Windows Socket五种I/O模型

 如果你想在Windows平台上构建服务器应用，那么I/O模型是你必须考虑的。Windows操作系统提供了选择（Select）、异步选择 （WSAAsyncSelect）、事件选择（WSAEventSelect）、重叠I/O（Overlapped I/O）和完成端口（Completion Port)共五种I/O模型。每一种模型均适用于一种特定的应用场景。程序员应该对自己的应用需求非常明确，而且综合考虑到程序的扩展性和可移植性等因 素，作出自己的选择。
我会以一个回应反射式服务器（与《Windows网络编程》第八章一样）来介绍这五种I/O模型。
我们假设客户端的代码如下（为代码直观， 省去所有错误检查，以下同）：
#include <WINSOCK2.H>
#include <stdio.h>
#define SERVER_ADDRESS "137.117.2.148"
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sClient;
SOCKADDR_IN server;
char szMessage[MSGSIZE];
int ret;

// Initialize Windows socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create client socket
sClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Connect to server
memset(&server, 0, sizeof(SOCKADDR_IN));
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(SERVER_ADDRESS);
server.sin_port = htons(PORT);
connect(sClient, (struct sockaddr *)&server, sizeof(SOCKADDR_IN));
while (TRUE)
{
 printf("Send:");
 gets(szMessage);
 // Send message
 send(sClient, szMessage, strlen(szMessage), 0);
 // Receive message
 ret = recv(sClient, szMessage, MSGSIZE, 0);
 szMessage[ret] = '/0';
 printf("Received [%d bytes]: '%s'/n", ret, szMessage);
}
// Clean up
closesocket(sClient);
WSACleanup();
return 0;
}
客户端所做的事情相当简单，创建套接字，连接服务器，然后不停的发送和接收数据。
比较容易想到的一种服务器模型就是采用一个主线程，负责监听客户端的连接请求，当接收到某个客户端的连接请求后，创建一个专门用于和该客户端通信的 套接字和一个辅助线程。以后该客户端和服务器的交互都在这个辅助线程内完成。这种方法比较直观，程序非常简单而且可移植性好，但是不能利用平台相关的特 性。例如，如果连接数增多的时候（成千上万的连接），那么线程数成倍增长，操作系统忙于频繁的线程间切换，而且大部分线程在其生命周期内都是处于非活动状 态的，这大大浪费了系统的资源。所以，如果你已经知道你的代码只会运行在Windows平台上，建议采用Winsock I/O模型。
一.选择模型
Select（选择）模型是Winsock中最常见的I/O模型。之所以称其为“Select模型”，是由于它的“中心思想” 便是利用select函数，实现对I/O的管理。最初设计该模型时，主要面向的是某些使用UNIX操作系统的计算机，它们采用的是Berkeley套接字 方案。Select模型已集成到Winsock 1.1中，它使那些想避免在套接字调用过程中被无辜“锁定”的应用程序，采取一种有序的方式，同时进行对多个套接字的管理。由于Winsock 1.1向后兼容于Berkeley套接字实施方案，所以假如有一个Berkeley套接字应用使用了select函数，那么从理论角度讲，毋需对其进行任 何修改，便可正常运行。（节选自《Windows网络编程》第八章)
下面的这段程序就是利用选择模型实现的Echo服务器的代码（已经不能再精简 了）：
#include <winsock.h>
#include <stdio.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
int g_iTotalConn = 0;
SOCKET g_CliSocketArr[FD_SETSIZE];
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParameter);
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sListen, sClient;
SOCKADDR_IN local, client;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
DWORD dwThreadId;
// Initialize Windows socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
// Listen
listen(sListen, 3);
// Create worker thread
CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId); 
while (TRUE)
{
 // Accept a connection
 sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
 printf("Accepted client:%s:%d/n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
 // Add socket to g_CliSocketArr
 g_CliSocketArr[g_iTotalConn++] = sClient;
}

return 0;
}
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam)
{
int i;
fd_set fdread;
int ret;
struct timeval tv = {1, 0};
char szMessage[MSGSIZE];

while (TRUE)
{
 FD_ZERO(&fdread);
 for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)
 {
 FD_SET(g_CliSocketArr[i], &fdread);
 }
 // We only care read event
 ret = select(0, &fdread, NULL, NULL, &tv);
 if (ret == 0)
 {
 // Time expired
 continue;
 }
 for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)
 {
 if (FD_ISSET(g_CliSocketArr[i], &fdread))
 {
 // A read event happened on g_CliSocketArr[i]
 ret = recv(g_CliSocketArr[i], szMessage, MSGSIZE, 0);
 if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))
 {
 // Client socket closed
 printf("Client socket %d closed./n", g_CliSocketArr[i]);
 closesocket(g_CliSocketArr[i]);
 if (i < g_iTotalConn - 1)
 { 
 g_CliSocketArr[i--] = g_CliSocketArr[--g_iTotalConn];
 }
 }
 else
 {
 // We received a message from client
 szMessage[ret] = '/0';
 send(g_CliSocketArr[i], szMessage, strlen(szMessage), 0);
 }
 }
 }
}

return 0;
}
服务器的几个主要动作如下：
1.创建监听套接字，绑定，监听；
2.创建工作者线程；
3.创建一个套接字数组，用来存放当前 所有活动的客户端套接字，每accept一个连接就更新一次数组；
4.接受客户端的连接。这里有一点需要注意的，就是我没有重新定义 FD_SETSIZE宏，所以服务器最多支持的并发连接数为64。而且，这里决不能无条件的accept,服务器应该根据当前的连接数来决定是否接受来自 某个客户端的连接。一种比较好的实现方案就是采用WSAAccept函数，而且让WSAAccept回调自己实现的Condition Function。如下所示：
int CALLBACK ConditionFunc(LPWSABUF lpCallerId,LPWSABUF lpCallerData, LPQOS lpSQOS,LPQOS lpGQOS,LPWSABUF lpCalleeId, LPWSABUF lpCalleeData,GROUP FAR * g,DWORD dwCallbackData)
{
if (当前连接数 < FD_SETSIZE)
 return CF_ACCEPT;
else
 return CF_REJECT;
}
工作者线程里面是一个死循环，一次循环完成的动作是：
1.将当前所有的客户端套接字加入到读集fdread中；
2.调用 select函数；
3.查看某个套接字是否仍然处于读集中，如果是，则接收数据。如果接收的数据长度为0，或者发生WSAECONNRESET错 误，则表示客户端套接字主动关闭，这时需要将服务器中对应的套接字所绑定的资源释放掉，然后调整我们的套接字数组（将数组中最后一个套接字挪到当前的位置 上）
除了需要有条件接受客户端的连接外，还需要在连接数为0的情形下做特殊处理，因为如果读集中没有任何套接字，select函数会立刻返回，这将导致 工作者线程成为一个毫无停顿的死循环，CPU的占用率马上达到100%。
二.异步选择
Winsock提供了一个有用的异步I/O模型。利用这个模型，应用程序可在一个套接字上，接收以Windows消息为基础的 网络事件通知。具体的做法是在建好一个套接字后，调用WSAAsyncSelect函数。该模型最早出现于Winsock的1.1版本中，用于帮助应用程 序开发者面向一些早期的16位Windows平台（如Windows for Workgroups），适应其“落后”的多任务消息环境。应用程序仍可从这种模型中得到好处，特别是它们用一个标准的Windows例程（常称 为"WndProc"），对窗口消息进行管理的时候。该模型亦得到了Microsoft Foundation Class（微软基本类，MFC）对象CSocket的采纳。（节选自《Windows网络编程》第八章)
我还是先贴出代码，然后做详细解释：
#include <winsock.h>
#include <tchar.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#define WM_SOCKET WM_USER+0
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, PSTR szCmdLine, int iCmdShow)
{
static TCHAR szAppName[] = _T("AsyncSelect Model");
HWND hwnd ;
MSG msg ;
WNDCLASS wndclass ;
wndclass.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW ;
wndclass.lpfnWndProc = WndProc ;
wndclass.cbClsExtra = 0 ;
wndclass.cbWndExtra = 0 ;
wndclass.hInstance = hInstance ;
wndclass.hIcon = LoadIcon (NULL, IDI_APPLICATION) ;
wndclass.hCursor = LoadCursor (NULL, IDC_ARROW) ;
wndclass.hbrBackground = (HBRUSH) GetStockObject (WHITE_BRUSH) ;
wndclass.lpszMenuName = NULL ;
wndclass.lpszClassName = szAppName ;
if (!RegisterClass(&wndclass))
{
 MessageBox (NULL, TEXT ("This program requires Windows NT!"), szAppName, MB_ICONERROR) ;
 return 0 ;
}
hwnd = CreateWindow (szAppName, // window class name
 TEXT ("AsyncSelect Model"), // window caption
 WS_OVERLAPPEDWINDOW, // window style
 CW_USEDEFAULT, // initial x position
 CW_USEDEFAULT, // initial y position
 CW_USEDEFAULT, // initial x size
 CW_USEDEFAULT, // initial y size
 NULL, // parent window handle
 NULL, // window menu handle
 hInstance, // program instance handle
 NULL) ; // creation parameters
ShowWindow(hwnd, iCmdShow);
UpdateWindow(hwnd);
while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
{
 TranslateMessage(&msg) ;
 DispatchMessage(&msg) ;
}

return msg.wParam;
}
LRESULT CALLBACK WndProc (HWND hwnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
WSADATA wsd;
static SOCKET sListen;
SOCKET sClient;
SOCKADDR_IN local, client;
int ret, iAddrSize = sizeof(client);
char szMessage[MSGSIZE];
switch (message)
{
case WM_CREATE:
 // Initialize Windows Socket library
 WSAStartup(0x0202, &wsd);

 // Create listening socket
 sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

 // Bind
 local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
 local.sin_family = AF_INET;
 local.sin_port = htons(PORT);
 bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));

 // Listen
 listen(sListen, 3);
 // Associate listening socket with FD_ACCEPT event
 WSAAsyncSelect(sListen, hwnd, WM_SOCKET, FD_ACCEPT);
 return 0;
case WM_DESTROY:
 closesocket(sListen);
 WSACleanup();
 PostQuitMessage(0);
 return 0;

case WM_SOCKET:
 if (WSAGETSELECTERROR(lParam))
 {
 closesocket(wParam);
 break;
 }
 
 switch (WSAGETSELECTEVENT(lParam))
 {
 case FD_ACCEPT:
 // Accept a connection from client
 sClient = accept(wParam, (struct sockaddr *)&client, &iAddrSize);
 
 // Associate client socket with FD_READ and FD_CLOSE event
 WSAAsyncSelect(sClient, hwnd, WM_SOCKET, FD_READ | FD_CLOSE);
 break;
 case FD_READ:
 ret = recv(wParam, szMessage, MSGSIZE, 0);
 if (ret == 0 || ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET)
 {
 closesocket(wParam);
 }
 else
 {
 szMessage[ret] = '/0';
 send(wParam, szMessage, strlen(szMessage), 0);
 }
 break;
 
 case FD_CLOSE:
 closesocket(wParam); 
 break;
 }
 return 0;
}

return DefWindowProc(hwnd, message, wParam, lParam);
}
在我看来，WSAAsyncSelect是最简单的一种Winsock I/O模型（之所以说它简单是因为一个主线程就搞定了）。使用Raw Windows API写过窗口类应用程序的人应该都能看得懂。这里，我们需要做的仅仅是：
1.在WM_CREATE消息处理函数中，初始化 Windows Socket library，创建监听套接字，绑定，监听，并且调用WSAAsyncSelect函数表示我们关心在监听套接字上发生的FD_ACCEPT事件；
2. 自定义一个消息WM_SOCKET，一旦在我们所关心的套接字（监听套接字和客户端套接字）上发生了某个事件，系统就会调用WndProc并且 message参数被设置为WM_SOCKET；
3.在WM_SOCKET的消息处理函数中，分别对FD_ACCEPT、FD_READ和 FD_CLOSE事件进行处理；
4.在窗口销毁消息(WM_DESTROY)的处理函数中，我们关闭监听套接字，清除Windows Socket library
下面这张用于WSAAsyncSelect函数的网络事件类型表可以让你对各个网络事件有更清楚的认识：
表1

FD_READ	应用程序想要接收有关是否可读的通知，以便读入 数据
FD_WRITE	应用程序想要接收有关是否可写的通知，以便写入 数据
FD_OOB	应用程序想接收是否有带外（OOB）数据抵达的通 知
FD_ACCEPT	应用程序想接收与进入连接有关的通知
FD_CONNECT	应用程序想接收与一次连接或者多点join操作完成的通 知
FD_CLOSE	应用程序想接收与套接字关闭有关的通知
FD_QOS	应用程序想接收套接字“服务质量”（QoS）发生更改的通 知
FD_GROUP_QOS 	应用程序想接收套接字组“服务质量”发生更改的 通知（现在没什么用处，为未来套接字组的使用保留）
FD_ROUTING_INTERFACE_CHANGE	应用程序想接收在指定的方向上，与路由接口发生 变化的通知
FD_ADDRESS_LIST_CHANGE 	应用程序想接收针对套接字的协议家族，本地地址 列表发生变化的通知
三.事件选择
Winsock 提供了另一个有用的异步I/O模型。和WSAAsyncSelect模型类似的是，它也允许应用程序在一个或多个套接字上，接收以事件为基础的网络事件通 知。对于表1总结的、由WSAAsyncSelect模型采用的网络事件来说，它们均可原封不动地移植到新模型。在用新模型开发的应用程序中，也能接收和 处理所有那些事件。该模型最主要的差别在于网络事件会投递至一个事件对象句柄，而非投递至一个窗口例程。（节选自《Windows网络编程》第八章)
还 是让我们先看代码然后进行分析：
#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
int g_iTotalConn = 0;
SOCKET g_CliSocketArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];
WSAEVENT g_CliEventArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);
void Cleanup(int index);
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sListen, sClient;
SOCKADDR_IN local, client;
DWORD dwThreadId;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
// Initialize Windows Socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
// Listen
listen(sListen, 3);
// Create worker thread
CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);
while (TRUE)
{
 // Accept a connection
 sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
 printf("Accepted client:%s:%d/n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
 // Associate socket with network event
 g_CliSocketArr[g_iTotalConn] = sClient;
 g_CliEventArr[g_iTotalConn] = WSACreateEvent();
 WSAEventSelect(g_CliSocketArr[g_iTotalConn],
 g_CliEventArr[g_iTotalConn],
 FD_READ | FD_CLOSE);
 g_iTotalConn++;
}
}
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam)
{
int ret, index;
WSANETWORKEVENTS NetworkEvents;
char szMessage[MSGSIZE];
while (TRUE)
{
 ret = WSAWaitForMultipleEvents(g_iTotalConn, g_CliEventArr, FALSE, 1000, FALSE);
 if (ret == WSA_WAIT_FAILED || ret == WSA_WAIT_TIMEOUT)
 {
 continue;
 }
 index = ret - WSA_WAIT_EVENT_0;
 WSAEnumNetworkEvents(g_CliSocketArr[index], g_CliEventArr[index], &NetworkEvents);
 if (NetworkEvents.lNetworkEvents & FD_READ)
 {
 // Receive message from client
 ret = recv(g_CliSocketArr[index], szMessage, MSGSIZE, 0);
 if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))
 {
 Cleanup(index);
 }
 else
 {
 szMessage[ret] = '/0';
 send(g_CliSocketArr[index], szMessage, strlen(szMessage), 0);
 }
 }
 if (NetworkEvents.lNetworkEvents & FD_CLOSE)
 {
 Cleanup(index);
 }
}
return 0;
}
void Cleanup(int index)
{
closesocket(g_CliSocketArr[index]);
WSACloseEvent(g_CliEventArr[index]);
if (index < g_iTotalConn - 1)
{
 g_CliSocketArr[index] = g_CliSocketArr[g_iTotalConn - 1];
 g_CliEventArr[index] = g_CliEventArr[g_iTotalConn - 1];
}

g_iTotalConn--;
}
事件选择模型也比较简单，实现起来也不是太复杂，它的基本思想是将每个套接字都和一个WSAEVENT对象对应起来，并且在关联的时候指定需要关注 的哪些网络事件。一旦在某个套接字上发生了我们关注的事件（FD_READ和FD_CLOSE），与之相关联的WSAEVENT对象被Signaled。 程序定义了两个全局数组，一个套接字数组，一个WSAEVENT对象数组，其大小都是MAXIMUM_WAIT_OBJECTS（64），两个数组中的元 素一一对应。
同样的，这里的程序没有考虑两个问题，一是不能无条件的调用accept，因为我们支持的并发连接数有限。解决方法是将套接字按 MAXIMUM_WAIT_OBJECTS分组，每MAXIMUM_WAIT_OBJECTS个套接字一组，每一组分配一个工作者线程；或者采用 WSAAccept代替accept，并回调自己定义的Condition Function。第二个问题是没有对连接数为0的情形做特殊处理，程序在连接数为0的时候CPU占用率为100%。

四.重叠I/O模型
Winsock2的发布使得Socket I/O有了和文件I/O统一的接口。我们可以通过使用Win32文件操纵函数ReadFile和WriteFile来进行Socket I/O。伴随而来的，用于普通文件I/O的重叠I/O模型和完成端口模型对Socket I/O也适用了。这些模型的优点是可以达到更佳的系统性能，但是实现较为复杂，里面涉及较多的C语言技巧。例如我们在完成端口模型中会经常用到所谓的“尾 随数据”。
1.用事件通知方式实现的重叠I/O模型
#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
typedef struct
{
WSAOVERLAPPED overlap;
WSABUF Buffer;
char szMessage[MSGSIZE];
DWORD NumberOfBytesRecvd;
DWORD Flags;
}PER_IO_OPERATION_DATA, *LPPER_IO_OPERATION_DATA;
int g_iTotalConn = 0;
SOCKET g_CliSocketArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];
WSAEVENT g_CliEventArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];
LPPER_IO_OPERATION_DATA g_pPerIODataArr[MAXIMUM_WAIT_OBJECTS];
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);
void Cleanup(int);
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sListen, sClient;
SOCKADDR_IN local, client;
DWORD dwThreadId;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
// Initialize Windows Socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
// Listen
listen(sListen, 3);
// Create worker thread
CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);
while (TRUE)
{
 // Accept a connection
 sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
 printf("Accepted client:%s:%d/n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
 g_CliSocketArr[g_iTotalConn] = sClient;
 
 // Allocate a PER_IO_OPERATION_DATA structure
 g_pPerIODataArr[g_iTotalConn] = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)HeapAlloc(
 GetProcessHeap(),
 HEAP_ZERO_MEMORY,
 sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));
 g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Buffer.len = MSGSIZE;
 g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Buffer.buf = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->szMessage;
 g_CliEventArr[g_iTotalConn] = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->overlap.hEvent = WSACreateEvent();
 // Launch an asynchronous operation
 WSARecv(
 g_CliSocketArr[g_iTotalConn],
 &g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Buffer,
 1,
 &g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->NumberOfBytesRecvd,
 &g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Flags,
 &g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->overlap,
 NULL);
 
 g_iTotalConn++;
}

closesocket(sListen);
WSACleanup();
return 0;
}
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam)
{
int ret, index;
DWORD cbTransferred;
while (TRUE)
{
 ret = WSAWaitForMultipleEvents(g_iTotalConn, g_CliEventArr, FALSE, 1000, FALSE);
 if (ret == WSA_WAIT_FAILED || ret == WSA_WAIT_TIMEOUT)
 {
 continue;
 }
 index = ret - WSA_WAIT_EVENT_0;
 WSAResetEvent(g_CliEventArr[index]);
 WSAGetOverlappedResult(
 g_CliSocketArr[index],
 &g_pPerIODataArr[index]->overlap,
 &cbTransferred,
 TRUE,
 &g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->Flags);
 if (cbTransferred == 0)
 {
 // The connection was closed by client
 Cleanup(index);
 }
 else
 {
 // g_pPerIODataArr[index]->szMessage contains the received data
 g_pPerIODataArr[index]->szMessage[cbTransferred] = '/0';
 send(g_CliSocketArr[index], g_pPerIODataArr[index]->szMessage,/
 cbTransferred, 0);
 // Launch another asynchronous operation
 WSARecv(
 g_CliSocketArr[index],
 &g_pPerIODataArr[index]->Buffer,
 1,
 &g_pPerIODataArr[index]->NumberOfBytesRecvd,
 &g_pPerIODataArr[index]->Flags,
 &g_pPerIODataArr[index]->overlap,
 NULL);
 }
}
return 0;
}
void Cleanup(int index)
{
closesocket(g_CliSocketArr[index]);
WSACloseEvent(g_CliEventArr[index]);
HeapFree(GetProcessHeap(), 0, g_pPerIODataArr[index]);
if (index < g_iTotalConn - 1)
{
 g_CliSocketArr[index] = g_CliSocketArr[g_iTotalConn - 1];
 g_CliEventArr[index] = g_CliEventArr[g_iTotalConn - 1];
 g_pPerIODataArr[index] = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn - 1];
}
g_pPerIODataArr[--g_iTotalConn] = NULL;
}
这个模型与上述其他模型不同的是它使用Winsock2提供的异步I/O函数WSARecv。在调用WSARecv时，指定一个 WSAOVERLAPPED结构，这个调用不是阻塞的，也就是说，它会立刻返回。一旦有数据到达的时候，被指定的WSAOVERLAPPED结构中的 hEvent被Signaled。由于下面这个语句
g_CliEventArr[g_iTotalConn] = g_pPerIODataArr[g_iTotalConn]->overlap.hEvent；
使得与该套接字相关联的WSAEVENT 对象也被Signaled，所以WSAWaitForMultipleEvents的调用操作成功返回。我们现在应该做的就是用与调用WSARecv相同 的WSAOVERLAPPED结构为参数调用WSAGetOverlappedResult，从而得到本次I/O传送的字节数等相关信息。在取得接收的数 据后，把数据原封不动的发送到客户端，然后重新激活一个WSARecv异步操作。

2.用完成例程方式实现的重叠I/O模型
#include <WINSOCK2.H>
#include <stdio.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
typedef struct
{
WSAOVERLAPPED overlap;
WSABUF Buffer;
char szMessage[MSGSIZE];
DWORD NumberOfBytesRecvd;
DWORD Flags; 
SOCKET sClient;
}PER_IO_OPERATION_DATA, *LPPER_IO_OPERATION_DATA;
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);
void CALLBACK CompletionROUTINE(DWORD, DWORD, LPWSAOVERLAPPED, DWORD);
SOCKET g_sNewClientConnection;
BOOL g_bNewConnectionArrived = FALSE;
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sListen;
SOCKADDR_IN local, client;
DWORD dwThreadId;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
// Initialize Windows Socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
// Listen
listen(sListen, 3);
// Create worker thread
CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);
while (TRUE)
{
 // Accept a connection
 g_sNewClientConnection = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
 g_bNewConnectionArrived = TRUE;
 printf("Accepted client:%s:%d/n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
}
}
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam)
{
LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = NULL;
while (TRUE)
{
 if (g_bNewConnectionArrived)
 {
 // Launch an asynchronous operation for new arrived connection
 lpPerIOData = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)HeapAlloc(
 GetProcessHeap(),
 HEAP_ZERO_MEMORY,
 sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));
 lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;
 lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;
 lpPerIOData->sClient = g_sNewClientConnection;
 
 WSARecv(lpPerIOData->sClient,
 &lpPerIOData->Buffer,
 1,
 &lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,
 &lpPerIOData->Flags,
 &lpPerIOData->overlap,
 CompletionROUTINE); 
 
 g_bNewConnectionArrived = FALSE;
 }
 SleepEx(1000, TRUE);
}
return 0;
}
void CALLBACK CompletionROUTINE(DWORD dwError,
 DWORD cbTransferred,
 LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,
 DWORD dwFlags)
{
LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)lpOverlapped;

if (dwError != 0 || cbTransferred == 0)
{
 // Connection was closed by client
 closesocket(lpPerIOData->sClient);
 HeapFree(GetProcessHeap(), 0, lpPerIOData);
}
else
{
 lpPerIOData->szMessage[cbTransferred] = '/0';
 send(lpPerIOData->sClient, lpPerIOData->szMessage, cbTransferred, 0);
 
 // Launch another asynchronous operation
 memset(&lpPerIOData->overlap, 0, sizeof(WSAOVERLAPPED));
 lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;
 lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;
 WSARecv(lpPerIOData->sClient,
 &lpPerIOData->Buffer,
 1,
 &lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,
 &lpPerIOData->Flags,
 &lpPerIOData->overlap,
 CompletionROUTINE);
}
}
用完成例程来实现重叠I/O比用事件通知简单得多。在这个模型中，主线程只用不停的接受连接即可；辅助线程判断有没有新的客户端连接被建立，如果 有，就为那个客户端套接字激活一个异步的WSARecv操作，然后调用SleepEx使线程处于一种可警告的等待状态，以使得I/O完成后 CompletionROUTINE可以被内核调用。如果辅助线程不调用SleepEx，则内核在完成一次I/O操作后，无法调用完成例程（因为完成例程 的运行应该和当初激活WSARecv异步操作的代码在同一个线程之内）。
完成例程内的实现代码比较简单，它取出接收到的数据，然后将数据原封不动 的发送给客户端，最后重新激活另一个WSARecv异步操作。注意，在这里用到了“尾随数据”。我们在调用WSARecv的时候，参数 lpOverlapped实际上指向一个比它大得多的结构PER_IO_OPERATION_DATA，这个结构除了WSAOVERLAPPED以外，还 被我们附加了缓冲区的结构信息，另外还包括客户端套接字等重要的信息。这样，在完成例程中通过参数lpOverlapped拿到的不仅仅是 WSAOVERLAPPED结构，还有后边尾随的包含客户端套接字和接收数据缓冲区等重要信息。这样的C语言技巧在我后面介绍完成端口的时候还会使用到。
五.完成端口模型
“完成端口”模型是迄今为止最为复杂的一种I/O模型。然而，假若一个应用程序同时需要管理为数众多的套接字，那么采用这 种模型，往往可以达到最佳的系统性能！但不幸的是，该模型只适用于Windows NT和Windows 2000操作系统。因其设计的复杂性，只有在你的应用程序需要同时管理数百乃至上千个套接字的时候，而且希望随着系统内安装的CPU数量的增多，应用程序 的性能也可以线性提升，才应考虑采用“完成端口”模型。要记住的一个基本准则是，假如要为Windows NT或Windows 2000开发高性能的服务器应用，同时希望为大量套接字I/O请求提供服务（Web服务器便是这方面的典型例子），那么I/O完成端口模型便是最佳选择！ （节选自《Windows网络编程》第八章）
完成端口模型是我最喜爱的一种模型。虽然其实现比较复杂（其实我觉得它的实现比用事件通知实现的重叠 I/O简单多了），但其效率是惊人的。我在T公司的时候曾经帮同事写过一个邮件服务器的性能测试程序，用的就是完成端口模型。结果表明，完成端口模型在多 连接（成千上万）的情况下，仅仅依靠一两个辅助线程，就可以达到非常高的吞吐量。下面我还是从代码说起：
#include <WINSOCK2.H>
#include <stdio.h>
#define PORT 5150
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
typedef enum
{
RECV_POSTED
}OPERATION_TYPE;
typedef struct
{
WSAOVERLAPPED overlap;
WSABUF Buffer;
char szMessage[MSGSIZE];
DWORD NumberOfBytesRecvd;
DWORD Flags;
OPERATION_TYPE OperationType;
}PER_IO_OPERATION_DATA, *LPPER_IO_OPERATION_DATA;
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID);
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sListen, sClient;
SOCKADDR_IN local, client;
DWORD i, dwThreadId;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
HANDLE CompletionPort = INVALID_HANDLE_VALUE;
SYSTEM_INFO systeminfo;
LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = NULL;
// Initialize Windows Socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create completion port
CompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);
// Create worker thread
GetSystemInfo(&systeminfo);
for (i = 0; i < systeminfo.dwNumberOfProcessors; i++)
{
 CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, CompletionPort, 0, &dwThreadId);
}

// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
// Listen
listen(sListen, 3);
while (TRUE)
{
 // Accept a connection
 sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
 printf("Accepted client:%s:%d/n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
 // Associate the newly arrived client socket with completion port
 CreateIoCompletionPort((HANDLE)sClient, CompletionPort, (DWORD)sClient, 0);
 
 // Launch an asynchronous operation for new arrived connection
 lpPerIOData = (LPPER_IO_OPERATION_DATA)HeapAlloc(
 GetProcessHeap(),
 HEAP_ZERO_MEMORY,
 sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));
 lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;
 lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;
 lpPerIOData->OperationType = RECV_POSTED;
 WSARecv(sClient,
 &lpPerIOData->Buffer,
 1,
 &lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,
 &lpPerIOData->Flags,
 &lpPerIOData->overlap,
 NULL);
}
PostQueuedCompletionStatus(CompletionPort, 0xFFFFFFFF, 0, NULL);
CloseHandle(CompletionPort);
closesocket(sListen);
WSACleanup();
return 0;
}
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID CompletionPortID)
{
HANDLE CompletionPort=(HANDLE)CompletionPortID;
DWORD dwBytesTransferred;
SOCKET sClient;
LPPER_IO_OPERATION_DATA lpPerIOData = NULL;
while (TRUE)
{
 GetQueuedCompletionStatus(
 CompletionPort,
 &dwBytesTransferred,
 &sClient,
 (LPOVERLAPPED *)&lpPerIOData,
 INFINITE);
 if (dwBytesTransferred == 0xFFFFFFFF)
 {
 return 0;
 }
 
 if (lpPerIOData->OperationType == RECV_POSTED)
 {
 if (dwBytesTransferred == 0)
 {
 // Connection was closed by client
 closesocket(sClient);
 HeapFree(GetProcessHeap(), 0, lpPerIOData); 
 }
 else
 {
 lpPerIOData->szMessage[dwBytesTransferred] = '/0';
 send(sClient, lpPerIOData->szMessage, dwBytesTransferred, 0);
 
 // Launch another asynchronous operation for sClient
 memset(lpPerIOData, 0, sizeof(PER_IO_OPERATION_DATA));
 lpPerIOData->Buffer.len = MSGSIZE;
 lpPerIOData->Buffer.buf = lpPerIOData->szMessage;
 lpPerIOData->OperationType = RECV_POSTED;
 WSARecv(sClient,
 &lpPerIOData->Buffer,
 1,
 &lpPerIOData->NumberOfBytesRecvd,
 &lpPerIOData->Flags,
 &lpPerIOData->overlap,
 NULL);
 }
 }
}
return 0;
}
首先，说说主线程：
1.创建完成端口对象
2.创建工作者线程（这里工作者线程的数量是按照CPU的个数来决定的，这样可以达到最佳 性能）
3.创建监听套接字，绑定，监听，然后程序进入循环
4.在循环中，我做了以下几件事情：
(1).接受一个客户端连接
(2). 将该客户端套接字与完成端口绑定到一起(还是调用CreateIoCompletionPort，但这次的作用不同)，注意，按道理来讲，此时传递给 CreateIoCompletionPort的第三个参数应该是一个完成键，一般来讲，程序都是传递一个单句柄数据结构的地址，该单句柄数据包含了和该 客户端连接有关的信息，由于我们只关心套接字句柄，所以直接将套接字句柄作为完成键传递；
(3).触发一个WSARecv异步调用，这次又用到了 “尾随数据”，使接收数据所用的缓冲区紧跟在WSAOVERLAPPED对象之后，此外，还有操作类型等重要信息。

在工作者线程的循环 中，我们
1.调用GetQueuedCompletionStatus取得本次I/O的相关信息（例如套接字句柄、传送的字节数、单I/O数据结 构的地址等等）
2.通过单I/O数据结构找到接收数据缓冲区，然后将数据原封不动的发送到客户端
3.再次触发一个WSARecv异步操作
六.五种I/O模型的比较
我会从以下几个方面来进行比较
*有无每线程64连接数限制
如果在选择模型中没有重新定义 FD_SETSIZE宏，则每个fd_set默认可以装下64个SOCKET。同样的，受MAXIMUM_WAIT_OBJECTS宏的影响，事件选择、 用事件通知实现的重叠I/O都有每线程最大64连接数限制。如果连接数成千上万，则必须对客户端套接字进行分组，这样，势必增加程序的复杂度。
相 反，异步选择、用完成例程实现的重叠I/O和完成端口不受此限制。
*线程数
除了异步选择以外，其他模型至少需要2个线程。一个主线程和一个辅助线程。同样的，如果连接数大于64，则选择模型、事件选择和用 事件通知实现的重叠I/O的线程数还要增加。
*实现的复杂度
我的个人看法是，在实现难度上，异步选择<选择<用完成例程实现的重叠I/O<事件选择<完成端 口<用事件通知实现的重叠I/O
*性能
由于选择模型中每次都要重设读集，在select函数返回后还要针对所有套接字进行逐一测试，我的感觉是效率比较差；完成端口和用完 成例程实现的重叠I/O基本上不涉及全局数据，效率应该是最高的，而且在多处理器情形下完成端口还要高一些；事件选择和用事件通知实现的重叠I/O在实现 机制上都是采用WSAWaitForMultipleEvents，感觉效率差不多；至于异步选择，不好比较。所以我的结论是:选择<用事件通知实 现的重叠I/O<事件选择<用完成例程实现的重叠I/O<完成端口

源文档 <http://www.cnblogs.com/brucesince1981/archive/2009/11/23/1608398.html>