老陳有一個在外地工作的女兒，不能經(jīng)常回來，老陳和她通過信件聯(lián)系。他們的信會被郵遞員投遞到他們的信箱里。
　　這和Socket模型非常類似。下面我就以老陳接收信件為例講解SocketI/O模型。
　　一：select模型
　　老陳非常想看到女兒的信。以至于他每隔10分鐘就下樓檢查信箱，看是否有女兒的信，在這種情況下，“下樓檢查信箱”然后回到樓上耽誤了老陳太多的時間，以至于老陳無法做其他工作。
　　select模型和老陳的這種情況非常相似：周而復(fù)始地去檢查......如果有數(shù)據(jù)......接收/發(fā)送.......
　　使用線程來select應(yīng)該是通用的做法：?
procedure TListenThread.Execute;?
var?
　addr : TSockAddrIn;?
　fd_read : TFDSet;?
　timeout : TTimeVal;?
　ASock,?
　MainSock : TSocket;?
　len, i : Integer;?
begin?
　MainSock := socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP );?
　addr.sin_family := AF_INET;?
　addr.sin_port := htons(5678);?
　addr.sin_addr.S_addr := htonl(INADDR_ANY);?
　bind( MainSock, @addr, sizeof(addr) );?
　listen( MainSock, 5 );?
　while (not Terminated) do?
　begin?
　　FD_ZERO( fd_read );?
　　FD_SET( MainSock, fd_read );?
　　timeout.tv_sec := 0;?
　　timeout.tv_usec := 500;?
　　if select( 0, @fd_read, nil, nil, @timeout ) > 0 then //至少有1個等待Accept的connection?
　　begin?
　　　if FD_ISSET( MainSock, fd_read ) then?
　　　begin?
　　　for i:=0 to fd_read.fd_count-1 do //注意，fd_count <= 64，也就是說select只能同時管理最多64個連接?
　　　begin?
　　　　len := sizeof(addr);?
　　　　ASock := accept( MainSock, addr, len );?
　　　　if ASock <> INVALID_SOCKET then?
　　　　　....//為ASock創(chuàng)建一個新的線程，在新的線程中再不停地select?
　　　　end;?
　　　end; 　　?
　　end;?
　end; //while (not self.Terminated)?
　shutdown( MainSock, SD_BOTH );?
　closesocket( MainSock );?
end;?
　　二：WSAAsyncSelect模型
　　后來，老陳使用了微軟公司的新式信箱。這種信箱非常先進，一旦信箱里有新的信件，蓋茨就會給老陳打電話：喂，大爺，你有新的信件了！從此，老陳再也不必頻繁上下樓檢查信箱了，牙也不疼了，你瞅準了，藍天......不是，微軟......
　　微軟提供的WSAAsyncSelect模型就是這個意思。
　　WSAAsyncSelect模型是Windows下最簡單易用的一種Socket I/O模型。使用這種模型時，Windows會把網(wǎng)絡(luò)事件以消息的形勢通知應(yīng)用程序。
　　首先定義一個消息標示常量：?
const WM_SOCKET = WM_USER + 55;?
　　再在主Form的private域添加一個處理此消息的函數(shù)聲明：?
private?
procedure WMSocket(var Msg: TMessage); message WM_SOCKET;?
　　然后就可以使用WSAAsyncSelect了：?
var?
　addr : TSockAddr;?
　sock : TSocket;?
　sock := socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP );?
　addr.sin_family := AF_INET;?
　addr.sin_port := htons(5678);?
　addr.sin_addr.S_addr := htonl(INADDR_ANY);?
　bind( m_sock, @addr, sizeof(SOCKADDR) );?
　WSAAsyncSelect( m_sock, Handle, WM_SOCKET, FD_ACCEPT or FD_CLOSE );?
　listen( m_sock, 5 );?
　....?
　　應(yīng)用程序可以對收到WM_SOCKET消息進行分析，判斷是哪一個socket產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)事件以及事件類型：?
procedure TfmMain.WMSocket(var Msg: TMessage);?
var?
　sock : TSocket;?
　addr : TSockAddrIn;?
　addrlen : Integer;?
　buf : Array [0..4095] of Char;?
begin?
　//Msg的WParam是產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)事件的socket句柄，LParam則包含了事件類型?
　case WSAGetSelectEvent( Msg.LParam ) of?
　FD_ACCEPT :?
　　begin?
　　　addrlen := sizeof(addr);?
　　　sock := accept( Msg.WParam, addr, addrlen );?
　　　if sock <> INVALID_SOCKET then?
　　　　WSAAsyncSelect( sock, Handle, WM_SOCKET, FD_READ or FD_WRITE or FD_CLOSE );?
　　end;?
　　FD_CLOSE : closesocket( Msg.WParam );?
　　FD_READ : recv( Msg.WParam, buf[0], 4096, 0 );?
　　FD_WRITE : ;?
　end;?
end;?
　　三：WSAEventSelect模型
　　后來，微軟的信箱非常暢銷，購買微軟信箱的人以百萬計數(shù)......以至于蓋茨每天24小時給客戶打電話，累得腰酸背痛，喝蟻力神都不好使。微軟改進 了他們的信箱：在客戶的家中添加一個附加裝置，這個裝置會監(jiān)視客戶的信箱，每當新的信件來臨，此裝置會發(fā)出“新信件到達”聲，提醒老陳去收信。蓋茨終于可以睡覺了。
　　同樣要使用線程：?
procedure TListenThread.Execute;?
var?
　hEvent : WSAEvent;?
　ret : Integer;?
　ne : TWSANetworkEvents;?
　sock : TSocket;?
　adr : TSockAddrIn;?
　sMsg : String;?
　Index,?
　EventTotal : DWORD;?
　EventArray : Array [0..WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS-1] of WSAEVENT;?
begin?
　...socket...bind...?
　hEvent := WSACreateEvent();?
　WSAEventSelect( ListenSock, hEvent, FD_ACCEPT or FD_CLOSE );?
　...listen...?
　while ( not Terminated ) do?
　begin?
　　Index := WSAWaitForMultipleEvents( EventTotal, @EventArray[0], FALSE, WSA_INFINITE, FALSE );?
　　FillChar( ne, sizeof(ne), 0 );?
　　WSAEnumNetworkEvents( SockArray[Index-WSA_WAIT_EVENT_0], EventArray[Index-WSA_WAIT_EVENT_0], @ne );?
　　if ( ne.lNetworkEvents and FD_ACCEPT ) > 0 then?
　　begin?
　　　if ne.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT] <> 0 then?
　　　　continue;?
　　　ret := sizeof(adr);?
　　　sock := accept( SockArray[Index-WSA_WAIT_EVENT_0], adr, ret );?
　　　if EventTotal > WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS-1 then//這里WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS同樣是64?
　　　begin?
　　　　closesocket( sock );?
　　　　continue;?
　　　end;?
　　　hEvent := WSACreateEvent();?
　　　WSAEventSelect( sock, hEvent, FD_READ or FD_WRITE or FD_CLOSE );?
　　　SockArray[EventTotal] := sock;?
　　　EventArray[EventTotal] := hEvent;?
　　　Inc( EventTotal );?
　　end;?
　　if ( ne.lNetworkEvents and FD_READ ) > 0 then?
　　begin?
　　　if ne.iErrorCode[FD_READ_BIT] <> 0 then?
　　　　continue;?
　　　　FillChar( RecvBuf[0], PACK_SIZE_RECEIVE, 0 );?
　　　　ret := recv( SockArray[Index-WSA_WAIT_EVENT_0], RecvBuf[0], PACK_SIZE_RECEIVE, 0 );?
　　　　......?
　　　end;?
　　end;?
end;?
　　?
四：Overlapped I/O 事件通知模型
　　后來，微軟通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，老陳不喜歡上下樓收發(fā)信件，因為上下樓其實很浪費時間。于是微軟再次改進他們的信箱。新式的信箱采用了更為先進的技術(shù)，只要用戶告訴微軟自己的家在幾樓幾號，新式信箱會把信件直接傳送到用戶的家中，然后告訴用戶，你的信件已經(jīng)放到你的家中了！老陳很高興，因為他不必再親自收發(fā)信件了！
　　Overlapped I/O 事件通知模型和WSAEventSelect模型在實現(xiàn)上非常相似，主要區(qū)別在“Overlapped”，Overlapped模型是讓應(yīng)用程序使用重疊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(WSAOVERLAPPED)，一次投遞一個或多個Winsock I/O請求。這些提交的請求完成后，應(yīng)用程序會收到通知。什么意思呢？就是說，如果你想從socket上接收數(shù)據(jù)，只需要告訴系統(tǒng)，由系統(tǒng)為你接收數(shù)據(jù)，而你需要做的只是為系統(tǒng)提供一個緩沖區(qū)~~~~~
Listen線程和WSAEventSelect模型一模一樣，Recv/Send線程則完全不同：?
procedure TOverlapThread.Execute;?
var?
　dwTemp : DWORD;?
　ret : Integer;?
　Index : DWORD;?
begin?
　......?
　while ( not Terminated ) do?
　begin?
　　Index := WSAWaitForMultipleEvents( FLinks.Count, @FLinks.Events[0], FALSE, RECV_TIME_OUT, FALSE );?
　　Dec( Index, WSA_WAIT_EVENT_0 );?
　　if Index > WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS-1 then //超時或者其他錯誤?
　　　continue;?
　　WSAResetEvent( FLinks.Events[Index] );?
　　WSAGetOverlappedResult( FLinks.Sockets[Index], FLinks.pOverlaps[Index], @dwTemp, FALSE,FLinks.pdwFlags[Index]^ );?
　　if dwTemp = 0 then //連接已經(jīng)關(guān)閉?
　　begin?
　　　......?
　　　continue;?
　　end else?
　begin?
　　fmMain.ListBox1.Items.Add( FLinks.pBufs[Index]^.buf );?
　end;?
　//初始化緩沖區(qū)?
　FLinks.pdwFlags[Index]^ := 0;?
　FillChar( FLinks.pOverlaps[Index]^, sizeof(WSAOVERLAPPED), 0 );?
　FLinks.pOverlaps[Index]^.hEvent := FLinks.Events[Index];?
　FillChar( FLinks.pBufs[Index]^.buf^, BUFFER_SIZE, 0 );?
　//遞一個接收數(shù)據(jù)請求?
　WSARecv( FLinks.Sockets[Index], FLinks.pBufs[Index], 1, FLinks.pdwRecvd[Index]^, FLinks.pdwFlags[Index]^, FLinks.pOverlaps[Index], nil );?
end;?
end;?
　　五：Overlapped I/O 完成例程模型
　　老陳接收到新的信件后，一般的程序是：打開信封----掏出信紙----閱讀信件----回復(fù)信件......為了進一步減輕用戶負擔，微軟又開發(fā)了 一種新的技術(shù)：用戶只要告訴微軟對信件的操作步驟，微軟信箱將按照這些步驟去處理信件，不再需要用戶親自拆信/閱讀/回復(fù)了！老陳終于過上了小資生活！
　　Overlapped I/O 完成例程要求用戶提供一個回調(diào)函數(shù)，發(fā)生新的網(wǎng)絡(luò)事件的時候系統(tǒng)將執(zhí)行這個函數(shù)：?
procedure WorkerRoutine( const dwError, cbTransferred : DWORD;?
const?
lpOverlapped : LPWSAOVERLAPPED; const dwFlags : DWORD ); stdcall;?
　　然后告訴系統(tǒng)用WorkerRoutine函數(shù)處理接收到的數(shù)據(jù)：?
WSARecv( m_socket, @FBuf, 1, dwTemp, dwFlag, @m_overlap, WorkerRoutine );?
　　然后......沒有什么然后了，系統(tǒng)什么都給你做了！微軟真實體貼！?
while ( not Terminated ) do//這就是一個Recv/Send線程要做的事情......什么都不用做啊！！！?
begin?
　if SleepEx( RECV_TIME_OUT, True ) = WAIT_IO_COMPLETION then //?
　begin?
　　;?
　end else?
　begin?
　　continue;?
　end;?
end;?
　　?
六：IOCP模型
　　微軟信箱似乎很完美，老陳也很滿意。但是在一些大公司情況卻完全不同！這些大公司有數(shù)以萬計的信箱，每秒鐘都有數(shù)以百計的信件需要處理，以至于微軟信箱經(jīng)常因超負荷運轉(zhuǎn)而崩潰！需要重新啟動！微軟不得不使出殺手锏......
　　微軟給每個大公司派了一名名叫“Completion Port”的超級機器人，讓這個機器人去處理那些信件！
　　“Windows NT小組注意到這些應(yīng)用程序的性能沒有預(yù)料的那么高。特別的，處理很多同時的客戶請求意味著很多線程并發(fā)地運行在系統(tǒng)中。因為所有這些線程都是可運行的 [沒有被掛起和等待發(fā)生什么事]，Microsoft意識到NT內(nèi)核花費了太多的時間來轉(zhuǎn)換運行線程的上下文[Context]，線程就沒有得到很多 CPU時間來做它們的工作。大家可能也都感覺到并行模型的瓶頸在于它為每一個客戶請求都創(chuàng)建了一個新線程。創(chuàng)建線程比起創(chuàng)建進程開銷要小，但也遠不是沒有開銷的。我們不妨設(shè)想一下：如果事先開好N個線程，讓它們在那hold[堵塞]，然后可以將所有用戶的請求都投遞到一個消息隊列中去。然后那N個線程逐一從消息隊列中去取出消息并加以處理。就可以避免針對每一個用戶請求都開線程。不僅減少了線程的資源，也提高了線程的利用率。理論上很不錯，你想我等泛泛之輩都能想出來的問題，Microsoft又怎會沒有考慮到呢?”-----摘自nonocast的《理解I/O Completion Port》
　　先看一下IOCP模型的實現(xiàn)：?
//創(chuàng)建一個完成端口?
FCompletPort := CreateIoCompletionPort( INVALID_HANDLE_VALUE, 0,0,0 );?
//接受遠程連接，并把這個連接的socket句柄綁定到剛才創(chuàng)建的IOCP上?
AConnect := accept( FListenSock, addr, len);?
CreateIoCompletionPort( AConnect, FCompletPort, nil, 0 );?
//創(chuàng)建CPU數(shù)*2 + 2個線程?
for i:=1 to si.dwNumberOfProcessors*2+2 do?
begin?
　AThread := TRecvSendThread.Create( false );?
　AThread.CompletPort := FCompletPort;//告訴這個線程，你要去這個IOCP去訪問數(shù)據(jù)?
end;?
　　就這么簡單，我們要做的就是建立一個IOCP，把遠程連接的socket句柄綁定到剛才創(chuàng)建的IOCP上，最后創(chuàng)建n個線程，并告訴這n個線程到這個IOCP上去訪問數(shù)據(jù)就可以了。?
　　再看一下TRecvSendThread線程都干些什么：?
procedure TRecvSendThread.Execute;?
var?
　......?
begin?
　while (not self.Terminated) do?
　begin?
　　//查詢IOCP狀態(tài)（數(shù)據(jù)讀寫操作是否完成）?
　　GetQueuedCompletionStatus( CompletPort, BytesTransd, CompletKey, POVERLAPPED(pPerIoDat), TIME_OUT );?
　　if BytesTransd <> 0 then?
　　　....;//數(shù)據(jù)讀寫操作完成?
　　?
　　　//再投遞一個讀數(shù)據(jù)請求?
　　　WSARecv( CompletKey, @(pPerIoDat^.BufData), 1, BytesRecv, Flags, @(pPerIoDat^.Overlap), nil );?
　　end;?
end;?
　　?
讀寫線程只是簡單地檢查IOCP是否完成了我們投遞的讀寫操作，如果完成了則再投遞一個新的讀寫請求。
　　應(yīng)該注意到，我們創(chuàng)建的所有TRecvSendThread都在訪問同一個IOCP（因為我們只創(chuàng)建了一個IOCP），并且我們沒有使用臨界區(qū)！難道不會產(chǎn)生沖突嗎？不用考慮同步問題嗎？
　　這正是IOCP的奧妙所在。IOCP不是一個普通的對象，不需要考慮線程安全問題。它會自動調(diào)配訪問它的線程：如果某個socket上有一個線程A正在訪問，那么線程B的訪問請求會被分配到另外一個socket。這一切都是由系統(tǒng)自動調(diào)配的，我們無需過問。

注：iocp都要使用線程池，其中的線程數(shù)目一般為當前電腦中cpu個數(shù)的2倍。?

幾種winsock I/O模型比較：
select模型核心就是select函數(shù)，它可用于判斷套接字上是否存在數(shù)據(jù)，或者能否向一個套接字寫入數(shù)據(jù)。這個函數(shù)可以有效地防止應(yīng)用程序在套接字處于阻塞模式中時，send或recv進入阻塞狀態(tài)；同時也可以防止產(chǎn)生大量的WSAEWOULDBLOCK錯誤select的優(yōu)勢是能夠從單個線程的多個套接字上進行多重連接及I/O。


WSAAsyncSelect 模型是以消息機制為基礎(chǔ)，能夠處理一定的客戶連接量，但是擴展性也不是很好。因為消息泵很快就會阻塞，降低了消息處理的速度。WSAAsyncSelect和WSAEventSelect模型提供了讀寫數(shù)據(jù)能力的異步通知，但他們不提供異步數(shù)據(jù)傳送，而重疊及完成端口提供異步數(shù)據(jù)的傳送。


WSAEventSelect 模型以事件為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)事件通知，但是與WSAAsyncSelect不同的是，它主要是由事件對象句柄完成的，而不是通過窗口。但是一個線程只能等待64個事件（需要開辟多個線程解決），伸縮性不如完成端口。


重疊模型可以使程序能達到更佳的系統(tǒng)性能。基本設(shè)計原理就是讓應(yīng)用程序使用重疊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一次投遞一個或多個I/O請求。針對這些提交的請求，在他們完成之后，應(yīng)用程序可為他們提供服務(wù)。它又分為兩種實現(xiàn)方法：事件通知和完成例程。重疊I/O模型事件通知依賴于等待事件通知的線程數(shù)（WSAWaitForMultipleEvents調(diào)用的每個線程，該I/O模型一次最多都只能支持64個套接字。），處理客戶通信時，大量線程上下文的切換是它們共同的制約因素。


完成端口提供了最好的伸縮性，往往可以使系統(tǒng)達到最好的性能，是處理成千上萬的套接字的首選。從本質(zhì)上說，完成端口模型要求創(chuàng)建一個windows完成端口對象，該對象通過指定數(shù)量的線程，對重疊I/O請求進行管理，以便為已經(jīng)完成的重疊I/O請求提供服務(wù)。但是完成端口只是支持NT系統(tǒng)、WIN2000系統(tǒng)。


重疊模型和完成端口模型的應(yīng)用程序通知緩沖區(qū)收發(fā)系統(tǒng)直接使用數(shù)據(jù)，也就是說，如果應(yīng)用程序投遞了一個10KB大小的緩沖區(qū)來接收數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)已經(jīng)到達套接字，則該數(shù)據(jù)將直接被拷貝到投遞的緩沖區(qū)。 而select模型、WSAAsyncSelect 模型、WSAEventSelect 模型，數(shù)據(jù)到達并拷貝到單套接字接收緩沖區(qū)中，此時應(yīng)用程序會被告知可以讀入的容量。當應(yīng)用程序調(diào)用接收函數(shù)之后，數(shù)據(jù)才從單套接字緩沖區(qū)拷貝到應(yīng)用程序的緩沖區(qū)，差別就體現(xiàn)出來了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的5种IO模式形象的比喻的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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