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完成端口(Completion Port)详解 - 图文

来源:用户分享 时间:2025/5/21 9:50:01 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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两个图中最大的相同点是什么?是的,最大的相同点就是主线程无所事事,闲得蛋疼……

为什么呢?因为我们使用了异步的通信机制,这些琐碎重复的事情完全没有必要交给主线程自己来做了,只用在初始化的时候和Worker线程交待好就可以了,用一句话来形容

就是,主线程永远也体会不到Worker线程有多忙,而Worker线程也永远体会不到主线程在初始化建立起这个通信框架的时候操了多少的心……

图a中是由 _AcceptThread()负责接入连接,并把连入的Socket和完成端口绑定,另外的多个_WorkerThread()就负责监控完成端口上的情况,一旦有情况了,就取出来处理,如果CPU有多核的话,就可以多个线程轮着来处理完成端口上的信息,很明显效率就提高了。

图b中最明显的区别,也就是AcceptEx和传统的accept之间最大的区别,就是取消了阻塞方式的accept调用,也就是说,AcceptEx也是通过完成端口来异步完成的,所以就取消了专门用于accept连接的线程,用了完成端口来进行异步的AcceptEx调用;然后在检索完成端口队列的Worker函数中,根据用户投递的完成操作的类型,再来找出其中的投递的Accept请求,加以对应的处理。

读者一定会问,这样做的好处在哪里?为什么还要异步的投递AcceptEx连接的操作呢?

首先,我可以很明确的告诉各位,如果短时间内客户端的并发连接请求不是特别多的话,用accept和AcceptEx在性能上来讲是没什么区别的。

按照我们目前主流的PC来讲,如果客户端只进行连接请求,而什么都不做的话,我们的Server只能接收大约3万-4万个左右的并发连接,然后客户端其余的连入请求就只能收到WSAENOBUFS (10055)了,因为系统来不及为新连入的客户端准备资源了。 需要准备什么资源?当然是准备Socket了……虽然我们创建Socket只用一行SOCKET s= socket(…) 这么一行的代码就OK了,但是系统内部建立一个Socket是相当耗费资源的,因为Winsock2是分层的机构体系,创建一个Socket需要到多个Provider之间进行处理,最终形成一个可用的套接字。总之,系统创建一个Socket的开销是相当高的,所以用accept的话,系统可能来不及为更多的并发客户端现场准备Socket了。 而AcceptEx比Accept又强大在哪里呢?是有三点:

(1) 这个好处是最关键的,是因为AcceptEx是在客户端连入之前,就把客户端的Socket建立好了,也就是说,AcceptEx是先建立的Socket,然后才发出的AcceptEx调用,也就是说,在进行客户端的通信之前,无论是否有客户端连入,Socket都是提前建立好了;而不需要像accept是在客户端连入了之后,再现场去花费时间建立Socket。如果各位不清楚是如何实现的,请看后面的实现部分。

(2) 相比accept只能阻塞方式建立一个连入的入口,对于大量的并发客户端来讲,入口实在是有点挤;而AcceptEx可以同时在完成端口上投递多个请求,这样有客户端连入的时候,就非常优雅而且从容不迫的边喝茶边处理连入请求了。

(3) AcceptEx还有一个非常体贴的优点,就是在投递AcceptEx的时候,我们还可以顺便在AcceptEx的同时,收取客户端发来的第一组数据,这个是同时进行的,也就是说,在我们收到AcceptEx完成的通知的时候,我们就已经把这第一组数据接完毕了;但是这也意味着,如果客户端只是连入但是不发送数据的话,我们就不会收到这个AcceptEx完成的通知……这个我们在后面的实现部分,也可以详细看到。

最后,各位要有一个心里准备,相比accept,异步的AcceptEx使用起来要麻烦得多……

五. 完成端口的实现详解

又说了一节的废话,终于到了该动手实现的时候了……

这里我把完成端口的详细实现步骤以及会涉及到的函数,按照出现的先后步骤,都和大家详细的说明解释一下,当然,文档中为了让大家便于阅读,这里去掉了其中的错误处理的内容,当然,这些内容在示例代码中是会有的。 【第一步】创建一个完成端口 首先,我们先把完成端口建好再说。

我们正常情况下,我们需要且只需要建立这一个完成端口,代码很简单: [cpp] view plaincopyprint?

1.HANDLE m_hIOCompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE

_VALUE, NULL, 0, 0 );

呵呵,看到CreateIoCompletionPort()的参数不要奇怪,参数就是一个INVALID,一个NULL,两个0…,说白了就是一个-1,三个0……简直就和什么都没传一样,但是Windows系统内部却是好一顿忙活,把完成端口相关的资源和数据结构都已经定义好了(在后面的原理部分我们会看到,完成端口相关的数据结构大部分都是一些用来协调各种网络I/O的队

列),然后系统会给我们返回一个有意义的HANDLE,只要返回值不是NULL,就说明建立完成端口成功了,就这么简单,不是吗?

有的时候我真的很赞叹Windows API的封装,把很多其实是很复杂的事整得这么简单……

至于里面各个参数的具体含义,我会放到后面的步骤中去讲,反正这里只要知道创建我们唯一的这个完成端口,就只是需要这么几个参数。

但是对于最后一个参数 0,我这里要简单的说两句,这个0可不是一个普通的0,它代表的是NumberOfConcurrentThreads,也就是说,允许应用程序同时执行的线程数量。当然,我们这里为了避免上下文切换,最理想的状态就是每个处理器上只运行一个线程了,所以我们设置为0,就是说有多少个处理器,就允许同时多少个线程运行。

因为比如一台机器只有两个CPU(或者两个核心),如果让系统同时运行的线程多于本机的CPU数量的话,那其实是没有什么意义的事情,因为这样CPU就不得不在多个线程之间执行上下文切换,这会浪费宝贵的CPU周期,反而降低的效率,我们要牢记这个原则。

【第二步】根据系统中CPU核心的数量建立对应的Worker线程

我们前面已经提到,这个Worker线程很重要,是用来具体处理网络请求、具体和客户端通信的线程,而且对于线程数量的设置很有意思,要等于系统中CPU的数量,那么我们就要首先获取系统中CPU的数量,这个是基本功,我就不多说了,代码如下: [cpp] view plaincopyprint?

1.SYSTEM_INFO si; 2.GetSystemInfo(&si); 3.

4.int m_nProcessors = si.dwNumberOfProcessors;

这样我们根据系统中CPU的核心数量来建立对应的线程就好了,下图是在我的 i7 2600k CPU上初始化的情况,因为我的CPU是8核,一共启动了16个Worker线程,如下图所示

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