网络模型之IOCP与扩展函数

Posted 2021-04-07 CPP编程客

上次我们用IOCP实现了一个简单的服务器，在处理消息方面性能已经不错了，但是接爱请求函数却依旧使用的是accept函数，所以这部分性能并不够，而Windows在扩展函数中为我们提供了一些选择，本篇就来介绍这些函数。

0x0. AcceptEx

这个函数用来异步地投递一个调用来接受客户端连接，其原型如下：

 1BOOL AcceptEx ( 
 2  SOCKET sListenSocket,          // 监听套接字
 3  SOCKET sAcceptSocket,          // 分配给待连接客户端的套接字
 4  PVOID lpOutputBuffer,          // 用来接收用户第一份数据的缓冲区
 5  DWORD dwReceiveDataLength,     // 缓冲区的字节数
 6  DWORD dwLocalAddressLength,    // 本地套接字地址结构大小
 7  DWORD dwRemoteAddressLength,   // 远程套接字地址结构大小
 8  LPDWORD lpdwBytesReceived,     // 新建的客户机连接上所收到的字节数
 9  LPOVERLAPPED lpOverlapped      // 重叠结构
10);

这个函数稍微比accept函数麻烦了一点，那么在这里我们列出accept的原型来对比着展开介绍：

1SOCKET accept (
2  SOCKET s,                   
3  struct sockaddr FAR* addr,  
4  int FAR* addrlen            
5);

AcceptEx函数第一个参数也是监听套接字，而第二个参数是客户端的套接字，这说明accept函数是在接受客户端连接后才为其创建套接字的，而AcceptEx函数却是先创建好套接字，在客户端连接进来时直接给它用。这就是这个函数效率高之所在，因为创建套接字花费颇高，当用户连接时才为其创建套接字会导致处理变慢。

第三个参数是用来接收客户端的第一份数据的，在客户端连接后AcceptEx函数就顺便将其第一份数据接收了，就保存在这里，而第四个参数就是接收这份数据的缓冲区大小。而我们若是想像accept函数那样只处理接受请求，后面再接收第一份数据，我们需要将缓冲区的长度设置为0，即第四个参数置0。

The number of bytes reserved for the remote address information. This must be at least 16 bytes more than the maximum address length for the transport protocol in use.

这两个参数是保存在缓冲区中的，所以实际我们的缓冲区大小应该减去这字节的大小，所以dwReceiveDataLength应该传入：len - (sizeof(SOCKADDR_IN) + 16) * 2。

lpdwBytesReceived用来保存所接收第一份数据的实际大小，最后一个参数是重叠参数，我们在重叠IO中就说过，一个函数若有此参数，即表明它是异步的，所以AcceptEx函数就是异步的。

0x1. GetAcceptExSockaddrs

 1VOID GetAcceptExSockaddrs ( 
 2  PVOID lpOutputBuffer,         // 缓冲区
 3  DWORD dwReceiveDataLength,    // 缓冲区字节数
 4  DWORD dwLocalAddressLength,   // 本地地址长度
 5  DWORD dwRemoteAddressLength,  // 远程地址长度
 6  LPSOCKADDR *LocalSockaddr,    // 本地socket地址
 7  LPINT LocalSockaddrLength,    // 本地socket地址长度
 8  LPSOCKADDR *RemoteSockaddr,   // 远程socket地址
 9  LPINT RemoteSockaddrLength    // 远程socket地址长度
10);

0x2.加载扩展函数

AcceptEx和GetAcceptExSockaddrs都包含在< MSWSock.h>中，可以直接通过链接mswsock库来使用这两个函数，但是因为扩展函数并不存在于Winsock2的结构体系中，所以这种方式消耗较大，这里我将介绍动态获取这些函数的方法。

Winsock2提供了WSAIoctl函数用于对Windows套接字提供IO控制，之前我们还用过Winsock1中的ioctlsocket函数，只是WSAIoctl提供了更多的选项（ctl是control的缩写），我们可以通过这个函数来动态获取到扩展函数。其原型如下：

 1int WSAIoctl (
 2  SOCKET s,               // IO操作的套接字                                               
 3  DWORD dwIoControlCode,  // IO控制命令                                  
 4  LPVOID lpvInBuffer,     // 指向传入数据缓冲区                     
 5  DWORD cbInBuffer,       // 数据的长度                   
 6  LPVOID lpvOUTBuffer,    // 指向返回的数据缓冲区                        
 7  DWORD cbOUTBuffer,      // 返回数据的长度                          
 8  LPDWORD lpcbBytesReturned,   // 实际返回的字节数                             
 9  LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,  // 重叠结构           
10  LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionROUTINE  // 例行程序
11);

要获取扩展函数，dwIoControlCode应该指定SIO_GET_EXTENSION_FUNCTION_POINTER控制命令。

 1LPFN_ACCEPTEX lpfnAcceptEx;  // AcceptEx函数指针
 2LPFN_GETACCEPTEXSOCKADDRS lpfnGetAcceptExSockaddrs;  // GetAcceptExSockaddrs函数指针
 3GUID guidAcceptEx = WSAID_ACCEPTEX;  // AcceptEx数据
 4GUID guidGetAcceptExSockaddrs = WSAID_GETACCEPTEXSOCKADDRS;  // GetAcceptExSockaddrs数据
 5DWORD dwBytes;
 6
 7// 加载AcceptEx函数
 8WSAIoctl(servSock,
 9    SIO_GET_EXTENSION_FUNCTION_POINTER,
10    &guidAcceptEx, sizeof(guidAcceptEx),
11    &lpfnAcceptEx, sizeof(lpfnAcceptEx),
12    &dwBytes, NULL, NULL
13);
14
15// 加载GetAcceptExSockaddrs函数
16WSAIoctl(servSock,
17    SIO_GET_EXTENSION_FUNCTION_POINTER,
18    &guidGetAcceptExSockaddrs, sizeof(guidGetAcceptExSockaddrs),
19    &lpfnGetAcceptExSockaddrs, sizeof(lpfnGetAcceptExSockaddrs),
20    &dwBytes, NULL, NULL
21);

大家可以看到，获取扩展函数其实并不麻烦。传入要获取的数据，WSAIoctl返回该数据的函数指针，GUID类型描述了全局唯一的一个ID，需要用它来指定要获取的数据，具体代码中已经很清晰了，便不多说了，若还有哪里不明白可以留言。

具体使用就放到下篇了，网络编程已经由浅入深地写了好长时间了，不知大家都理解了多少呢？可能这里好多人并不是搞服务器的（我也不是），这些大多其实也都不是C++的东西，而是关于操作系统的，所以我有时间就快点把网络编程这一系列结束吧。我前段时间抽时间学习了下Linux的epoll模型，感觉比iocp实现起来要简单，说起来都是对select模型的改进，再把iocp用一篇写完就顺便说下epoll模型，以全面的介绍Windows和Linux上主要的网络模型，让大家可以对比着参考理解，接着把asio说了就返回写C++的东西了。