用winsock和iocp api打造一个echo server

这里用到了一些技术点,比如平台调用、反射,多线程等,当然还有iocp和winsock的api,及 GCHandle,SafeHandle,Marshal类的使用等,不过相当多的东西,我上篇帖子讲的都很细了,如果对 winsock api不了解可以查阅MSDN。也没什么技术难点,说几个细节的地方吧。

1、.net自带的System.Threading.NativeOverlapped类型是完全按照win32的Overlapped结构实现的, 因为我们在WSASend和WSAReceive的时候想要传递更多的数据,而不只是一个重叠结构,所以我自己定义 了一个WaOverlapped,在原有结构的末尾加了一个指针,指向一个自定义类的GC句柄,这样在工作线程里 就可以拿到自定义的单IO数据了,这个是我想了N种办法不行后的一个可行的办法。

2、注意GCHandle在取到数据后不用的话记着Free掉,否则就有可能造成内存泄漏。

3、如果调用WSASend或者WSAReceive返回6的话,多半是你准备的单IO数据不对,6表示无效的句柄。

4、如果传递给WSASend或者WSAReceive的Overlapped没pin住,会抛异常的,等不到 GetLastWin32Error,所以用GCHandle.Alloc(PerIoData.Overlapped, GCHandleType.Pinned)把它pin住 。

5、这个类还没有进行各方面的优化,其中的单IO数据,socket等都可以做成对象池来重用,Accept还 可以替换成AcceptEx来用一个现成的Socket来接受新的连接,而不是自动创建一个新的,还有缓冲区可以 做成环状的,关于性能方面的优化,下次有机会再给大家做实验。

完整代码如下,windows2008打开不安全代码进行编译,然后可以用telnet进行测试。

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Reflection;
using System.Runtime.ConstrainedExecution;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Threading;
using Microsoft.Win32.SafeHandles;

namespace WawaSocket.Net.Iocp
{
    用IOCP和winsock api实现一个echo服务器#region 用IOCP和winsock api实现一个echo服务器
    class IocpTest
    {
        private static readonly IntPtr INVALID_HANDLE_VALUE = new IntPtr(-1); //无 效句柄
        const int PORT = 5150; //要监听的端口
        const int DATA_BUFSIZE = 8192;  //默认缓冲区
        const int ERROR_IO_PENDING = 997; //表示数据正在接受或者发送中
        const uint INIFINITE = 0xffffffff; //表示等待无限时长
        private static readonly Logger _logger = Logger.GetLogger(typeof (IocpTest));

        单IO数据#region 单IO数据
        [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
        class PerIoOperationData
        {
            public WaOverlapped Overlapped;
            public WSABuffer DataBuf;
            public readonly byte[] Buffer = new byte[DATA_BUFSIZE];
            public uint BytesSEND;
            public uint BytesRECV;
        }
        #endregion

        单句柄数据#region 单句柄数据
        [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
        class PerHandleData
        {
            public SafeSocketHandle Socket;
        }
        #endregion

        public static void Run()
        {
            WSAData wsaData;
            SocketError Ret;

            初始化套接字#region 初始化套接字
            _logger.Log("初始化socket");
            if ((Ret = Win32Api.WSAStartup(0x0202, out wsaData)) != SocketError.Success)
            {
                _logger.Error("WSAStartup failed with error {0}\n", Ret);
                return;
            }
            #endregion

            创建一个完成端口内核对象#region 创建一个完成端口内核对象
            _logger.Log("创建完成端口");
            // Setup an I/O completion port.
            SafeFileHandle CompletionPort = Win32Api.CreateIoCompletionPort (INVALID_HANDLE_VALUE, IntPtr.Zero, IntPtr.Zero, 0);
            if (CompletionPort.IsInvalid)
            {
                _logger.Error("CreateIoCompletionPort failed with error: {0}\n", Marshal.GetLastWin32Error());
                Marshal.ThrowExceptionForHR(Marshal.GetLastWin32Error ());
                return;
            }
            #endregion

            创建工作线程#region 创建工作线程
            int processorCount = Environment.ProcessorCount;
            _logger.Log("创建{0}个工作线程", processorCount);
            for (int i = 0; i < processorCount; i++)
            {
                // Create a server worker thread and pass the completion port to the thread.
                var thread = new Thread(ThreadProc);
                thread.Start(CompletionPort);
            }
            #endregion

            创建监听用的套接字#region 创建监听用的套接字
            _logger.Log("创建监听套接字");
            // Create a listening socket
            SafeSocketHandle Listen = Win32Api.WSASocket (AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp, IntPtr.Zero, 0, SocketConstructorFlags.WSA_FLAG_OVERLAPPED);
            if (Listen.IsInvalid)
            {
                Listen.SetHandleAsInvalid();
                _logger.Error("WSASocket() failed with error {0}\n", Win32Api.WSAGetLastError());
                Marshal.ThrowExceptionForHR(Win32Api.WSAGetLastError ());
                return;
            }
            #endregion

            将套接字与本地端口绑定#region 将套接字与本地端口绑定
            IPEndPoint InternetAddr = new IPEndPoint(IPAddress.Any, PORT);
            SocketAddress socketAddress = InternetAddr.Serialize();
            byte[] adress_buffer;
            int adress_size;
            _logger.Log("进行套接字绑定");
            if (!DoBind(Listen, socketAddress, out adress_buffer, out adress_size))
            {
                _logger.Error("bind() failed with error {0}\n", Win32Api.WSAGetLastError());
                Marshal.ThrowExceptionForHR(Win32Api.WSAGetLastError ());
                return;
            }
            #endregion

            开始监听端口#region 开始监听端口
            _logger.Log("开始监听:{0}-{1}", InternetAddr.Address, InternetAddr.Port);
            // Prepare socket for listening
            if (Win32Api.listen(Listen, 5) == SocketError.SocketError)
            {
                _logger.Error("listen() failed with error {0}\n", Win32Api.WSAGetLastError());
                Marshal.ThrowExceptionForHR(Win32Api.WSAGetLastError ());
                return;
            }
            #endregion

            起一个循环来接受新连接#region 起一个循环来接受新连接
            // Accept connections and assign to the completion port.
            while (true)
                unsafe
                {
                    接受新连接#region 接受新连接
                    _logger.Log("开始接受入站连接");
                    SafeSocketHandle Accept = Win32Api.accept (Listen.DangerousGetHandle(), adress_buffer, ref adress_size);
                    if (Accept.IsInvalid)
                    {
                        _logger.Error("WSAAccept() failed with error {0}\n", Win32Api.WSAGetLastError());
                        Marshal.ThrowExceptionForHR (Win32Api.WSAGetLastError());
                    }
                    _logger.Log("有新连接进入:{0}", Accept.GetHashCode ());
                    #endregion

                    创建单句柄数据#region 创建单句柄数据
                    // Create a socket information structure to associate with the socket
                    PerHandleData PerHandleData = new PerHandleData ();
                    GCHandle gch_PerHandleData = GCHandle.Alloc (PerHandleData);
                    // Associate the accepted socket with the original completion port.
                    PerHandleData.Socket = Accept;
                    #endregion

                    把新接受的套接字与完成端口绑定#region 把新接受的套 接字与完成端口绑定
                    SafeFileHandle iocp = Win32Api.CreateIoCompletionPort(Accept.DangerousGetHandle(),
                                                                  CompletionPort.DangerousGetHandle(),
                                                                 GCHandle.ToIntPtr(gch_PerHandleData), 0);
                    if (iocp == null)
                    {
                        _logger.Error("CreateIoCompletionPort failed with error {0}\n", Marshal.GetLastWin32Error());
                        Marshal.ThrowExceptionForHR (Marshal.GetLastWin32Error());
                        return;
                    }
                    #endregion

                    准备单IO数据#region 准备单IO数据
                    // Create per I/O socket information structure to associate with the
                    // WSARecv call below.
                    PerIoOperationData PerIoData = new PerIoOperationData();
                    GCHandle gchPerIoData = GCHandle.Alloc (PerIoData);
                    PerIoData.Overlapped = new WaOverlapped { State = ((IntPtr)gchPerIoData) };
                    GCHandle gcHandle = GCHandle.Alloc (PerIoData.Overlapped, GCHandleType.Pinned);
                    PerIoData.BytesSEND = 0;
                    PerIoData.BytesRECV = 0;
                    PerIoData.DataBuf.Length = DATA_BUFSIZE;
                    PerIoData.DataBuf.Pointer = Marshal.UnsafeAddrOfPinnedArrayElement(PerIoData.Buffer, 0);
                    #endregion

                    开始投递异步接受数据的请求#region 开始投递异步接受 数据的请求
                    SocketFlags Flags = SocketFlags.None;
                    _logger.Log("开始异步接受数据");
                    int RecvBytes;
                    SocketError error = Win32Api.WSARecv(Accept, ref PerIoData.DataBuf,
                        1, out RecvBytes, ref Flags, gcHandle.AddrOfPinnedObject(),
                        IntPtr.Zero);
                    if (error == SocketError.SocketError)
                    {
                        if (Win32Api.WSAGetLastError() != ERROR_IO_PENDING)
                        {
                            _logger.Error("WSARecv() failed with error {0}\n", Win32Api.WSAGetLastError());
                            Marshal.ThrowExceptionForHR (Win32Api.WSAGetLastError());
                            //其实在主线程退出之前都应该用 PostQueuedCompletionStatus通知工作线程退出
                            return;
                        }
                    }
                    #endregion
                }
            #endregion
        }

时间: 2024-05-20 07:14:21

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