Winsock 完成端口模型简介
摘自《Networking Programming for Microsoft Windows》第八章
“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！
从本质上说，完成端口模型要求我们创建一个Win32完成端口对象，通过指定数量的线程，对重叠I/O请求进行管理，以便为已经完成的重叠I/O请求提供服务。
使用这种模型之前，首先要创建一个I/O完成端口对象，用它面向任意数量的套接字句柄，管理多个I/O请求。要做到这一点，需要调用CreateCompletionPort函数。
该函数定义如下：
HANDLE FileHandle,
HANDLE ExistingCompletionPort,
ULONG_PTR CompletionKey,
DWORD NumberOfConcurrentThreads
);
在我们深入探讨其中的各个参数之前，首先要注意该函数实际用于两个明显有别的目的：
1. 用于创建一个完成端口对象。
2. 将一个句柄同完成端口关联到一起。
最开始创建一个完成端口时，唯一感兴趣的参数便是NumberOfConcurrentThreads（并发线程的数量）；前面三个参数都会被忽略。NumberOfConcurrentThreads参数的特殊之处在于，它定义了在一个完成端口上，同时允许执行的线程数量。理想情况下，我们希望每个处理器各自负责一个线程的运行，为完成端口提供服务，避免过于频繁的线程“场景”切换。若将该参数设为0，表明系统内安装了多少个处理器，便允许同时运行多少个线程！可用下述代码创建一个I/O完成端口：
该语句的作用是返回一个句柄，在为完成端口分配了一个套接字句柄后，用来对那个端口进行标定（引用）。
一、工作者线程与完成端口
成功创建一个完成端口后，便可开始将套接字句柄与对象关联到一起。但在关联套接字之前，首先必须创建一个或多个“工作者线程”，以便在I/O请求投递给完成端口对象后，为完成端口提供服务。在这个时候，大家或许会觉得奇怪，到底应创建多少个线程，以便为完成端口提供服务呢？这实际正是完成端口模型显得颇为“复杂”的一个方面，因为服务I/O请求所需的数量取决于应用程序的总体设计情况。在此要记住的一个重点在于，在我们调用CreateIoCompletionPort时指定的并发线程数量，与打算创建的工作者线程数量相比，它们代表的并非同一件事情。早些时候，我们曾建议大家用CreateIoCompletionPort函数为每个处理器
都指定一个线程（处理器的数量有多少，便指定多少线程）以避免由于频繁的线程“场景”交换活动，从而影响系统的整体性能。CreateIoCompletionPort函数的 NumberOfConcurrentThreads参数明确指示系统：在一个完成端口上，一次只允许n个工作者线程运行。假如在完成端口上创建的工作者线程数量超出n个，那么在同一时刻，最多只允许n个线程运行。但实际上，在一段较短的时间内，系统有可能超过这个值，但很快便会把它减少至事先在 CreateIoCompletionPort函数中设定的值。那么，为何实际创建的工作者线程数量有时要比 CreateIoCompletionPort函数设定的多一些呢？这样做有必要吗？如先前所述，这主要取决于
应用程序的总体设计情况。假定我们的某个工作者线程调用了一个函数，比如Sleep或WaitForSingleObject，但却进入了暂停（锁定或挂起）状态，那么允许另一个线程代替它的位置。换言之，我们希望随时都能执行尽可能多的线程；当然，最大的线程数量是事先在CreateIoCompletionPort调用里设定好的。这样一来，假如事先预计到自己的线程有可能暂时处于停顿状态，那么最好能够创建比CreateIoCompletionPort的 NumberOfConcurrentThreads参数的值多的线程，以便到时候充分发挥系统的潜力。一旦在完成端口上拥有足够多的工作者线程来为 I/O请求提供服务，便可着手将套接字句柄同完成端口关联到一起。这要求我们在一个现有的完成端口上，调用CreateIoCompletionPort 函数，同时为前三个参数——FileHandle，ExistingCompletionPort和CompletionKey——提供套接字的信息。其中， FileHandle参数指定一个要同完成端口关联在一起的套接字句柄。ExistingCompletionPort参数指定的是一个现有的完成端口。 CompletionKey（完成键）参数则指定要与某个特定套接字句柄关联在一起的“单句柄数据”；在这个参数中，应用程序可保存与一个套接字对应的任意类型的信息。之所以把它叫作“单句柄数据”，是由于它只对
应着与那个套接字句柄关联在一起的数据。可将其作为指向一个数据结构的指针，来保存套接字句柄；在那个结构中，同时包含了套接字的句柄，以及与那个套接字有关的其他信息。
根据我们到目前为止学到的东西，首先来构建一个基本的应用程序框架。下面阐述了如何使用完成端口模型，来开发一个ECHO服务器应用。在这个程序中，我们基本上按下述步骤行事：
1) 创建一个完成端口。第四个参数保持为0，指定在完成端口上，每个处理器一次只允许执行一个工作者线程。
2) 判断系统内到底安装了多少个处理器。
3) 创建工作者线程，根据步骤2)得到的处理器信息，在完成端口上，为已完成的I/O请求提供服务。
4) 准备好一个监听套接字，在端口5150上监听进入的连接请求。
5) 使用accept函数，接受进入的连接请求。
6) 创建一个数据结构，用于容纳“单句柄数据”，同时在结构中存入接受的套接字句柄。
7) 调用CreateIoCompletionPort，将自accept返回的新套接字句柄同完成端口关联到一起。通过完成键（CompletionKey）参数，将单句柄数据结构传递给CreateIoCompletionPort。
8) 开始在已接受的连接上进行I/O操作。在此，我们希望通过重叠I/O机制，在新建的套接字上投递一个或多个异步WSARecv或WSASend请求。这些 I/O请求完成后，一个工作者线程会为I/O请求提供服务，同时继续处理未来的I/O请求，稍后便会在步骤3 )指定的工作者例程中，体验到这一点。
9) 重复步骤5 ) ~ 8 )，直至服务器中止。
二、完成端口和重叠I/O
将套接字句柄与一个完成端口关联在一起后，便可以套接字句柄为基础，投递发送与接收请求，开始对I/O请求的处理。接下来，可开始依赖完成端口，来接收有关 I/O操作完成情况的通知。从本质上说，完成端口模型利用了Win32重叠I/O机制。在这种机制中，象WSASend和WSARecv这样的 Winsock API调用会立即返回。此时，需要由我们的应用程序负责在以后的某个时间，通过一个OVERLAPPED结构，来接收调用的结果。在完成端口模型中，要想做到这一点，需要使用GetQueuedCompletionStatus（获取排队完成状态）函数，让一个或多个工作者线程在完成端口上等待。该函数的定义如下：
HANDLE CompletionPort,
LPDWORD lpNumberOfBytes,
PULONG_PTR lpCompletionKey,
LPOVERLAPPED* lpOverlapped,
DWORD dwMilliseconds
);
其中，CompletionPort参数对应于要在上面等待的完成端口。lpNumberOfBytes参数负责在完成了一次I/O操作后（如 WSASend或WSARecv），接收实际传输的字节数。lpCompletionKey参数为原先传递进入 CreateIoCompletionPort函数的套接字返回“单句柄数据”。如我们早先所述，大家最好将套接字句柄保存在这个“键”（Key）中。 lpOverlapped参数用于接收完成的I/O操作的重叠结果。这实际是一个相当重要的参数，因为可用它获取每个I/O操作的数据。而最后一个参数， dwMilliseconds，用于指定调用者希望等待一个完成数据包在完成端口上出现的时间。假如将其设为INFINITE，调用会无休止地等待下去。
