重叠I/O模型

一．重叠I/O的概念
当调用ReadFile和WriteFile时，如果最后一个参数lpOverlapped设置为NULL，那么线程就阻塞在这里，直到读写完指定的数据后，它们才返回。这样在读写大文件的时候，很多时间都浪费在等待ReadFile和WriteFile的返回上面。如果ReadFile和WriteFile是往管道里读写数据，那么有可能阻塞得更久，导致程序性能下降。
为了解决这个问题，windows引进了重叠I/O的概念，它能够同时以多个线程处理多个I/O。其实你自己开多个线程也可以处理多个I/O，但是系统内部对I/O的处理在性能上有很大的优化。它是Windows下实现异步I/O最常用的方式。
Windows为几乎全部类型的文件提供这个工具：磁盘文件、通信端口、命名管道和套接字。通常，使用ReadFile和WriteFile就可以很好地执行重叠I/O。
重叠模型的核心是一个重叠数据结构。若想以重叠方式使用文件，必须用 FILE_FLAG_OVERLAPPED 标志打开它，例如：
HANDLE hFile = CreateFile(lpFileName, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL);
如果没有规定该标志，则针对这个文件（句柄）,重叠I/O是不可用的。如果设置了该标志，当调用ReadFile和WriteFile操作这个文件（句柄）时，必须为最后一个参数提供OVERLAPPED结构：
// WINBASE.H
typedef struct _OVERLAPPED{
DWORD Internal;
DWORD InternalHigh;
DWORD Offset;
DWORD OffsetHigh;
HANDLE hEvent; //关键的一个参数
}OVERLAPPED, *LPOVERLAPPED;
头两个32位的结构字Internal和InternalHigh由系统内部使用；其次两个32位结构字Offset和OffsetHigh使得可以设置 64位的偏移量，该偏移量是要文件中读或写的地方。
因为I/O异步发生，就不能确定操作是否按顺序完成。因此，这里没有当前位置的概念。对于文件的操作，总是规定该偏移量。在数据流下（如COM端口或socket），没有寻找精确偏移量的方法，所以在这些情况中，系统忽略偏移量。这四个字段不应由应用程序直接进行处理或使用，OVERLAPPED结构的最后一个参数是可选的事件句柄。稍后会提到怎样使用这个参数来设定事件通知完成I/O,现在，假定该句柄是NULL。
设置了OVERLAPPED参数后，ReadFile/WriteFile的调用会立即返回，这时候你可以去做其他的事（所谓异步），系统会自动替你完成ReadFile/WriteFile相关的I/O操作。你也可以同时发出几个ReadFile/WriteFile的调用（所谓重叠）。当系统完成I/O操作时，会将OVERLAPPED.hEvent置信，我们可以通过调用WaitForSingleObject/WaitForMultipleObjects来等待这个I/O完成通知，在得到通知信号后，就可以调用GetOverlappedResult来查询I/O操作的结果，并进行相关处理。由此可以看出，OVERLAPPED结构在一个重叠I/O请求的初始化及其后续的完成之间，提供了一种沟通或通信机制。
以Win32重叠I/O机制为基础，自Winsock 2发布开始，重叠I/O便已集成到新的Winsock函数中，比如WSARecv/WSASend。这样一来，重叠I/O模型便能适用于安装了Winsock 2的所有Windows平台。可以一次投递一个或多个Winsock I/O请求。针对那些提交的请求，在它们完成之后，应用程序可为它们提供服务（对I/O的数据进行处理）。
相应的，要想在一个套接字上使用重叠I/O模型来处理网络数据通信，首先必须使用 WSA_FLAG_OVERLAPPED这个标志来创建一个套接字。如下所示：
SOCKET s = WSASocket(AF_INET, SOCK_STEAM, 0, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
创建套接字的时候，假如使用的是socket函数，而非WSASocket函数，那么会默认设置WSA_FLAG_OVERLAPPED标志。成功创建好了一个套接字，将其与一个本地接口绑定到一起后，便可开始进行这个套接字上的重叠I/O操作，方法是调用下述的Winsock 2函数，同时为它们指定一个WSAOVERLAPPED结构参数（#define WSAOVERLAPPED OVERLAPPED// WINSOCK2.H）：
n WSASend
n WSASendTo
n WSARecv
n WSARecvFrom
n WSAIoctl
n AcceptEx
n TransmitFile
若随一个WSAOVERLAPPED结构一起调用这些函数，函数会立即返回，无论套接字是否设为锁定模式。它们依赖于WSAOVERLAPPED结构来返回一个I/O请求操作的结果。
比起阻塞、select、WSAAsyncSelect以及WSAEventSelect等模型，Winsock的重叠I/O(Overlapped I/O)模型使应用程序能达到更佳的系统性能。因为它和这4种模型不同的是，使用重叠模型的应用程序通知缓冲区收发系统直接使用数据。也就是说，如果应用程序投递了一个10KB大小的缓冲区来接收数据，且数据已经到达套接字，则该数据将直接被拷贝到投递的缓冲区。而这4种模型中，数据到达并拷贝到单套接字接收缓冲区中，此时应用程序会被系统通知可以读入的字节数。当应用程序调用接收函数之后，数据才从单套接字缓冲区拷贝到应用程序的缓冲区。这样就减少了一次从I/O缓冲区到应用程序缓冲区的拷贝，差别就在于此。
在Windows NT和Windows 2000中，重叠I/O模型也允许应用程序以一种重叠方式实现对套接字连接的处理。具体的做法是在监听套接字上调用AcceptEx函数。AcceptEx是一个特殊的Winsock 1.1扩展函数，位于Mswsock.h头文件以及Mswsock.lib库文件内。该函数最初的设计宗旨是在Windows NT与Windows 2000操作系统上使用Win 32的重叠I/O机制。但事实上，它也适用于Winsock 2中的重叠I/O。AcceptEx的定义如下：
// MSWSOCK.H
AcceptEx(
IN SOCKET sListenSocket,
IN SOCKET sAcceptSocket,
IN PVOID lpOutputBuffer,
IN DWORD dwReceiveDataLength,
IN DWORD dwLocalAddressLength,
IN DWORD dwRemoteAddressLength,
OUT LPDWORD lpdwBytesReceived,
IN LPOVERLAPPED lpOverlapped);
参数一sListenSocket参数指定的是一个监听套接字。
参数二sAcceptSocket参数指定的是另一个套接字，负责对进入连接请求的“接受”。AcceptEx函数和accept函数的区别在于，我们必须提供接受的套接字，而不是让函数自动为我们创建。正是由于要提供套接字，所以要求我们事先调用socket或WSASocket函数，创建一个套接字，以便通过sAcceptSocket参数，将其传递给AcceptEx。
参数三lpOutputBuffer参数指定的是一个特殊的缓冲区，因为它要负责三种数据的接收：服务器的本地地址，客户机的远程地址，以及在新建连接上发送的第一个数据块。
参数四dwReceiveDataLength参数以字节为单位，指定了在lpOutputBuffer缓冲区中，保留多大的空间，用于数据的接收。如这个参数设为0，那么在接受连接的过程中，不会再一道接收任何数据。
参数五dwLocalAddressLength和参数六dwRemoteAddressLength也是以字节为单位，指定在lpOutputBuffer缓冲区中，保留多大的空间，在一个套接字被接受的时候，用于本地和远程地址信息的保存。要注意的是，和当前采用的传送协议允许的最大地址长度比较起来，这里指定的缓冲区大小至少应多出16字节。举个例子来说，假定正在使用的是TCP/IP协议，那么这里的大小应设为“SOCKADDR_IN结构的长度＋16字节”。
参数七lpdwBytesReceived参数用于返回接收到的实际数据量，以字节为单位。只有在操作以同步方式完成的前提下，才会设置这个参数。假如AcceptEx函数返回ERROR_IO_PENDING，那么这个参数永远都不会设置，我们必须利用完成事件通知机制，获知实际读取的字节量。
最后一个参数是lpOverlapped，它对应的是一个OVERLAPPED结构，允许AcceptEx以一种异步方式工作。如我们早先所述，只有在一个重叠I/O应用中，该函数才需要使用事件对象通知机制（hEvent字段），这是由于此时没有一个完成例程参数可供使用。
二．获取重叠I/O操作完成结果
当异步I/O请求挂起后，最终要知道I/O操作是否完成。一个重叠I/O请求最终完成后，应用程序要负责取回重叠I/O操作的结果。对于读，直到I/O完成，输入缓冲器才有效（参考IRP缓冲区管理）。对于写，要知道写是否成功。有几种方法可以做到这点，最直接的方法是调用(WSA)GetOverlappedResult，其函数原型如下。
WINBASEAPI BOOL WINAPI
GetOverlappedResult(
HANDLE hFile,
LPOVERLAPPED lpOverlapped,
LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,
BOOL bWait);
WINSOCK_API_LINKAGE BOOL WSAAPI
WSAGetOverlappedResult(
SOCKET s,
LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,
LPDWORD lpcbTransfer,
BOOL fWait,
LPDWORD lpdwFlags);
l 参数一为的文件/套接字句柄。
l 参数二为参数一关联的(WSA)OVERLAPPED结构，在调用CreateFile、WSASocket或AcceptEx时指定。
l 参数三指向字节计数指针，负责接收一次重叠发送或接收操作实际传输的字节数。
l 参数四是确定命令是否等待的标志。Wait参数用于决定函数是否应该等待一次重叠操作完成。若将Wait设为TRUE，那么直到操作完成函数才返回；若设为FALSE，而且操作仍然处于未完成状态，那么(WSA)GetOverlappedResult函数会返回FALSE值。

如（WSA）GetOverlappedResult函数调用成功，返回值就是TRUE。这意味着我们的重叠I/O操作已成功完成，而且由参数三BytesTransfered参数指向的值已进行了更新。若返回值是FALSE，那么可能是由下述任何一种原因造成的：
■ 重叠I/O操作仍处在“待决”状态。
■ 重叠操作已经完成，但含有错误。
■ 重叠操作的完成状态不可判决，因为在提供给 WSAGetOverlappedResult函数的一个或多个参数中，存在着错误。
失败后，由BytesTransfered参数指向的值不会进行更新，而且我们的应用程序应调用（WSA）GetLastError函数，检查到底是何种原因造成了调用失败以使用相应容错处理。如果错误码为
ERROR/WSA_IO_INCOMPLETE(Overlapped I/O event is not in a signaled state)或
ERROR/WSA_IO_PENDING(Overlapped I/O operation is in progress)，则表明I/O仍在进行。当然，这不是真正错误，任何其他错误码则真正表明一个实际错误。
下面介绍两种常用重叠I/O完成通知的方法。

1.使用事件通知
基于事件通知，就要求将Windows事件对象与WSAOVERLAPPED结构关联在一起（WSAOVERLAPPED结构中专门有对应的参数），通俗一点讲，就是。。。。对了，忘了说了，既然要使用重叠结构，我们常用的send, sendto, recv, recvfrom也都要被WSASend, WSASendto, WSARecv, WSARecvFrom替换掉了，它们的用法我后面会讲到，这里只需要注意一点，它们的参数中都有一个Overlapped参数，我们可以假设是把我们的WSARecv这样的操作操作“绑定”到这个重叠结构上，提交一个请求，其他的事情就交给重叠结构去操心，而其中重叠结构又要与Windows的事件对象“绑定”在一起，这样我们调用完WSARecv以后就可以“坐享其成”，等到重叠操作完成以后，自然会有与之对应的事件来通知我们操作完成，然后我们就可以来根据重叠操作的结果取得我们想要德数据了。
使用（WSA）GetOverlappedResult是直截了当的，它吻合重叠I/O的概念。毕竟，如果要等待I/O，也许使用常规I/O命令更好。对于大多数程序，反复检查I/O是否完成，并非最佳。解决方案之一是使用（WSA）OVERLAPPED结构中的hEvent字段，使应用程序将一个事件对象句柄同一个文件/套接字关联起来。
当指定OVERLAPPED参数给ReadFile/WriteFile或WSARecv/WSASend后，可以再为(WSA)OVERLAPPED最后一个参数提供自定义的事件对象（通过(WSA)CreateEvent创建）。
当I/O完成时，系统更改(WSA)OVERLAPPED结构对应的事件对象的传信状态，使其从“未传信”（unsignaled）变成“已传信”（signaled）。由于我们之前将事件对象分配给了(WSA)OVERLAPPED结构，所以只需简单地调用WaitForSingleObject/WaitForMultipleObjects或WSAWaitForMultipleEvents函数，从而判断出一个（一些）重叠I/O在什么时候完成。通过WaitForSingleObject/WaitForMultipleObjects或WSAWaitForMultipleEvents函数返回的索引可以知道这个重叠I/O完成事件是在哪个HANDLE（File或Socket）上发生的。
然后调用(WSA）GetOverlappedResult函数，将发生事件的HANDLE（File或Socket）传给参数一，将这个HANDLE对应的(WSA)OVERLAPPED结构传给参数二，这样判断重叠调用到底是成功还是失败。如果返回FALSE值，则重叠操作已经完成但含有错误。或者重叠操作的完成状态不可判决，因为在提供给 WSAGetOverlappedResult函数的一个或多个参数中存在着错误。失败后，由BytesTransfered参数指向的值不会进行更新，应用程序应调用(WSA)GetLastError函数，调查到底是何种原因造成了调用失败。
若(WSA）GetOverlappedResult函数返回TRUE，则根据先前调用异步I/O函数时设置的缓冲区(ReadFile/WriteFile.lpBuffer，WSARecv/WSASend.lpBuffers)和BytesTransfered,使用指针偏移定位就可以准确操作接受到的数据了。
利用事件对象来完成同步通知的方法比重复调用(WSA)GetOverlappedResult浪费处理器时间的方案要高效得多。

2.使用完成例程
对于文件重叠I/O操作，等待I/O操作结束的另外方法是使用ReadFileEx和WriteFileEx。这些命令只用于重叠I/O，当为它们的最后一个参数lpCompletionRoutine传递了一个完成例程（自定义函数）指针时，I/O操作结束时将调用此函数进行处理。
完成例程指针LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE定义如下：
// WINBASE.H
typedef VOID (WINAPI *LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE)(
DWORD dwErrorCode,
DWORD dwNumberOfBytesTransfered,
LPOVERLAPPED lpOverlapped );
相应在Winsock 2中，WSARecv/WSASend最后一个参数lpCompletionROUTINE是一个可选的指针，它指向一个完成例程。若指定此参数（自定义函数地址），在重叠请求完成后，将调用完成例程处理。
Winsock 2中完成例程指针LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE定义略有不同：
// WINSOCK2.H
typedef void (CALLBACK * LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE)(
DWORD dwError,
DWORD cbTransferred,
LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,
DWORD dwFlags );
前三个参数同LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE，参数四一般不用，置0。用完成例程完成一个重叠I/O请求之后，参数中会包含下述信息：
参数一dwError表明了一个重叠操作（由lpOverlapped指定）的完成状态是什么。
参数二BytesTransferred参数指定了在重叠操作实际传输的字节量是多大。
参数三lpOverlapped参数指定的是调用这个完成例程的异步I/O操作函数(ReadFileEx/WriteFileEx或WSARecv/WSASend)的(WSA)OVERLAPPED结构参数。
用一个完成例程提交的重叠I/O请求时，(WSA)OVERLAPPED结构的事件字段hEvent并未使用。也就是说，我们不可将一个事件对象同重叠I/O请求关联到一起。使用一个含有完成例程指针参数的异步I/O函数发出一个重叠I/O请求之后，一旦重叠I/O操作完成，作为我们的调用线程，必须能够通知完成例程指针所指向的自定义函数开始执行，提供数据处理服务。这样一来，便要求将调用线程置于一种“可警告的等待状态”，在I/O操作完成后，自动调用完成例程加以处理。WSAWaitForMultipleEvents函数可用来将线程置于一种可警告的等待状态。这样做的代价是必须创建一个事件对象可用于WSAWaitForMultipleEvents函数。假定应用程序只用完成例程对重叠请求进行处理，便不可能有任何事件对象需要处理。作为一种变通方法，我们的应用程序可用Win32的SleepEx函数将自己的线程置为一种可警告等待状态。当然，亦可创建一个伪事件对象，不将它与任何东西关联在一起。假如调用线程经常处于繁忙状态，而且并不处在一种可警告的等待状态，那么完成例程根本不会得到调用。
如前面所述，WSAWaitForMultipleEvents通常会等待同WSAOVERLAPPED结构关联在一起的事件对象。该函数也可用于将我们的线程设计成一种可警告等待状态，并可为已经完成的重叠I/O请求调用完成例程进行处理（前提是将fAlertable参数设为TRUE）。使用一个含有完成例程指针的异步I/O函数提交了重叠I/O请求之后，WSAWaitForMultipleEvents的返回值是WAIT_IO_COMPLETION（One or more I/O completion routines are queued for execution），而不是事件数组中的一个事件对象索引。从宏WAIT_IO_COMPLETION的注解可知，它的意思是有完成例程需要执行。SleepEx函数的行为实际上和WSAWaitForMultipleEvents差不多，只是它不需要任何事件对象。对SleepEx函数的定义如下：
WINBASEAPI DWORD WINAPI
SleepEx(
DWORD dwMilliseconds,
BOOL bAlertable );
其中，dwMilliseconds参数定义了SleepEx函数的等待时间，以毫秒为单位。假如将dwMilliseconds设为INFINITE，那么SleepEx会无休止地等待下去。bAlertable参数规定了一个完成例程的执行方式，若将它设置为FALSE，则使用一个含有完成例程指针的异步I/O函数提交了重叠I/O请求后，I/O完成例程不会执行，而且SleepEx函数不会返回，除非超过由dwMilliseconds规定的时间；若将它设置为TRUE，则完成例程会得到执行，同时SleepEx函数返回WAIT_IO_COMPLETION。
利用完成例程处理重叠I/O的Winsock程序的编写步骤如下：
1) 新建一个监听套接字，在指定端口上监听客户端的连接请求。
2) 接受一个客户端的连接请求，并返回一个会话套接字负责与客户端通信。
3) 为会话套接字关联一个WSAOVERLAPPED结构。
4) 在套接字上投递一个异步WSARecv请求，方法是将WSAOVERLAPPED指定成为参数，同时提供一个完成例程。
5) 在将fAlertable参数设为TRUE的前提下，调用WSAWaitForMultipleEvents，并等待一个重叠I/O请求完成。重叠请求完成后，完成例程会自动执行，而且WSAWaitForMultipleEvents会返回一个WAIT_IO_COMPLETION。在完成例程内，可随一个完成例程一道投递另一个重叠WSARecv请求。
6) 检查WSAWaitForMultipleEvents是否返回WAIT_IO_COMPLETION。
7) 重复步骤5 )和6 )。
当调用accept处理连接时，一般创建一个AcceptEvent伪事件，当有客户连接时，需要手动SetEvent(AcceptEvent)；当调用AcceptEx处理重叠的连接时，一般为ListenSocket创建一个ListenOverlapped结构，并为其指定一个伪事件，当有客户连接时，系统自动将其置信。这些伪事件的作用在于，当含有完成例程指针的异步I/O操作(如WSARecv)完成时，设置了fAlertable的WSAWaitForMultipleEvents返回WAIT_IO_COMPLETION，并调用完成例程指针指向的完成例程对数据进行处理。
重叠I/O模型的缺点是它为每一个I/O请求都开了一个线程，当同时有成千上万个请求发生时，系统处理线程上下文切换是非常耗时的。所以这也就引出了更为先进的完成端口模型IOCP，用线程池来解决这个问题。

下面附录源代码：

编译环境 VS2015！

//1.Overlapped.h

#pragma once

#include <WINSOCK2.h>

#include <mswsock.h> // 该文件定义了LPFN_ACCEPTEX
#include <Windows.h>

#define BUFFER_SIZE 4096

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

typedef struct _SOCKET_OBJECT_
{
SOCKET s; // 套接字句柄
int nOutstandingOps; // 记录此套接字上的重叠I/O数量
LPFN_ACCEPTEX lpfnAcceptEx; // 扩展函数AcceptEx的指针（仅对监听套接字而言）
} SOCKET_OBJECT, *PSOCKET_OBJECT;

typedef struct _BUFFER_OBJECT_ //缓冲区对象
{
OVERLAPPED ol; // 重叠结构
char *buff; // send/recv/AcceptEx所使用的缓冲区
int nLen; // buff的长度
PSOCKET_OBJECT pSocket; // 此I/O所属的套接字对象
int nOperation; // 提交的操作类型
#define OP_ACCEPT 1
#define OP_READ 2
#define OP_WRITE 3
SOCKET sAccept; // 用来保存AcceptEx接受的客户套接字（仅对监听套接字而言）
_BUFFER_OBJECT_ *pNext;
} BUFFER_OBJECT, *PBUFFER_OBJECT;

PSOCKET_OBJECT GetSocketObject(SOCKET s);
void FreeSocketObject(PSOCKET_OBJECT pSocket);
PBUFFER_OBJECT GetBufferObject(PSOCKET_OBJECT pSocket, ULONG nLen);
void FreeBufferObject(PBUFFER_OBJECT pBuffer);
PBUFFER_OBJECT FindBufferObject(HANDLE hEvent);
void RebuildArray();

BOOL PostAccept(PBUFFER_OBJECT pBuffer);
BOOL PostRecv(PBUFFER_OBJECT pBuffer);
BOOL PostSend(PBUFFER_OBJECT pBuffer);

//2.Overlapped.cpp

#include "stdafx.h"

#include "Overlapped.h"

PSOCKET_OBJECT GetSocketObject(SOCKET s)
{
PSOCKET_OBJECT pSocket = (PSOCKET_OBJECT)GlobalAlloc(GPTR, sizeof(SOCKET_OBJECT));
if(pSocket != NULL)
{
pSocket->s = s;
}
return pSocket;
}

void FreeSocketObject(PSOCKET_OBJECT pSocket)
{
if(pSocket->s != INVALID_SOCKET)
{
closesocket(pSocket->s);
}
GlobalFree(pSocket);
}

extern HANDLE g_events[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];
extern int g_nBufferCount;
extern PBUFFER_OBJECT g_pBufferHead, g_pBufferTail;

PBUFFER_OBJECT GetBufferObject(PSOCKET_OBJECT pSocket, ULONG nLen)
{
if(g_nBufferCount > WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS -1)
{
return NULL;
}
PBUFFER_OBJECT pBuffer = (PBUFFER_OBJECT)GlobalAlloc(GPTR, sizeof(BUFFER_OBJECT));
if(pBuffer != NULL)
{
pBuffer->buff = (char*)GlobalAlloc(GPTR, nLen);
pBuffer->ol.hEvent = WSACreateEvent();
pBuffer->pSocket = pSocket;
pBuffer->sAccept = INVALID_SOCKET;

// 将新的BUFFER_OBJECT添加到列表中
if(g_pBufferHead == NULL)
{
g_pBufferHead = g_pBufferTail = pBuffer;
}
else
{
g_pBufferTail->pNext = pBuffer;
g_pBufferTail = pBuffer;
}
g_events[++ g_nBufferCount] = pBuffer->ol.hEvent;
}
return pBuffer;
}

void FreeBufferObject(PBUFFER_OBJECT pBuffer)
{ // 从列表中移除BUFFER_OBJ对象
PBUFFER_OBJECT pTest = g_pBufferHead;
BOOL bFind = FALSE;
if(pTest == pBuffer)
{
g_pBufferHead = g_pBufferTail = NULL;
bFind = TRUE;
}
else
{
while(pTest != NULL && pTest->pNext != pBuffer)
pTest = pTest->pNext;
if(pTest != NULL)
{
pTest->pNext = pBuffer->pNext;
if(pTest->pNext == NULL)
g_pBufferTail = pTest;
bFind = TRUE;
}
}
// 释放它占用的内存空间
if(bFind)
{
g_nBufferCount --;
CloseHandle(pBuffer->ol.hEvent);
GlobalFree(pBuffer->buff);
GlobalFree(pBuffer);
}
}

PBUFFER_OBJECT FindBufferObject(HANDLE hEvent)
{
PBUFFER_OBJECT pBuffer = g_pBufferHead;
while(pBuffer != NULL)
{
if(pBuffer->ol.hEvent == hEvent)
{
break;
}
pBuffer = pBuffer->pNext;
}
return pBuffer;
}

void RebuildArray()
{
PBUFFER_OBJECT pBuffer = g_pBufferHead;
int i = 1;
while(pBuffer != NULL)
{
g_events[i++] = pBuffer->ol.hEvent;
pBuffer = pBuffer->pNext;
}
}

// 以下三个函数是提交重叠I/O函数
// PostAccept
// PostRecv
// PostSend

BOOL PostAccept(PBUFFER_OBJECT pBuffer)
{
PSOCKET_OBJECT pSocket = pBuffer->pSocket;
if(pSocket->lpfnAcceptEx != NULL)
{ // 设置I/O类型，增加套接字上的重叠I/O计数
pBuffer->nOperation = OP_ACCEPT;
pSocket->nOutstandingOps++;

// 投递此重叠I/O
DWORD dwBytes;
pBuffer->sAccept = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
BOOL b = pSocket->lpfnAcceptEx(pSocket->s,
pBuffer->sAccept,
pBuffer->buff,
BUFFER_SIZE - ((sizeof(sockaddr_in) + 16) * 2),
sizeof(sockaddr_in) + 16,
sizeof(sockaddr_in) + 16,
&dwBytes,
&pBuffer->ol);
if(!b)
{
if(WSAGetLastError() != WSA_IO_PENDING)
{
return FALSE;
}
}
char szBuffer[0x1000] = {0};
memcpy(szBuffer, pBuffer->buff, sizeof(sockaddr_in) + 16);
printf("%s\r\n", pBuffer->buff);
return TRUE;
}
return FALSE;
};

BOOL PostRecv(PBUFFER_OBJECT pBuffer)
{ // 设置I/O类型，增加套接字上的重叠I/O计数
pBuffer->nOperation = OP_READ;
pBuffer->pSocket->nOutstandingOps++;
// 投递此重叠I/O
DWORD dwBytes;
DWORD dwFlags = 0;
WSABUF buf;
buf.buf = pBuffer->buff;
buf.len = pBuffer->nLen;
if(WSARecv(pBuffer->pSocket->s, &buf, 1, &dwBytes, &dwFlags, &pBuffer->ol, NULL) != NO_ERROR)
{
if(WSAGetLastError() != WSA_IO_PENDING)
{
return FALSE;

}
}
return TRUE;
}

BOOL PostSend(PBUFFER_OBJECT pBuffer)
{ // 设置I/O类型，增加套接字上的重叠I/O计数
pBuffer->nOperation = OP_WRITE;
pBuffer->pSocket->nOutstandingOps++;
// 投递此重叠I/O
DWORD dwBytes;
DWORD dwFlags = 0;
WSABUF buf;
buf.buf = pBuffer->buff;
buf.len = pBuffer->nLen;
if(WSASend(pBuffer->pSocket->s,
&buf, 1, &dwBytes, dwFlags, &pBuffer->ol, NULL) != NO_ERROR)
{
if(WSAGetLastError() != WSA_IO_PENDING)
{
return FALSE;
}
}
return TRUE;
}

//3.Sever_TCP_Overlapped.cpp

// Server_TCP_Overlapped.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"

#include "Overlapped.h"

BOOL HandleIO(PBUFFER_OBJECT pBuffer);//I/O请求完成之后，处理它的函数是 HandleIO。

HANDLE g_events[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS]; // I/O事件句柄数组
int g_nBufferCount = 0; // 上数组中有效句柄数量
PBUFFER_OBJECT g_pBufferHead, g_pBufferTail; // 记录缓冲区对象组成的表的地址

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{ // 创建监听套接字，绑定到本地端口，进入监听模式
WSADATA wsaData;
WORD socketVersion = 0x0202;
if(WSAStartup(socketVersion, &wsaData) != 0)
{
printf("Init socket dll error!");
exit(1);
}
SOCKET sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
sockaddr_in sin;
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons(2356);
sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
// 绑定套接字到本地机器
if (bind(sListen, (sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
{
printf(" Failed bind() \n");
return -1;
}
listen(sListen, 200);

// 为监听套接字创建一个SOCKET_OBJECT对象
PSOCKET_OBJECT pListen = GetSocketObject(sListen);

// 加载扩展函数AcceptEx
GUID GuidAcceptEx = WSAID_ACCEPTEX;
DWORD dwBytes;
WSAIoctl(pListen->s,
SIO_GET_EXTENSION_FUNCTION_POINTER,
&GuidAcceptEx,
sizeof(GuidAcceptEx),
&pListen->lpfnAcceptEx,
sizeof(pListen->lpfnAcceptEx),
&dwBytes,
NULL,
NULL);

// 创建用来重新建立g_events数组的事件对象
g_events[0] = WSACreateEvent();

// 在此可以投递多个接受I/O请求
for(int i=0; i<5; i++)
{
PostAccept(GetBufferObject(pListen, BUFFER_SIZE));
}

WSASetEvent(g_events[0]);

while(TRUE)
{
int nIndex = WSAWaitForMultipleEvents(g_nBufferCount + 1, g_events, FALSE, WSA_INFINITE, FALSE);
if(nIndex == WSA_WAIT_FAILED)
{
printf("WSAWaitForMultipleEvents() failed \n");
break;
}
nIndex = nIndex - WSA_WAIT_EVENT_0;
for(int i=0; i<= 5; i++)
{
int nRet = WSAWaitForMultipleEvents(1, &g_events[i], TRUE, 0, FALSE);
if(nRet == WSA_WAIT_TIMEOUT)
{
continue;
}
else
{
WSAResetEvent(g_events[i]);
// 重新建立g_events数组
if(i == 0)
{
RebuildArray();
continue;
}
// 处理这个I/O
PBUFFER_OBJECT pBuffer = FindBufferObject(g_events[i]);
if(pBuffer != NULL)
{
if(!HandleIO(pBuffer))
RebuildArray();
}
}
}
}
return 0;
}

//I/O请求完成之后，处理它的函数是 HandleIO。
BOOL HandleIO(PBUFFER_OBJECT pBuffer)
{
PSOCKET_OBJECT pSocket = pBuffer->pSocket; // 从BUFFER_OBJECT对象中提取SOCKET_OBJECT对象指针，
// 为的是方便引用
pSocket->nOutstandingOps --;
// 获取重叠操作结果
DWORD dwTrans;
DWORD dwFlags;
BOOL bRet = WSAGetOverlappedResult(pSocket->s, &pBuffer->ol, &dwTrans, FALSE, &dwFlags);
if(!bRet)
{ // 在此套接字上有错误发生，因此，关闭套接字，移除此缓冲区对象。
// 如果没有其它抛出的I/O请求了，释放此缓冲区对象，否则，等待此套接字上的其它I/O也完成
if(pSocket->s != INVALID_SOCKET)
{
closesocket(pSocket->s);
pSocket->s = INVALID_SOCKET;
}
if(pSocket->nOutstandingOps == 0)
{
FreeSocketObject(pSocket);
}
FreeBufferObject(pBuffer);
return FALSE;
}
// 没有错误发生，处理已完成的I/O
switch(pBuffer->nOperation)
{
case OP_ACCEPT: // 接收到一个新的连接，并接收到了对方发来的第一个封包
{
// 为新客户创建一个SOCKET_OBJECT对象
PSOCKET_OBJECT pClient = GetSocketObject(pBuffer->sAccept);
// 为发送数据创建一个BUFFER_OBJECT对象，这个对象会在套接字出错或者关闭时释放
PBUFFER_OBJECT pSend = GetBufferObject(pClient, BUFFER_SIZE);
if(pSend == NULL)
{
printf(" Too much connections! \n");
FreeSocketObject(pClient);
return FALSE;
}
RebuildArray();
// 将数据复制到发送缓冲区
pSend->nLen = dwTrans;
memcpy(pSend->buff, pBuffer->buff, dwTrans);
// 投递此发送I/O（将数据回显给客户）
if(!PostSend(pSend))
{ // 万一出错的话，释放上面刚申请的两个对象
FreeSocketObject(pSocket);
FreeBufferObject(pSend);
return FALSE;
}
// 继续投递接受I/O
PostAccept(pBuffer);
}
break;
case OP_READ: // 接收数据完成
{
if(dwTrans > 0)
{ // 创建一个缓冲区，以发送数据。这里就使用原来的缓冲区
PBUFFER_OBJECT pSend = pBuffer;
pSend->nLen = dwTrans;
// 投递发送I/O（将数据回显给客户）
PostSend(pSend);
}
else // 套接字关闭
{ // 必须先关闭套接字，以便在此套接字上投递的其它I/O也返回
if(pSocket->s != INVALID_SOCKET)
{
closesocket(pSocket->s);
pSocket->s = INVALID_SOCKET;
}
if(pSocket->nOutstandingOps == 0)
{
FreeSocketObject(pSocket);
}
FreeBufferObject(pBuffer);
return FALSE;
}
}
break;
case OP_WRITE: // 发送数据完成
{
if(dwTrans > 0)
{ // 继续使用这个缓冲区投递接收数据的请求
pBuffer->nLen = BUFFER_SIZE;
PostRecv(pBuffer);
}
else // 套接字关闭
{ // 同样，要先关闭套接字
if(pSocket->s != INVALID_SOCKET)
{
closesocket(pSocket->s);
pSocket->s = INVALID_SOCKET;
}
if(pSocket->nOutstandingOps == 0)
{
FreeSocketObject(pSocket);
}
FreeBufferObject(pBuffer);
return FALSE;
}
}
break;
}
return TRUE;
}

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