通常要開發網路應用程式並不是一件輕鬆的事情,不過,實際上只要掌握幾個關鍵的原則也就可以了——創建和連線一個套接字,嘗試進行連線,然後收發數據。真正難的是要寫出一個可以接納少則一個,多則數千個連線的網路應用程式。本文將討論如何通過winsock2在WindowsNT和Windows2000上開發高擴展能力的Winsock應用程式。文章主要的焦點在客戶機/伺服器模型的伺服器這一方,當然,其中的許多要點對模型的雙方都適用。
API與回響規模
通過Win32的重疊I/O機制,應用程式可以提請一項I/O操作,重疊的操作請求在後台完成,而同一時間提請操作的執行緒去做其他的事情。等重疊操作完成後執行緒收到有關的通知。這種機制對那些耗時的操作而言特別有用。不過,像Windows3.1上的WSAAsyncSelect()及Unix下的select()那樣的函式雖然易於使用,但是它們不能滿足回響規模的需要。而完成連線埠機制是針對作業系統內部進行了最佳化,在WindowsNT和Windows2000上,使用了完成連線埠的重疊I/O機制才能夠真正擴大系統的回響規模。
完成連線埠
一個完成連線埠其實就是一個通知佇列,由作業系統把已經完成的重疊I/O請求的通知放入其中。當某項I/O操作一旦完成,某個可以對該操作結果進行處理的工作者執行緒就會收到一則通知。而套接字在被創建後,可以在任何時候與某個完成連線埠進行關聯。
通常情況下,我們會在應用程式中創建一定數量的工作者執行緒來處理這些通知。執行緒數量取決於應用程式的特定需要。理想的情況是,執行緒數量等於處理器的數量,不過這也要求任何執行緒都不應該執行諸如同步讀寫、等待事件通知等阻塞型的操作,以免執行緒阻塞。每個執行緒都將分到一定的CPU時間,在此期間該執行緒可以運行,然後另一個執行緒將分到一個時間片並開始執行。如果某個執行緒執行了阻塞型的操作,作業系統將剝奪其未使用的剩餘時間片並讓其它執行緒開始執行。也就是說,前一個執行緒沒有充分使用其時間片,當發生這樣的情況時,應用程式應該準備其它執行緒來充分利用這些時間片。
完成連線埠的使用分為兩步。首先創建完成連線埠,如以下代碼所示:
HANDLEhIocp;
hIocp=CreateIoCompletionPort(
INVALID_HANDLE_VALUE,
NULL,
(ULONG_PTR)0,
0);
if(hIocp==NULL){
//Error
}
完成連線埠創建後,要把將使用該完成連線埠的套接字與之關聯起來。方法是再次調用CreateIoCompletionPort()函式,第一個參數FileHandle設為套接字的句柄,第二個參數ExistingCompletionPort設為剛剛創建的那個完成連線埠的句柄。
以下代碼創建了一個套接字,並把它和前面創建的完成連線埠關聯起來:
SOCKETs;
s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(s==INVALID_SOCKET){
//Error
if(CreateIoCompletionPort((HANDLE)s,
hIocp,
(ULONG_PTR)0,
0)==NULL)
{
//Error
}
???
}
這時就完成了套接字與完成連線埠的關聯操作。在這個套接字上進行的任何重疊操作都將通過完成連線埠發出完成通知。注意,CreateIoCompletionPort()函式中的第三個參數用來設定一個與該套接字相關的“完成鍵(completionkey)”(譯者註:完成鍵可以是任何數據類型)。每當完成通知到來時,應用程式可以讀取相應的完成鍵,因此,完成鍵可用來給套接字傳遞一些背景信息。
在創建了完成連線埠、將一個或多個套接字與之相關聯之後,我們就要創建若干個執行緒來處理完成通知。這些執行緒不斷循環調用GetQueuedCompletionStatus()函式並返回完成通知。
下面,我們先來看看應用程式如何跟蹤這些重疊操作。當應用程式調用一個重疊操作函式時,要把指向一個OVERLAPPED結構的指針包括在其參數中。當操作完成後,我們可以通過GetQueuedCompletionStatus()函式中拿回這個指針。不過,單是根據這個指針所指向的overlapped結構,應用程式並不能分辨究竟完成的是哪個操作。要實現對操作的跟蹤,你可以自己定義一個OVERLAPPED結構,在其中加入所需的跟蹤信息。
無論何時調用重疊操作函式時,總是會通過其lpOverlapped參數傳遞一個OVERLAPPEDPLUS結構(例如WSASend、WSARecv等函式)。這就允許你為每一個重疊調用操作設定某些操作狀態信息,當操作結束後,你可以通過GetQueuedCompletionStatus()函式獲得你自定義結構的指針。注意OVERLAPPED欄位不要求一定是這個擴展後的結構的第一個欄位。當得到了指向OVERLAPPED結構的指針以後,可以用CONTAINING_RECORD宏取出其中指向擴展結構的指針(譯者註:以上兩小段一會是OVERLAPPEDPLUS結構,一會是OVERLAPPED結構,本人也看不太懂,請高手賜教)。
OVERLAPPED結構的定義如下:
typedefstruct_OVERLAPPEDPLUS{
OVERLAPPEDol;
SOCKETs,sclient;
int opcode;
WSABUFwbuf;
DWORDdwBytes,dwFlags;
//otherusefulinformation
}OVERLAPPEDPLUS;
#defineOP_READ0
#defineOP_WRITE1
#defineOP_ACCEPT 2
下面讓我們來看看Figure2里工作者執行緒的情況。
Figure2WorkerThread
DWORDWINAPIWorkerThread(LPVOIDlpParam)
{
ULONG_PTR *PerHandleKey;
OVERLAPPED *Overlap;
OVERLAPPEDPLUS *OverlapPlus,
*newolp;
DWORD dwBytesXfered;
while(1)
{
ret=GetQueuedCompletionStatus(
hIocp,
&dwBytesXfered,
(PULONG_PTR)&PerHandleKey,
&Overlap,
INFINITE);
if(ret==0)
{
//Operationfailed
continue;
}
OverlapPlus=CONTAINING_RECORD(Overlap,OVERLAPPEDPLUS,ol);
switch(OverlapPlus->OpCode)
{
caseOP_ACCEPT:
//ClientsocketiscontainedinOverlapPlus.sclient
//Addclienttocompletionport
CreateIoCompletionPort(
(HANDLE)OverlapPlus->sclient,
hIocp,
(ULONG_PTR)0,
0);
// NeedanewOVERLAPPEDPLUSstructure
// forthenewlyacceptedsocket.Perhaps
// keepalookasidelistoffreestructures.
newolp=AllocateOverlappedPlus();
if(!newolp)
{
//Error
}
newolp->s=OverlapPlus->sclient;
newolp->OpCode=OP_READ;
//Thisfunctionpreparesthedatatobesent
PrepareSendBuffer(&newolp->wbuf);
ret=WSASend(
newolp->s,
&newolp->wbuf,
1,
&newolp->dwBytes,
0,
&newolp.ol,
NULL);
if(ret==SOCKET_ERROR)
{
if(WSAGetLastError()!=WSA_IO_PENDING)
{
//Error
}
}
//Putstructureinlookasidelistforlateruse
FreeOverlappedPlus(OverlapPlus);
//SignalacceptthreadtoissueanotherAcceptEx
setevent(hAcceptThread);
break;
caseOP_READ:
//Processthedataread
//•••
//Repostthereadifnecessary,reusingthesame
//receivebufferasbefore
memset(&OverlapPlus->ol,0,sizeof(OVERLAPPED));
ret=WSARecv(
OverlapPlus->s,
&OverlapPlus->wbuf,
1,
&OverlapPlus->dwBytes,
&OverlapPlus->dwFlags,
&OverlapPlus->ol,
NULL);
if(ret==SOCKET_ERROR)
{
if(WSAGetLastError()!=WSA_IO_PENDING)
{
//Error
}
}
break;
caseOP_WRITE:
//Processthedatasent,etc.
break;
}//switch
}//while
} //WorkerThread
其中每句柄鍵(PerHandleKey)變數的內容,是在把完成連線埠與套接字進行關聯時所設定的完成鍵參數;Overlap參數返回的是一個指向發出重疊操作時所使用的那個OVERLAPPEDPLUS結構的指針。
要記住,如果重疊操作調用失敗時(也就是說,返回值是SOCKET_ERROR,並且錯誤原因不是WSA_IO_PENDING),那么完成連線埠將不會收到任何完成通知。如果重疊操作調用成功,或者發生原因是WSA_IO_PENDING的錯誤時,完成連線埠將總是能夠收到完成通知。
WindowsNT和Windows2000的套接字架構對於開發大回響規模的Winsock應用程式而言,對WindowsNT和Windows2000的套接字架構有基本的了解是很有幫助的。
與其它類型作業系統不同,WindowsNT和Windows2000的傳輸協定沒有一種風格像套接字那樣的、可以和應用程式直接交談的界面,而是採用了一種更為底層的API,叫做傳輸驅動程式界面(TransportDriverInterface,TDI)。Winsock的核心模式驅動程式負責連線和緩衝區管理,以便向應用程式提供套接字仿真(在AFD.SYS檔案中實現),同時負責與底層傳輸驅動程式對話。
管理緩衝
正如上面所說的,應用程式通過Winsock來和傳輸協定驅動程式交談,而AFD.SYS負責為應用程式進行緩衝區管理。也就是說,當應用程式調用send()或WSASend()函式來傳送數據時,AFD.SYS將把數據拷貝進它自己的內部緩衝區(取決於SO_SNDBUF設定值),然後send()或WSASend()函式立即返回。也可以這么說,AFD.SYS在後台負責把數據傳送出去。不過,如果應用程式要求發出的數據超過了SO_SNDBUF設定的緩衝區大小,那么WSASend()函式會阻塞,直至所有數據傳送完畢。
從遠程客戶端接收數據的情況也類似。只要不用從應用程式那裡接收大量的數據,而且沒有超出SO_RCVBUF設定的值,AFD.SYS將把數據先拷貝到其內部緩衝區中。當應用程式調用recv()或WSARecv()函式時,數據將從內部緩衝拷貝到應用程式提供的緩衝區。
多數情況下,這樣的架構運行良好,特別在是應用程式採用傳統的套接字下非重疊的send()和receive()模式編寫的時候。不過程式設計師要小心的是,儘管可以通過setsockopt()這個API來把SO_SNDBUF和SO_RCVBUF選項值設成0(關閉內部緩衝區),但是程式設計師必須十分清楚把AFD.SYS的內部緩衝區關掉會造成什麼後果,避免收發數據時有關的緩衝區拷貝可能引起的系統崩潰。
舉例來說,一個應用程式通過設定SO_SNDBUF為0把緩衝區關閉,然後發出一個阻塞send()調用。在這樣的情況下,系統核心會把應用程式的緩衝區鎖定,直到接收方確認收到了整個緩衝區後send()調用才返回。似乎這是一種判定你的數據是否已經為對方全部收到的簡潔的方法,實際上卻並非如此。想想看,即使遠端TCP通知數據已經收到,其實也根本不代表數據已經成功送給客戶端應用程式,比如對方可能發生資源不足的情況,導致AFD.SYS不能把數據拷貝給應用程式。另一個更要緊的問題是,在每個執行緒中每次只能進行一次傳送調用,效率極其低下。
把SO_RCVBUF設為0,關閉AFD.SYS的接收緩衝區也不能讓性能得到提升,這只會迫使接收到的數據在比Winsock更低的層次進行緩衝,當你發出receive調用時,同樣要進行緩衝區拷貝,因此你本來想避免緩衝區拷貝的陰謀不會得逞。
現在我們應該清楚了,關閉緩衝區對於多數應用程式而言並不是什麼好主意。只要要應用程式注意隨時在某個連線上保持幾個WSARecvs重疊調用,那么通常沒有必要關閉接收緩衝區。如果AFD.SYS總是有由應用程式提供的緩衝區可用,那么它將沒有必要使用內部緩衝區。
高性能的伺服器應用程式可以關閉傳送緩衝區,同時不會損失性能。不過,這樣的應用程式必須十分小心,保證它總是發出多個重疊傳送調用,而不是等待某個重疊傳送結束了才發出下一個。如果應用程式是按一個發完再發下一個的順序來操作,那浪費掉兩次傳送中間的空檔時間,總之是要保證傳輸驅動程式在傳送完一個緩衝區後,立刻可以轉向另一個緩衝區。
資源的限制條件
在設計任何伺服器應用程式時,其強健性是主要的目標。也就是說,你的應用程式要能夠應對任何突發的問題,例如並發客戶請求數達到峰值、可用記憶體臨時出現不足、以及其它短時間的現象。這就要求程式的設計者注意WindowsNT和2000系統下的資源限制條件的問題,從容地處理突發性事件。
你可以直接控制的、最基本的資源就是網路頻寬。通常,使用用戶數據報協定(UDP)的應用程式都可能會比較注意頻寬方面的限制,以最大限度地減少包的丟失。
然而,在使用TCP連線時,伺服器必須十分小心地控制好,防止網路頻寬過載超過一定的時間,否則將需要重發大量的包或造成大量連線中斷。關於頻寬管理的方法應根據不同的應用程式而定,這超出了本文討論的範圍。
虛擬記憶體的使用也必須很小心地管理。通過謹慎地申請和釋放記憶體,或者套用lookasidelists(一種高速快取)技術來重新使用已分配的記憶體,將有助於控制伺服器應用程式的記憶體開銷(原文為“讓伺服器應用程式留下的腳印小一點”),避免作業系統頻繁地將應用程式申請的物理記憶體交換到虛擬記憶體中(原文為“讓作業系統能夠總是把更多的應用程式地址空間更多地保留在記憶體中”)。你也可以通過SetWorkingSetSize()這個Win32API讓作業系統分配給你的應用程式更多的物理記憶體。
在使用Winsock時還可能碰到另外兩個非直接的資源不足情況。一個是被鎖定的記憶體頁面的極限。如果你把AFD.SYS的緩衝關閉,當應用程式收發數據時,應用程式緩衝區的所有頁面將被鎖定到物理記憶體中。這是因為核心驅動程式需要訪問這些記憶體,在此期間這些頁面不能交換出去。如果作業系統需要給其它應用程式分配一些可分頁的物理記憶體,而又沒有足夠的記憶體時就會發生問題。我們的目標是要防止寫出一個病態的、鎖定所有物理記憶體、讓系統崩潰的程式。也就是說,你的程式鎖定記憶體時,不要超出系統規定的記憶體分頁極限。
在WindowsNT和2000系統上,所有應用程式總共可以鎖定的記憶體大約是物理記憶體的1/8(不過這只是一個大概的估計,不是你計算記憶體的依據)。如果你的應用程式不注意這一點,當你的發出太多的重疊收發調用,而且I/O沒來得及完成時,就可能偶爾發生ERROR_INSUFFICIENT_RESOURCES的錯誤。在這種情況下你要避免過度鎖定記憶體。同時要注意,系統會鎖定包含你的緩衝區所在的整個記憶體頁面,因此緩衝區靠近頁邊界時是有代價的(譯者理解,緩衝區如果正好超過頁面邊界,那怕是1個位元組,超出的這個位元組所在的頁面也會被鎖定)。
另外一個限制是你的程式可能會遇到系統未分頁池資源不足的情況。所謂未分頁池是一塊永遠不被交換出去的記憶體區域,這塊記憶體用來存儲一些供各種核心組件訪問的數據,其中有的核心組件是不能訪問那些被交換出去的頁面空間的。WindowsNT和2000的驅動程式能夠從這個特定的未分頁池分配記憶體。
當應用程式創建一個套接字(或者是類似的打開某個檔案)時,核心會從未分頁池中分配一定數量的記憶體,而且在綁定、連線套接字時,核心又會從未分頁池中再分配一些記憶體。當你注意觀察這種行為時你將發現,如果你發出某些I/O請求時(例如收發數據),你會從未分頁池裡再分配多一些記憶體(比如要追蹤某個待決的I/O操作,你可能需要給這個操作添加一個自定義結構,如前文所提及的)。最後這就可能會造成一定的問題,作業系統會限制未分頁記憶體的用量。
在WindowsNT和2000這兩種作業系統上,給每個連線分配的未分頁記憶體的具體數量是不同的,未來版本的Windows很可能也不同。為了使應用程式的生命期更長,你就不應該計算對未分頁池記憶體的具體需求量。
你的程式必須防止消耗到未分頁池的極限。當系統中未分頁池剩餘空間太小時,某些與你的應用程式毫無關係的核心驅動就會發瘋,甚至造成系統崩潰,特別是當系統中有第三方設備或驅動程式時,更容易發生這樣的慘劇(而且無法預測)。同時你還要記住,同一台電腦上還可能運行有其它同樣消耗未分頁池的其它應用程式,因此在設計你的應用程式時,對資源量的預估要特別保守和謹慎。
處理資源不足的問題是十分複雜的,因為發生上述情況時你不會收到特別的錯誤代碼,通常你只能收到一般性的WSAENOBUFS或者ERROR_INSUFFICIENT_RESOURCES錯誤。要處理這些錯誤,首先,把你的應用程式工作配置調整到合理的最大值(譯者註:所謂工作配置,是指應用程式各部分運行中所需的記憶體用量,請參考http://msdn.microsoft.com/msdnmag/issues/1000/Bugslayer/Bugslayer1000.asp,關於記憶體最佳化,譯者另有譯文),如果錯誤繼續出現,那么注意檢查是否是網路頻寬不足的問題。之後,請確認你沒有同時發出太多的收發調用。最後,如果還是收到資源不足的錯誤,那就很可能是遇到了未分頁記憶體池不足的問題了。要釋放未分頁記憶體池空間,請關閉應用程式中相當部分的連線,等待系統自行渡過和修正這個瞬時的錯誤。
接受連線請求
伺服器要做的最普通的事情之一就是接受來自客戶端的連線請求。在套接字上使用重疊I/O接受連線的惟一API就是AcceptEx()函式。有趣的是,通常的同步接受函式accept()的返回值是一個新的套接字,而AcceptEx()函式則需要另外一個套接字作為它的參數之一。這是因為AcceptEx()是一個重疊操作,所以你需要事先創建一個套接字(但不要綁定或連線它),並把這個套接字通過參數傳給AcceptEx()。以下是一小段典型的使用AcceptEx()的偽代碼:
do{
-等待上一個AcceptEx完成
-創建一個新套接字並與完成連線埠進行關聯
-設定背景結構等等
-發出一個AcceptEx請求
}while(TRUE);
作為一個高回響能力的伺服器,它必須發出足夠的AcceptEx調用,守候著,一旦出現客戶端連線請求就立刻回響。至於發出多少個AcceptEx才夠,就取決於你的伺服器程式所期待的通信交通類型。比如,如果進入連線率高的情況(因為連線持續時間較短,或者出現交通高峰),那么所需要守候的AcceptEx當然要比那些偶爾進入的客戶端連線的情況要多。聰明的做法是,由應用程式來分析交通狀況,並調整AcceptEx守候的數量,而不是固定在某個數量上。
對於Windows2000,Winsock提供了一些機制,幫助你判定AcceptEx的數量是否足夠。這就是,在創建監聽套接字時創建一個事件,通過WSAEventSelect()這個API並註冊FD_ACCEPT事件通知來把套接字和這個事件關聯起來。一旦系統收到一個連線請求,如果系統中沒有AcceptEx()正在等待接受連線,那么上面的事件將收到一個信號。通過這個事件,你就可以判斷你有沒有發出足夠的AcceptEx(),或者檢測出一個非正常的客戶請求(下文述)。這種機制對WindowsNT4.0不適用。
使用AcceptEx()的一大好處是,你可以通過一次調用就完成接受客戶端連線請求和接受數據(通過傳送lpOutputBuffer參數)兩件事情。也就是說,如果客戶端在發出連線的同時傳輸數據,你的AcceptEx()調用在連線創建並接收了客戶端數據後就可以立刻返回。這樣可能是很有用的,但是也可能會引發問題,因為AcceptEx()必須等全部客戶端數據都收到了才返回。具體來說,如果你在發出AcceptEx()調用的同時傳遞了lpOutputBuffer參數,那么AcceptEx()不再是一項原子型的操作,而是分成了兩步:接受客戶連線,等待接收數據。當缺少一種機制來通知你的應用程式所發生的這種情況:“連線已經建立了,正在等待客戶端數據”,這將意味著有可能出現客戶端只發出連線請求,但是不傳送數據。如果你的伺服器收到太多這種類型的連線時,它將拒絕連線更多的合法客戶端請求。這就是黑客進行“拒絕服務”攻擊的常見手法。
要預防此類攻擊,接受連線的執行緒應該不時地通過調用GETSOCKOPT()函式(選項參數為SO_CONNECT_TIME)來檢查AcceptEx()里守候的套接字。getsockopt()函式的選項值將被設定為套接字被連線的時間,或者設定為-1(代表套接字尚未建立連線)。這時,WSAEventSelect()的特性就可以很好地利用來做這種檢查。如果發現連線已經建立,但是很久都沒有收到數據的情況,那么就應該終止連線,方法就是關閉作為參數提供給AcceptEx()的那個套接字。注意,在多數非緊急情況下,如果套接字已經傳遞給AcceptEx()並開始守候,但還未建立連線,那么你的應用程式不應該關閉它們。這是因為即使關閉了這些套接字,出於提高系統性能的考慮,在連線進入之前,或者監聽套接字自身被關閉之前,相應的核心模式的數據結構也不會被乾淨地清除。
發出AcceptEx()調用的執行緒,似乎與那個進行完成連線埠關聯操作、處理其它I/O完成通知的執行緒是同一個,但是,別忘記執行緒里應該盡力避免執行阻塞型的操作。Winsock2分層結構的一個副作用是調用socket()或WSASocket()API的上層架構可能很重要(譯者不太明白原文意思,抱歉)。每個AcceptEx()調用都需要創建一個新套接字,所以最好有一個獨立的執行緒專門調用AcceptEx(),而不參與其它I/O處理。你也可以利用這個執行緒來執行其它任務,比如事件記錄。
有關AcceptEx()的最後一個注意事項:要實現這些API,並不需要其它提供商提供的Winsock2實現。這一點對微軟特有的其它API也同樣適用,比如TransmitFile()和GetAcceptExSockAddrs(),以及其它可能會被加入到新版Windows的API.在WindowsNT和2000上,這些API是在微軟的底層提供者DLL(mswsock.dll)中實現的,可通過與mswsock.lib編譯連線進行調用,或者通過WSAIoctl()(選項參數為SIO_GET_EXTENSION_FUNCTION_POINTER)動態獲得函式的指針。
如果在沒有事先獲得函式指針的情況下直接調用函式(也就是說,編譯時靜態連線mswsock.lib,在程式中直接調用函式),那么性能將很受影響。因為AcceptEx()被置於Winsock2架構之外,每次調用時它都被迫通過WSAIoctl()取得函式指針。要避免這種性能損失,需要使用這些API的應用程式應該通過調用WSAIoctl()直接從底層的提供者那裡取得函式的指針。
參見Figure3套接字架構:
application
||
\||/
\/
winsock2.0dll(ws2_32.dll)
||
\||/
\/
layered/BaseProviders
RSVP|Proxy|DefaultMicrosoftProviders(mswsock.dll/msafd.dll)
||
\||/
\/
WindowsSocketskernel-modedriver(afd.sys)
||
\||/
\/
TramsportProtocols
TCP/IP|ATM|Other
TransmitFile和TransmitPackets
Winsock
提供兩個專門為檔案和記憶體數據傳輸進行了最佳化的函式。其中TransmitFile()這個API函式在WindowsNT4.0和Windows2000上都可以使用,而TransmitPackets()則將在未來版本的Windows中實現。
TransmitFile()用來把檔案內容通過Winsock進行傳輸。通常傳送檔案的做法是,先調用CreateFile()打開一個檔案,然後不斷循環調用ReadFile()和WSASend()直至數據傳送完畢。但是這種方法很沒有效率,因為每次調用ReadFile()和WSASend()都會涉及一次從用戶模式到核心模式的轉換。如果換成TransmitFile(),那么只需要給它一個已打開檔案的句柄和要傳送的位元組數,而所涉及的模式轉換操作將只在調用CreateFile()打開檔案時發生一次,然後TransmitFile()時再發生一次。這樣效率就高多了。
TransmitPackets()比TransmitFile()更進一步,它允許用戶只調用一次就可以傳送指定的多個檔案和記憶體緩衝區。函式原型如下:
BOOLTransmitPackets(
SOCKEThSocket,
LPTRANSMIT_PACKET_ELEMENTlpPacketArray,
DWORDnElementCount,
DWORDnSendSize,
LPOVERLAPPEDlpOverlapped,
DWORDdwFlags
;
其中,lpPacketArray是一個結構的數組,其中的每個元素既可以是一個檔案句柄或者記憶體緩衝區,該結構定義如下:
typedefstruct_TRANSMIT_PACKETS_ELEMENT{
DWORDdwElFlags;
DWORDcLength;
union{
struct{
LARGE_INTEGERnFileOffset;
HANDLEhFile;
};
PVOIDpBuffer;
};
}TRANSMIT_FILE_BUFFERS;
其中各欄位是自描述型的(selfexplanatory)。
dwElFlags欄位:指定當前元素是一個檔案句柄還是記憶體緩衝區(分別通過常量TF_ELEMENT_FILE和TF_ELEMENT_MEMORY指定);
cLength欄位:指定將從數據源傳送的位元組數(如果是檔案,這個欄位值為0表示傳送整個檔案);
結構中的無名聯合體:包含檔案句柄的記憶體緩衝區(以及可能的偏移量)。
使用這兩個API的另一個好處,是可以通過指定TF_REUSE_SOCKET和TF_DISCONNECT標誌來重用套接字句柄。每當API完成數據的傳輸工作後,就會在傳輸層級別下線,這樣這個套接字就又可以重新提供給AcceptEx()使用。採用這種最佳化的方法編程,將減輕那個專門做接受操作的執行緒創建套接字的壓力(前文述及)。
這兩個API也都有一個共同的弱點:WindowsNTWorkstation或Windows2000專業版中,函式每次只能處理兩個調用請求,只有在WindowsNT、Windows2000伺服器版、Windows2000高級伺服器版或Windows2000DataCenter中才獲得完全支持。
以上各節中,我們討論了開發高性能的、大回響規模的應用程式所需的函式、方法和可能遇到的資源瓶頸問題。這些對你意味著什麼呢?其實,這取決於你如何構造你的伺服器和客戶端。當你能夠在伺服器和客戶端設計上進行更好地控制時,那么你越能夠避開瓶頸問題。
來看一個示範的環境。我們要設計一個伺服器來回響客戶端的連線、傳送請求、接收數據以及下線。那么,伺服器將需要創建一個監聽套接字,把它與某個完成連線埠進行關聯,為每顆CPU創建一個工作執行緒。再創建一個執行緒專門用來發出AcceptEx()。我們知道客戶端會在發出連線請求後立刻傳送數據,所以如果我們準備好接收緩衝區會使事情變得更為容易。當然,不要忘記不時地輪詢AcceptEx()調用中使用的套接字(使用SO_CONNECT_TIME選項參數)來確保沒有惡意逾時的連線。
該設計中有一個重要的問題要考慮,我們應該允許多少個AcceptEx()進行守候。這是因為,每發出一個AcceptEx()時我們都同時需要為它提供一個接收緩衝區,那么記憶體中將會出現很多被鎖定的頁面(前文說過了,每個重疊操作都會消耗一小部分未分頁記憶體池,同時還會鎖定所有涉及的緩衝區)。這個問題很難回答,沒有一個確切的答案。最好的方法是把這個值做成可以調整的,通過反覆做性能測試,你就可以得出在典型套用環境中最佳的值。
好了,當你測算清楚後,下面就是傳送數據的問題了,考慮的重點是你希望伺服器同時處理多少個並發的連線。
通常情況下,伺服器應該限制並發連線的數量以及等候處理的傳送調用。因為並發連線數量越多,所消耗的未分頁記憶體池也越多;等候處理的傳送調用越多,被鎖定的記憶體頁面也越多(小心別超過了極限)。這同樣也需要反覆測試才知道答案。
對於上述環境,通常不需要關閉單個套接字的緩衝區,因為只在AcceptEx()中有一次接收數據的操作,而要保證給每個到來的連線提供接收緩衝區並不是太難的事情。但是,如果客戶機與伺服器互動的方式變一變,客戶機在傳送了一次數據之後,還需要傳送更多的數據,在這種情況下關閉接收緩衝就不太妙了,除非你想辦法保證在每個連線上都發出了重疊接收調用來接收更多的數據。
結論
開發大回響規模的Winsock伺服器並不是很可怕,其實也就是設定一個監聽套接字、接受連線請求和進行重疊收發調用。通過設定合理的進行守候的重疊調用的數量,防止出現未分頁記憶體池被耗盡,這才是最主要的挑戰。按照我們前面討論的一些原則,你就可以開發出大回響規模的伺服器應用程式。