基于IOCP的局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

1、基于IOCP的局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)          摘要 本文介紹了一種在WINDOWS平臺上比較成熟的I/O方法-完成端口，提出了通過使用IOCP機制和旁視列表技術建立網(wǎng)絡服務器模型的方法，實現(xiàn)了利用為數(shù)不多的線程為成千上萬的客戶同時提供網(wǎng)絡服務，解決了大多數(shù)網(wǎng)絡服務器連接大量客戶端和處理大量數(shù)據(jù)時存在的問題，獲得了極好的性能和強大的擴展能力。文章給出了基于indows 2000平臺的局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡服務器的設計與實現(xiàn)過程。    關鍵詞 完成端口；旁視列表；網(wǎng)絡服務器；VC+

2、60;1  引言    在局域網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，網(wǎng)絡管理中心需要同時監(jiān)控每個客戶端計算機的運行情況，將遠程監(jiān)控畫面顯示在管理中心的電腦屏幕上。網(wǎng)絡服務器要求實現(xiàn)定時截獲客戶端計算機上的屏幕數(shù)據(jù)與正在運行程序的數(shù)據(jù)，定時截取客戶端屏幕圖像，并將截獲的數(shù)據(jù)和圖像保存在數(shù)據(jù)庫中等功能。在較大型局域網(wǎng)中有幾百上千個客戶端，需要對大量的客戶端數(shù)據(jù)進行處理。因此如何讓網(wǎng)絡服務器同時為多個客戶端服務，但又不喪失整體的性能成為開發(fā)的難點。本文采用了I/O完成端口、旁視列表等技術，設計了一種高效的網(wǎng)絡服務器，讓此問題得到了有效的解決。2  IOCP機制 

3、;   IOCP(I/O Completion Port輸入/輸出完成端口)是一種能夠合理利用與管理多線程的機制。該機制使用完成端口，用一定數(shù)量的線程處理重疊I/O(Overlapped I/O)的技術，幫助處理大量客戶端請求的網(wǎng)絡服務問題，特別適合于開發(fā)網(wǎng)絡服務器一類的應用程序，并可使系統(tǒng)的性能達到較佳狀態(tài)。IOCP模型圖如圖1所示。圖1 完成端口工作模式    完成端口模式要求創(chuàng)建一個Win32完成端口對象來對重疊I/O請求進行管理，并通過創(chuàng)建一定數(shù)量的工作者線程(WorkThread)，來為已經(jīng)完成的重疊I/O請求提供服務。其實，可以把完

4、成端口看成系統(tǒng)維護的一個隊列，操作系統(tǒng)把重疊I/O操作完成的事件通知放入該隊列，由于是“操作完成”的事件通知，故取名為“完成端口”。一個完成端口被創(chuàng)建以后，可以和多個文件句柄進行關聯(lián)(文件句柄可以是真正的文件句柄，也可以是Socket句柄或命名管道)，并在關聯(lián)后的句柄上進行重疊I/O操作。當I/O操作完成后，一個重疊I/O完成的事件通知就會被排在此端口的完成隊列上，此時，某個工作者線程將會被喚醒來為完成端口服務，執(zhí)行特定的處理工作。一般來說，一個應用程序可以創(chuàng)建多個工作者線程來處理完成端口上的通知事件，工作者線程的數(shù)量依賴于程序的具體需要。  3  數(shù)據(jù)庫同步機制實現(xiàn)過程：

5、（系統(tǒng)結構圖如圖2）圖2 系統(tǒng)結構圖    （1）整體系統(tǒng)安裝初始，各個同步端的數(shù)據(jù)庫初始化為一致。    （2）數(shù)據(jù)服務器維護各個同步端的SQL隊列，不斷檢查是否有操作項，然后將各項操作依序發(fā)送至各個在線的同步端。    （3）在線同步端收到后，置入SQL隊列，將SQL隊列按操作發(fā)生時間先后排序    （4）在線同步端將SQL隊列中的各項操作依序執(zhí)行并通知服務器執(zhí)行的結果。服務器收到后將該項操作從該同步端的SQL隊列中刪除。    （5）某一在

6、線同步端執(zhí)行非讀的SQL操作后，向服務器發(fā)送該操作，服務器將該操作放入除了此同步端外的其他同步端的SQL隊列中，并放入歷史SQL文件，然后轉到第2步     （6）有新同步端注冊入系統(tǒng)后，將從數(shù)據(jù)服務器（數(shù)據(jù)服務器同時建立該同步端的SQL隊列）下載歷史SQL文件，并執(zhí)行其中各項操作。    （7）某同步端選擇注銷，數(shù)據(jù)服務器刪除該同步端的SQL隊列。4  內(nèi)存分配機制    在該系統(tǒng)中內(nèi)存的分配和釋放比較頻繁，為了比較高效分配釋放數(shù)據(jù)，采用一種稱作Lookaside List（旁視列表）的數(shù)據(jù)結

7、構。在該系統(tǒng)中用于單句柄數(shù)據(jù)和重疊操作數(shù)據(jù)（完成鍵）的分配和釋放。Lookaside List的原理是在分配一塊數(shù)據(jù)空間前，先查看回收鏈表中是否有數(shù)據(jù)空間指針，如果有則不需要調(diào)用系統(tǒng)的內(nèi)存分配，直接使用回收鏈表中的該指針指向的數(shù)據(jù)空間，并將回收鏈表中該指針節(jié)點移除，當使用完數(shù)據(jù)空間后，也不必調(diào)系統(tǒng)的內(nèi)存釋放，而將該數(shù)據(jù)空間指針移入回收鏈表。在進程最終結束后才將回收鏈表中的所有指針指向的數(shù)據(jù)空間釋放。從而大大減低程序在運行期的頻繁內(nèi)存分配和釋放產(chǎn)生的開銷。5  實現(xiàn)過程5.1 初始化    讀取服務器配置文件，初始化客戶端連接鏈表；建立完成端口，根據(jù)CPU

8、個數(shù)建立等待和接受完成通知的線程；初始化WinSock接口，建立偵聽SOCKET；取擴展函數(shù)AcceptEx；關聯(lián)完成端口到偵聽SOCKET；綁定和偵聽。5.2 啟動服務    （1）建立網(wǎng)絡事件、設置該網(wǎng)絡事件為偵聽SOCKET的ACCEPT網(wǎng)絡事件，這樣當AcceptEx一次性分配的N個預備SOCKET由于滿足不斷上來的TCP連接而耗盡，并有新的TCP連接請求時，就會觸發(fā)偵聽SOCKET的ACCEPT事件，服務器就會在這個時機調(diào)用AcceptEx再次分配N個新的預備SOCKET以滿足新的TCP連接請求。在該系統(tǒng)中，N=10。   

9、 （2）分配的N個預備SOCKET    （3）建立檢查和分配線程，該線程作用：等待ACCEPT網(wǎng)絡事件以分配新的預備SOCKET；定時檢測和掛斷未收發(fā)任何數(shù)據(jù)且超時連接的TCP連接，防止DoS（拒絕服務）攻擊。5.3完成通知線程內(nèi)部處理while (TRUE)         /等待完成端口的通知                

10、;   bSuccess = GetQueuedCompletionStatus(                                         

11、60;                                                 

12、60;           pThis->m_hCOP，                                    

13、60;                                                 

14、60;                &dwNumberBytes,                               &

15、#160;                                                 &

16、#160;                     (PULONG_PTR )&lpHandleContext,                       &#

17、160;                                                 &#

18、160;                             &lpOverlapped,                  &

19、#160;                                                 &

20、#160;                                  INFINITE              

21、0;                                                 

22、0;                                      );            &

23、#160;       if (!bSuccess)                   pThis->m_strLog.Format("GetQueuedCompletionStatus() 失敗:%d", GetLastError();        

24、;                    Log(pThis->m_strLog);                          

25、0;  PPER_IO_CONTEXT lpPerIoContext = (PPER _IO_CONTEXT)lpOverlapped;                            lpPerIoContext->pNext = NULL;     &#

26、160;                      pThis->InsertToLookaside(lpPerIoContext, NULL);                    

27、;        lpHandleContext->pNext = NULL;                            pThis->InsertToLookaside(NULL, lpHandleContext); 

28、60;                           continue;                   /如果外部發(fā)送空的單句柄數(shù)據(jù)指針，則退出完成

29、通知線程                   if (NULL = lpHandleContext)                            &#

30、160;                         return 0;                   /將完成鍵轉換為自己格式的數(shù)據(jù)指針  

31、0;                PPER_IO_CONTEXT lpPerIoContext = (PPER_IO_ CONTEXT)lpOverlapped;/這種情況表示客戶端自己掛斷連接                   if(IoAccept != lpP

32、erIoContext->IoOperation)                                              &

33、#160; if(0 = dwNumberBytes)                                              &#

34、160;                  shutdown(lpPerIoContext->sClient, SD_BOTH);                        

35、60;            closesocket(lpPerIoContext->sClient);                               

36、0;     lpPerIoContext->pNext = NULL;                               pThis->InsertToLookaside(lpPerIoCon text, NULL);  &#

37、160;                                  lpHandleContext->pNext = NULL;          

38、0;                          pThis->InsertToLookaside(NULL, lpHandleContext);                

39、                                                   

40、;       pThis->DecreaseClientNum();                                       

41、60;                                  continue;               

42、;                                                    HA

43、NDLE hResult;                   PPER_HANDLE_CONTEXT lpNewperHandleContext;/判斷該通知為哪種類型的操作的結果                   switch(lpP

44、erIoContext->IoOperation)                   /接受新的TCP連接                   case IoAccept:     

45、                       pThis->IncreaseClientNum();                 EnterCriticalSection(&pThis->m_ ListCr

46、iSection);                         pThis->ReleaseConnectionNode(lpPerIoContext);                &

47、#160;            LeaveCriticalSection(&pThis-> m_ListCriSection);/將偵聽SOCKET的屬性復制給客戶端SOCKET， 因為accept 創(chuàng)建的 socket 會自動繼承偵聽 socket 的屬性，而AcceptEx不會    nResult = setsockopt(    &#

48、160;                       lpPerIoContext->sClient,                         &

49、#160;      SOL_SOCKET,                           SO_UPDATE_ACCEPT_CONTEXT,             

50、60;                 (char *)&pThis->m_ListenSocket,                           sizeof(pThis-&g

51、t;m_ListenSocket)                               );                 

52、60; if(SOCKET_ERROR = nResult)                                              

53、0; pThis->m_strLog.Format("客戶(ID=%d) SO_ UPDATE_ACCEPT_CONTEXT 失敗:%d",                             lpPerIoContext->unId, WSAGetLastError(); 

54、0;              Log(pThis->m_strLog);                       closesocket(lpPerIoContext->sClient);      &

55、#160;                     lpPerIoContext->pNext = NULL;                      pThis->InsertToLookasi

56、de(lpPerIoContext, NULL);                             pThis->DecreaseClientNum();            

57、0;                                                  

58、60; continue;           /為新的SOCKET分配單句柄數(shù)據(jù)           lpNewperHandleContext=pThis->GetHandleFrom Lookaside();           if (NULL = lpNewperHandleContext)  

59、;                              lpNewperHandleContext = (PPER_HANDLE_ CONTEXT)HeapAlloc(              

60、;                GetProcessHeap(),                              HEAP_ZERO_MEMORY, 

61、60;                            sizeof(PER_HANDLE_CONTEXT)                   

62、;           );                   if (NULL = lpNewperHandleContext)                

63、60;                                pThis->m_strLog.Format("HeapAlloc() 失敗");           

64、                   Log(pThis->m_strLog);                            

65、0;                                                shutdown(lpPerIoContext-&

66、gt;sClient, SD_BOTH);                              closesocket(lpPerIoContext->sClient);           

67、60;                  lpPerIoContext->pNext = NULL;                            

68、0; pThis->InsertToLookaside(lpPerIoContext, NULL);                                pThis->DecreaseClientNum();      

69、;                                                  

70、0;                           continue;                      

71、                                                   

72、0;        /將新的SOCKET關聯(lián)到同一完成端口上                   lpNewperHandleContext->IoSocket = lpPerIo Context  ->sClient;         

73、          lpNewperHandleContext->pNext = NULL;                                   &

74、#160;                                       hResult = CreateIoCompletionPort(      &#

75、160;                               (HANDLE)lpPerIoContext->sClient,             &#

76、160;                        pThis->m_hCOP, (DWORD_PTR)lpNewperHandleContext,                 

77、;                     0                             

78、60;        );                   if (NULL = hResult)                     

79、60;                         pThis->m_strLog.Format("關聯(lián)完成端口到客戶套接字失敗:%d", GetLastError();             &#

80、160;              Log(pThis->m_strLog);                             shutdown(lpPerIoContext-

81、>sClient, SD_BOTH);                            closesocket(lpPerIoContext->sClient);            

82、60;               lpPerIoContext->pNext = NULL;                            lpNewperHandleCon

83、text->pNext = NULL;              pThis->InsertToLookaside(lpPerIoContext, NULL);                         

84、0;  pThis->InsertToLookaside(NULL, lpNewperHandleContext);                            pThis->DecreaseClientNum();