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1、,第三章 Windows套接字I/O模型,套接字模式 选择模型（Select Model） Windows程序基本工作原理 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）,1. 套接字模式,Windows套接字在两种模式下执行I/O操作：阻塞和非阻塞。在阻塞模式下，在I/O操作完成前，执行操作的Winsock函数（比如send和recv）会一直等候下去，不会立即返回程序（即不会将控制权交还给程序），直到该函数操作完成，或出
2、错。在非阻塞模式下， Winsock函数无论如何都会立即返回。,1.1 阻塞模式,对于处在阻塞模式的套接字，我们必须多加留意，因为在一个阻塞套接字上调用任何一个Winsock API函数，都会产生相同的后果-耗费或长或短的时间“等待”。 一个典型的例子,简单的阻塞模式示例,SOCKET sock; char buff256; int done = 0; while(!done) nBytes = recv(sock,buff,65,0);if (nBytes = SOCKET_ERROR)printf(“recv failed with error %dn”,WSAGetLastError()
3、;return;DoComputationData(buff); ,假如没有数据处于“待决”状态，那么recv函数可能永远都无法返回。 只有从系统的输入缓冲区中读回点什么东西，才允许返回！,1.2 非阻塞模式,非阻塞模式的套接字在使用上稍显困难，但它在功能上是非常强大的。除具备阻塞套接字已有的各项优点之外，还进行了扩充，功能更强。 创建一个套接字，并将其置为非阻塞模式的程序示例：,SOCKET s; u_long ul=1; int nRet; s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); nRet=ioctlsocket(s,FIONBIO,(unsigned long
4、*) if (nRet=SOCKET_ERROR) /Failed to put the socket into nonblocking mode ,设置套接字工作模式ioctlsocket(),函数形式 ： int ioctlsocket (SOCKET s, long cmd, u_long * argp );,功能说明： 套接字默认工作在阻塞模式，此函数设置套接字的工作模式为非阻塞或阻塞模式。,返回值： 正确调用返回0，否则将返回SOCKET_ERROR ，应用程序可以通过 WSAGetLastError()来获取具体错误的代码。,参数说明：,cmd ：表示对套接字s的操作控制命令。,a
5、rgp ：指向cmd命令所带指针的参数。,SOCKET s ：传入参数。用于标识一个套接字的描述符。,TCP 首部格式,紧急位 URG 当 URG 1 时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送(相当于高优先级的数据)。,紧急指针字段 占 16 位。紧急指针指出在本报文段中的紧急数据的最后一个字节的序号。,ioctlsocket使用举例,unsigned long mode=0;ioctlsocket(sockfd,FIONBIO,将一个套接字置为非阻塞模式之后， Winsock API调用会立即返回。大多数情况下，这些调用都会“失败”，并返回一个WSAEWOULDB
6、LOCK错误，这意味着请求的操作在调用期间没有完成。,例如在系统的输入缓冲区中，尚不存在“待决”的数据，那么recv（接收数据）调用就会返回WSAEWOULDBLOCK错误。通常，我们需要重复调用同一个函数，直至获得一个成功返回代码。,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。,阻塞与非阻塞通信小结 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.,每个TCP套接口有一个发送缓冲区，可以用SO_SNDBUF套接口选项来改变这一缓冲区的大小。 当
7、应用进程调用send往套接口写数据时，内核从应用进程缓冲区中拷贝所有数据到套接口的发送缓冲区，如果套接口发送缓冲区容不下应用程序的所有数据，或者是应用进程的缓冲区大于套接口的发送缓冲区，或者是套接口的发送缓冲区中有别的数据，应用进程将被挂起。内核将不从send返回。直到应用进程缓冲区中的所有数据都拷贝到套接口发送缓冲区。 所以，从写一个TCP套接口的send调用成功返回仅仅表示我们可以重新使用应用进程缓冲区，它并不是告诉我们对方收到数据。TCP发给对方的数据，对方在收到数据时必须给矛确认，只有在收到对方的确认时，本方TCP才会把TCP发送缓冲区中的数据删除。UDP因为是不可靠连接，不必保存应用
8、进程的数据拷贝，应用进程中的数据在沿协议栈向下传递时，以某种形式拷贝到内核缓冲区，当数据链路层把数据传出后就把内核缓冲区中数据拷贝删除。因此它不需要一个发送缓冲区。写UDP套接口的send返回表示应用程序的数据或数据分片已经进入链路层的输出队列，如果输出队列没有足够的空间存放数据，将返回错误ENOBUFS.,阻塞与非阻塞通信小结 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
9、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。,阻塞和非阻塞套接字模式各存在着优点和缺点从概念的角度说，阻塞套接字更易使用。但在应付建立连接的多个套接字时，或在数据的收发量不均，时间不定时，却显得
10、极难管理。而另一方面，由于需要编写更多的代码，以便在每个Winsock调用中，对收到一个WSAEWOULDBLOCK错误的可能性加以应付，那么非阻塞套接字便显得有些难于操作。在这些情况下，可考虑使用“套接字I/O模型”，它有助于应用程序通过一种异步方式，同时对一个或多个套接字上进行的通信事件加以管理。,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（Overl
11、apped Model） 完成端口模型（Completion Port Model）,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。,Select模型是WinSock中最常见的I/O模型。 通过调用select函数可以确定一个或多个套接字的状态，判断套接字上是否有数据，或者能否向一个套接字写入数据，或者出现意外。目的是防止应用程序在套接字处于阻塞模式中时，在一次I/O绑定调用（如send或recv）过程中，被迫进入“阻塞”状态；同时防止在套
12、接字处于非阻塞模式中时，产生WSAEWOULDBLOCK错误。,2. select模型,int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); 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。,select函数,fd_set结构,#define FD_SETSIZE 64 typedef struct fd_set u_int fd_count; SOCKET fd_arrayFD_SETSIZE; fd_set;,参数说明：,
13、参数nfds会被忽略（设为0）。之所以仍然要提供这个参数，只是为了保持与早期的Berkeley套接字应用程序的兼容。,函数形式 ：,参数：fd_count：已设定socket的数量fd_array：socket列表，FD_SETSIZE为最大socket数量，建议不小于64（微软建议）。,参数readfds用于检查可读性，readfds集合(读集合)包括符合下述任何一个条件的套接字： 有可以读入数据的套接字。 连接已经关闭的套接字。 如果listen已经被调用，且有连接请求到达的套接字。该套接字出现在此集合意味着accept函数调用会成功。,参数writefds用于写数据，writefds集合
14、(写集合)包括符合下述任何一个条件的套接字： 有数据可以发出的套接字。 如果已完成了对一个套接字的非阻塞连接调用的处理，那么，该套接字出现在此集合意味着连接会成功。,参数exceptfds用于例外数据,exceptfds集合(例外集合)包括符合下述任何一个条件的套接字： 有带外数据可读。 如果已完成了对一个套接字的非阻塞连接调用的处理，那么，该套接字出现在此集合意味着连接尝试失败。,参数timeout对应的是一个时间指针，它指向一个timeval结构，表示本次select()调用最长的等待时间。,struct timeval /timeval结构long tv_sec; /* seconds
15、*/long tv_usec; /* microseconds */ ;,参数： tv_sec：以秒为单位指定等待时间； tv_usec：以毫秒为单位指定等待时间,说明： tv_sec= tv_usec =0：检查完套接字描述符后立即返回； tv_sec 和tv_usec 不全为0，在等待时间内，对于被监视的套接字描述符，如果有I/O事件发生， select()调用返回，否则一直等到超时； timeout指向NULL，则对于被监视的套接字描述符，如果有I/O事件发生， select()调用才返回，否则一直等待。,函数调用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， se
16、lect() 调用将删除集合中不能进行指定操作的套接字， 集合中保留满足条件的套接字 函数调用失败，返回SOCKET_ERROR。 如超时，返回0。,返回值：,int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);,选择(select)模型处理方式,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。,select使用,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，将要检查的套接字加入到一个集合中。 设置等待时间，对timeval中tv_sec和tv_usec字段进行设置。调用select函数。 select正确返回时，使用FD_ISSET检查一个选定的套接字是否在指定的集合中。 针对不同集合的套接字做出不同的操作。,
