类应用需求 非阻塞模式套接字除具备阻塞套接字已有的各项优点之外，还进行了少许扩充，功能更强。,决定了，就用非阻塞的！ How？,ioctlsocket()函数设置阻塞/非阻塞,创建套接字后，要将套接字设置为非阻塞，函数： int ioctlsocket( SOCKET s, long cmd, u_long FAR *argp ); 用于设置和获取与套接字相关的操作参数。 参数 s: 套接字描述符。 cmd: 对套接字s的操作命令。 argp：指向cmd命令所带参数的指针。 成功返回0

3、,否则,返回SOCKET_ERROR。,cmd FIONBIO：允许或禁止套接字s的非阻塞模式。 argp is zero,禁止非阻塞模式； argp is nonzero,允许非阻塞模式； 当一个套接字建立时，默认为阻塞模式； FIONREAD：确定套接字s可读入的数据量。argp 指向一个无符号长整型。 如果s是SOCKET_STREAM类型，则FIONREAD返回在一次recv()中所接收的所有数据量。 如果s是SOCK_DGRAM 型，则FIONREAD返回套接字上排队的第一个数据报大小。,ioctlsocket使用举例,unsigned long mode=0; /禁止非阻塞 ioc

4、tlsocket(sockfd,FIONBIO,阻塞与非阻塞通信小结 通信包括阻塞和非阻塞两种模式。在网络编程时，选择通信模式是一件很重要的事情。对于不同的协议，阻塞通信和非阻塞通信有不同的表现。 对于UDP协议而言，由于UDP没有发送缓存，因此所有UDP协议即使在阻塞模式下也不会发生阻塞。 对于面向连接的协议，在连接建立阶段，阻塞与非阻塞也表现不一。在阻塞模式下，如果没有连接请求到达，则等待连接调用将阻塞直到有连接请求到达；但在非阻塞模式下，如果没有连接请求到达，等待连接调用将直接返回。,在连接建立阶段，不管是阻塞模式还是非阻塞模式，发起连接请求的一方总是会使调用它的进程阻塞，阻塞间隔最少等

5、于到达服务器的一次往返时间。 通信模式对应用程序的设计方法也有直接的影响。在非阻塞模式下，应用程序必须不断地轮询是否有数据到达或有连接请求到达。 这种轮询的方式耗费的CPU资源较大，要尽可能避免使用，而在阻塞模式下则不存在这一问题，但其缺点是进程或线程在执行I/O操作时将被阻塞而不能执行其他的工作，因此在单进程或单线程应用中不能使用这种模式。 在多线程应用中比较适合采用阻塞模式，一个线程被阻塞不影响其他线程的工作。,8.2 套接字的I/O模型,套接字I/O模型,套接字处于非阻塞模式时，何时可以读/写套接字？ 使用套接字I/O模型来确定 Winsock2提供5种I/O模型 选择模型（select

6、 Model） 异步选择模型（WSAAsyncSelect Model） 事件选择模型（WSAEventSelect Model） 重叠模型（Overlapped Model） 完成端口模型（Completion Port Model）,五种I/O模型的概述,选择模型：程序自发select查询多个套接字状态 异步选择模型：套接字有事件，通知指定窗口程序 事件选择模型：套接字有事件，通知指定事件对象 重叠模型：提交多个I/O请求，完成后通知事件或执行指定程序 完成端口模型：创建指定数目的线程，组成线程池，池内的空闲线程对提交的I/O请求逐个处理。,操作系统对套接字I/O模型的支持情况,所有Win

7、dows平台都支持套接字以阻塞或非阻塞方式工作。然而，并非每种平台都支持每一种I/O模型。在当前版本的Windows CE 中，仅提供了一个I/O模型。,套接字的select模型,select模型,select模型是WinSock中最常见的I/O模型。 程序调用select函数自发查询一个或多个套接字的状态，判断套接字上是否存在数据，或者能否向一个套接字写入数据。 既能防止应用程序在套接字处于阻塞模式时，在一次I/O操作后被阻塞，同时也能防止在套接字处于非阻塞模式时，产生WSAEWOULDBLOCK错误。,select函数如下： int select( intnfds，/描述符值域，Windo

8、ws下可忽略 fd_set *readfds，/检查可读性集合 fd_set *writefds，/检查可写性集合 fd_set *exceptfds，/检查错误集合 const struct timeval *timeout/等待时间);,select函数如下： int select( intnfds，/描述符值域，Windows下可忽略 fd_set *readfds，/检查可读性集合 fd_set *writefds，/检查可写性集合 fd_set *exceptfds，/检查错误集合 const struct timeval *timeout/等待时间); fd_set 数据类型代表着

9、一系列特定套接字的集合。 typedef struct fd_set u_int fd_count; /反映fd_array的实际元素数量 SOCKET fd_arrayFD_SETSIZE; / 套接字句柄数组 fd_set;,此函数用于检测一个或多个套接字的状态。套接字的状态包括可读、可写、出错。 需要检测状态的套接字集合由一个fd_set结构指示，分别为readfds，writefds，exceptfds（不能同时为NULL）。 参数timeout指向timeval结构，用于指定select等待I/O操作完成的时间。如timeout是一个空指针，select调用会无限期地，直到至少有一个

10、套接字满足条件。,timeval结构的格式为： struct timeval long tv_sec;/秒(s) long tv_usec;/毫秒(ms) ; select函数调用失败，返回SOCKET_EEROR;超时返回0；成功返回所有集合中满足条件的套接字数量。同时传入的套接字集合被更新，集合中保留满足条件的套接字,readfds集合包括等待可读性检查的套接口： 有数据可以读入。 连接已经关闭、重设或中止。 侦听套接字调用了listen()，若有连接请求到达，那么accept函数调用会成功。 writefds集合包括等待可写性检查的套接口： 未处于connect()调用中，意味着send

11、()和sendto()调用可以无阻塞的发出数据。 如果正在connect()连接（非阻塞），可写性意味着连接顺利建立。 exceptfds集合包括满足下述任何一个条件套接字： 假如套接口正在进行connect()（非阻塞），则连接试图的失败将会表现在exceptfds参数中。 有带外(Out-of-band,OOB)数据可供读取。,readfds,writefds,exceptfds,套接字集合,有事情发生,有未决的连接请求,数据可读,连接关闭/重启/中断,连接成功(connect),可写数据,连接失败(connect),带外数据可读,选择(select)模型处理方式,select(),假定想

12、测试一个套接字是否“可读”，必须将该套接字增添到readfds集合，再等待select函数完成。 select完成之后，必须判断该套接字是否仍在readfds集合中，若在，便表明该套接字“可读”，可从它上面读取数据。 Winsock提供了下列宏操作，对fd_set套接字集合进行处理与检查： FD_CLR(s, *set)：从set中删除套接字s。 FD_ISSET(s, *set)：检查s是否在set集合中，若是返回TRUE，否则返回FALSE。 FD_SET(s, *set)：将套接字s加入集合set。 FD_ ZERO( * set )：将set初始化成空集合,使用select模型的编程步

13、骤： 建立fd_set集合s，用来存放待使用的套接字。 将套接字添加到集合s中。 确定要检查的套接字集合Xi（1= i =3）。 使用FD_ZERO宏,初始化Xi 。 使用FD_SET宏,根据需要将套接字句柄添加到Xi中 调用select函数 根据select函数的返回值进行处理，当成功返回时，判断s中套接字是否在Xi中，并进行相应处理 回到4,select模型实例分析,select模式实例,实现一个阻塞的TCP套接字服务器，端口5150; 主线程不断的接受客户端的连接; 工作线程利用 select() 函数不断检查是否有数据可以读取；有则读取，原样发送给客户端。,select模式实例,/ 头

14、文件 #include stdafx.h #include winsock2.h #include stdio.h #define PORT 5150 #define MSGSIZE 1024 #pragma comment(lib, ws2_32.lib) int g_iTotalConn = 0; /全局计数器 SOCKET g_CliSocketArrFD_SETSIZE; /全局通信套接字 DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam); /声明处理数据接收的线程函数,int main(int argc, char* argv) WSADATA ws

15、aData; SOCKET sListen, sClient; SOCKADDR_IN local, client; int iAddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN); DWORD dwThreadId; / 初始化Winsock动态链接库 WSAStartup(0 x0202, ,/ 绑定到IP和端口 local.sin_family = AF_INET; local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY); local.sin_port = htons(PORT); bind(sListen, (sockaddr*),whil

16、e (TRUE) / 接受客户端连接 sClient = accept(sListen, (sockaddr*) ,DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam) int i; fd_set fdread; /定义一个FD集合，用于测试read int ret; struct timeval tv = 1, 0; /1秒的间隔 char szMessageMSGSIZE;/接收缓冲区 while (TRUE) FD_ZERO( ,/ 我们只关心这些套接字里面有没有数据可以read ret = select(0, ,if (ret = 0 | (ret = S

17、OCKET_ERROR /最后一个满足条件的套接字放到i，将i、 g_iTotalConn减一, else /if (ret=) / ret0，没出错，收到ret个字节 szMessageret = /0; send(g_CliSocketArri, szMessage, strlen(szMessage), 0); ,select模型的优点：可以在单线程内管理多个套接字，最大套接字数量取决于FD_SETSIZE的大小，Winsock2.h中定义为64，用户也可自行定义，但不能超过1024。 缺点：调用select前后对所有套接字都要进行遍历操作，以便设置和检查。当FD_SETSIZE太大时，

18、服务器性能明显下降。,最通俗浅显的“IO模式”解析,老陈有几个在外地工作的女儿，不能经常回来，老陈和她们通过信件联系。她们的信会被邮递员投递到老陈的信箱里。 情况与Socket模型非常类似。,select模型,老陈非常想看到女儿的信。以至于他每隔10分钟就下楼检查信箱，看是否有女儿的信，在这种情况下，“下楼检查信箱”然后回到楼上耽误了老陈太多的时间，以至于老陈无法做其他工作。 select模型和老陈的这种情况非常相似：周而复始地去检查.如果有数据.接收/发送.,套接字的WSAAsyncSelect模型,WSAAsyncSelect模型,WSAAsyncSelect模型是WinSock中另一个常

19、用的异步I/O模型。 该模型可在套接字上接收以Windows消息为基础的网络事件通知。 调用WSAAsyncSelect函数自动将套接字设置为非阻塞模式，并向WinSock DLL注册一个或多个感兴趣的网络事件，同时提供接收通知时使用的窗口句柄，当注册的网络事件发生时，对应的窗口将收到一个基于消息的通知。,WSAAsyncSelect函数如下： int WSAAPI WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd, unsigned int wMsg, long lEvent );,s为需要事件通知的套接字,hWnd为接收消息的窗口句柄,wMsg为要接收的消息,lEve

20、nt为掩码，指定应用程序感兴趣的网络事件组合,用于WSAAsyncSelect函数的网络事件类型,用法举例,要接收读写通知： #define WM_SOCKET WM_USER + 101 int nResult = WSAAsyncSelect(s,hWnd,WM_SOCKET,FD_READ|FD_WRITE)； if(nResult=SOCKET_ERROR) /错误处理 ,问题1：对监听套接字和通信套接字应如何设置消息通知？设置哪些事件？ 监听套接字： WSAAsyncSelect(sListen,hWnd,WM_SOCKET,FD_ACCEPT|FD_CLOSE)； 通信套接字： W

21、SAAsyncSelect(sComm,hWnd,WM_SOCKET,FD_READ|FD_WRITE|FD_CLOSE)；,注意: 多个事件务必在套接字上一次注册！ 一旦在某个套接字上允许了事件通知，除非以后明确调用closesocket()，或者由应用程序针对该套接字调用了WSAAsyncSelect，从而更改了注册的网络事件类型，否则的话，事件通知会永远有效！ 若将lEvent参数设为0，效果相当于停止在套接字上进行的所有网络事件通知。,只接受一个消息设置.下面的代码将不会工作;第二个调用将会使第一次调用的作用失效,只有FD_WRITE会通过wMsg2消息通知到。 1、 WSAAsync

22、Select(s, hWnd, wMsg1, FD_READ);2、 WSAAsyncSelect(s, hWnd, wMsg2, FD_WRITE); 如果要取消所有的通知,也就是指出Windows Sockets的实现不再在套接口上发送任何和网络事件相关的消息,则lEvent应置为0. WSAAsyncSelect(s, hWnd, 0, 0);,应用程序在一个套接字上成功调用了WSAAsyncSelect之后，应用程序会在与hWnd窗口句柄参数对应的窗口处理函数中，以Windows消息的形式，接收网络事件通知。 窗口处理函数定义如下：,LRESULT CALLBACK WindowPro

23、c（HWND hwhd， UINT uMsg， WPARAM wParam， LPARAM IParam） 参数： hwnd：指向窗口的句柄。 uMsg：指定消息类型。 wParam：指定消息的附加信息。该参数的内容与UMsg参数值有关。 IParam：指定消息的附加信息。该参数的内容与uMsg参数值有关。 返回值：返回值就是消息处理结果，它与发送的消息有关。,wParam， IParam参数在uMsg WM_SOCKET时的含义： wParam指定发生网络事件的套接字。 IParam指定发生的网络事件和错误代码。 其中高字位指出网络错误。采用宏：WSAGETSELECTERROR，可用它返回

24、高字节包含的错误信息，如下： #define WSAGETSELECTERROR(lParam) HIWORD(lParam) 低字位指出发生的网络事件，采用宏：WSAGETSELECTEVENT，返回网络事件 #define WSAGETSELECTEVENT(lParam) LOWORD(lParam),收到 FD_READ 事件通知的情况： （1）调用 WSAAsyncSelect （）对 socket 设定 FD_READ 事件时，接收缓冲区中已有数据。 （2）接收缓冲区由空变为有数据 （3）调用 recv（） 或 recvfrom （）从 接收缓冲区读取数据时没有读完。,收到FD_W

25、RITE事件通知的情况： 使用connect或WSAConnect，一个套接字首次建立了连接。 使用accept或WSAAccept，套接字被接受以后。 若send、WSASend、sendto或WSASendTo操作失败，返回了WSAEWOULDBLOCK错误，而且缓冲区的空间变得可用。 应用程序，自收到首条FD_WRITE消息开始，便应认为自己必然能在一个套接字上发出数据，直至一个send、WSASend、sendto或WSASendTo返回套接字错误WSAEWOULDBLOCK。经过了这样的失败以后，系统要再用另一条FD_WRITE通知应用程序再次发送数据。,使用WSAAsyncSele

26、ct模型编程步骤： Winsock初始化 自定义WM_SOCKET 消息 创建窗口，必须有窗体才有消息处理 创建套接字 调用WSAAsyncSelect()定义需要响应的Socket动作 编写WindowProc()完成Socket相关动作处理,示例：WSAAsyncSelect模式的服务器,#pragma once #include #include #define PORT 5150 #define MSGSIZE 1024 #define WM_SOCKET WM_USER+0 #pragma comment(lib, ws2_32.lib) LRESULT CALLBACK WndPr

27、oc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);,int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, PSTR szCmdLine, int iCmdShow) static TCHAR szAppName = _T(AsyncSelect Model); HWND hwnd ; MSG msg ; WNDCLASS wndclass ; /此处省略了 wndclass 的风格定义 if (!RegisterClass( ,hwnd = CreateWindow (szAppName, / window class name TEXT (AsyncSelect Model), / window caption WS_OVERLAPPEDWINDOW, / window style CW_USEDEFAULT, / initial x position CW_USEDEFAULT, / initial y position