网络编程技术(西电课件)_第8章-1.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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（,Completion 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,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,ioctlsocket(sockfd,FIONBIO,unsigned long mode=1;/,允许非阻塞,ioctlsocket(sockfd,FIONBIO,unsigned long arg;/,取得数据量,ioctlsocket(sockfd,FIONREAD,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 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,Windows,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，,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,);,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(),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,X,i,（,1=i=3,）。,使用,FD_ZERO,宏,初始化,X,i,。,使用,FD_SET,宏,根据需要将套接字句柄添加到,X,i,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,X,i,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 wsaData;,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,/,创建套接字,sListen=,socket,(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);,/,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*),/,侦听，队列为,3,listen,(sListen,3);,/,创建新线程，运行,WorkerThread,函数来处理,socket,的数据接收,CreateThread,(NULL,0,WorkerThread,NULL,0,while(TRUE),/,接受客户端连接,sClient=,accept,(sListen,(sockaddr*),printf(Accepted client:%s:%d/n,inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port);,/,将生成的通信套接字，保存到套接字数组,g_CliSocketArr,g_iTotalConn+,=sClient,;,return 0;,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(,/,将集合清,0,for(i=0;i g_iTotalConn;i+),/,将所有通信套接字放入,FD,集合,FD_SET(g_CliSocketArri,/,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),/,定时时间到,continue;,for(i=0;i g_iTotalConn;i+),/,逐个检查通信套接字是否还在,FD,集合中,if(FD_ISSET(g_CliSocketArri,&fdread),/,在，就意味着有数据可读,ret=,recv,(g_CliSocketArri,szMessage,MSGSIZE,0);,if(ret=0|(ret=SOCKET_ERROR&WSAGetLastError()=WSAECONNRESET),/,如果收到数据为,0,，或者套接字出错,printf(Client socket%d closed./n,g_CliSocketArri);,closesocket(g_CliSocketArri);/,关闭相应的套接字,if(i 0,，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，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,WSA,Async,Select,模型,WSAAsyncSelect,模型是,WinSock,中另一个常用的异步,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,lEvent,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,事件值,含义,触发条件,FD_READ,套接字有可读消息通知,recv,、,recvfrom,、,WSARecv,或,WSARecvFrom,FD_WRITE,套接字有可发消息通知,send,、,sendto,、,WSASend,或,WSASendTo,FD_OOB,套接字有外带数据消息通知,recv,、,recvfrom,、,WSARecv,或,WSARecvFrom,FD_ACCEPT,套接字有链接请求消息通知,accept,或,WSAAccept(,错误码不能,WSATRY_AGAIN),FD_CONNECT,希望得到,connect,或多点,join,操作完成信息通知,无,FD_CLOSE(,面向连接,),套接字关闭消息通知,无,FD_QOS,套接字,QOS,状态发生变化消息通知,WSAIoctl(SIO_GET_QOS),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：,WSAAsyncSelect(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,、,WSAAsyncSelect(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,WindowProc,（,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_R,EAD,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,recvfro,m,（）从,接收缓冲区读,取,数据时,没有,读完。,收到,FD_WRITE,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,WSAAsyncSelect,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 WndProc(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(&wndclass),),MessageBox(NULL,TEXT(This program requires Windows!),szAppName,MB_ICONERROR);,return 0;,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,CW_USEDEFAULT,/initial x size,CW_USEDEFAULT,/initial y size,NULL,/parent window handle,NULL,/window menu handle,hInstance,/program instance handle,NULL);/creation parameters,ShowWindow,(hwnd,iCmdShow);,UpdateWindow,(hwnd);,while(GetMessage(&msg,NULL,0,0),TranslateMessage(,DispatchMessage(,return msg.wParam;,LRESULT CALLBACK,WndProc,(HWND hwnd,UINT message,WPARAM wParam,LPARAM lParam),WSADATA wsd;,static SOCKET sListen;,SOCKET sClient;,SOCKADDR_IN local,client;,int ret,iAddrSize=sizeof(client);,char szMessageMSGSIZE;,switch(message),case WM_CREATE:,WSAStartup(0 x0202,/,初始化,Winsock,sListen=,socket,(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);,local.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);,local.sin_family=AF_INET;,local.sin_port=htons(PORT);,bind,(sListen,(struct sockaddr*),listen,(sListen,3);,/,为,sListen,套接字定义,FD_ACCEPT,事件的消息触发,WSAAsyncSelect,(sListen,hwnd,WM_SOCKET,FD_ACCEPT);,return 0;,case WM_SOCKET:,if(WSAGETSELECTERROR(lParam),closesocket(wParam);,break;,switch(,WSAGETSELECTEVENT,(lParam),case FD_ACCEPT:,sClient=,accept,(wParam,(struct sockaddr*),/,为,sClient,套接字关联,FD_READ|FD_CLOSE,事件,WSAAsyncSelect,(sClient,hwnd,WM_SOCKET,FD_READ|FD_CLOSE);,break;,case FD_READ:,ret=,recv,(wParam,szMessage,MSGSIZE,0);,if(ret=0|ret=SOCKET_ERROR&WSAGetLastError()=WSAECONNRESET),closesocket(wParam);,else,szMessageret=0;,send,(wParam,szMessage,strlen(szMessage),0);,break;,case FD_CLOSE:,closesocket(wParam);,break;,/,其他代码省略。具体代码可以参照,MFC,生成的框架,异步选择模型的优缺点,优点,：,WSAAsyncSelect,提供了读写数据能力的异步通知，不需要像,select,模型那样去遍历多个套接字,缺点,：必须要使用一个窗口接收消息，如果处理成千上万的套接字就力不从心了,