socket编程与线程模型.docVIP

socket编程与线程模型 　　在软件的设计的过程中有些问题是涉及到winsock的问题，为了能够很好的设计线程模型，必须理解清楚socket的内部工作机制。为此，首先从外面开始分析。 　　一、为什么使用多线程 　　1、使用多线程是为了避免应用程序主界面在I/O操作中没有反应，出现假死机现象。 　　Socket是一种特殊的I/O，所以很可能会出现这种现象。例如发送数据，或者连接服务器的时候。 　　2、为了提高cpu利用率（在多cpu环境）和改善应用程序的并发性能。 　　在多cpu环境，几个线程可以同时在不同的cpu上执行，从而提高了应用程序的效率。另外，应用程序有时候需要并发（包括单个cpu环境下的轮流执行）才能使得应用程序的行为比较流畅和连贯。例如收报，发报，报文处理三个工作如果交给一个线程完成，可能会造成报文处理的时候收报或者发报不能继续的结果。 　　二、多线程带来的问题 　　因为socket是I/O，所以，多个线程操作同一个I/O将会引发复杂的同步和互斥问题。如果处理不当，就会出现不可预知的结果。 　　线程切换和管理会造成计算机效率的降低；线程所需的数据结构也是内存开销。 ?????? 三、socket编程中的要点 ?????? 1、socket基本结构??????? Winsock是windows系统上的一个网络通信API编程接口。TCP/IP协议栈只是winsock通信的一个子集，winsock还可以支持除了tcp/ip之外的其它协议栈。BSD socket是unix上tcp/ip协议栈的编程接口，所以winsock和BSD套接字包含的协议栈不一样。所以winsock编程中对于需要榜定的地址必须说明协议族和地址类型等。因为它可以支持很多通信协议。 ????????????????????????????? 　　????????????????????????????? winsock说明 　　图中紫色的长方形代表数据缓冲区，网卡和协议栈都有缓冲区。数据到达以后，首先在网卡的缓冲区。这个时候，通过网卡驱动数据被拷贝到数据所属的协议栈的缓冲区。最后，应用程序可以从协议栈的缓冲区把数据取走。当应用程序发送数据，数据就会首先被缓存到协议栈的缓冲区，协议栈在适当的时候就会通过网卡驱动把数据拷贝到网卡的缓冲区，最后数据就被网卡驱动发送到物理网络上。但是需要明确，网卡的数据缓冲区比协议栈的小的多。所以，协议栈的缓冲区内容是不断的积累网卡缓冲区内容的结果。 　　2、采用大缓冲区 　　Winsock API可以让程序员设置整个协议栈缓冲区的大小。把这个缓冲区设置的大一点可以接受更多的客户同时发送数据，也可以支持暂时缓存应用程序发送的数据。 　　也就是采用大缓冲区的时候，远端的发送程序不会因为协议栈缓存满而发送失败；本地的应用程序也不会因为缓存满而发送失败。或者在流式套接字的时候是发送被阻塞。 　　3、采用重叠I/O 　　采用重叠I/O可以提高应用程序收发数据的效率。 　　如图所示，采用重叠I/O以后数据就会直接从网卡的数据缓冲区拷贝到应用程序的数据缓冲区，从而减少了协议栈的一个数据缓冲环节，消除了很多内存拷贝操作。从而提高了应用程序的效率。 ?????????????????????? 　　??????????????????????????????? overlapped IO 　　四、无连接的winsock ?????? 1、概述 　　网络中可以用一个三元组全局唯一地标志一个进程，这个三元组的结构是：（协议、本地地址、本地端口号）。这个三元组叫做一个半相关。 　　一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成，并且只能使用同一种高层协议（如tcp，udp）。就是说不可能一端用tcp，另一端用udp。因此，一个完整的网间通信需要一个五元组来标识：（协议、本地地址、本地端口好、远地地址、远地端口号）。这样一个五元组叫做全相关。也就是同一个协议的两个半相关才能组成一个全相关，也就是一个连接。 ???????????????????? 　　???????????????????????????????????????????????????????????????? 无连接的socket 　　Bind（）与是否面向连接有关。产生一个socket以后，Bind（）把套接字与本地的一个端口相关联。也就是进程在系统中为自己的通信登记一个地址。这个就类似于为一个服务指定一个电话号码，例如114查询服务或者一个客服热线。而创建一个socket的举措类似于建立一个服务，但是没有指定一个电话号码之前（Bind之前），客户无法与之通信。Bind以后，服务方必须让客户知道这项服务的号码，也就是一个半相关（协议、本地地址、本地端口号）。 　　Bind（）是显式