Winsock IO模式

2024-01-05 00:32

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本文主要是介绍Winsock IO模式，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

Winsock主要有三种IO操作模式：阻塞、非阻塞、重叠IO。默认情况下Winsock都是建立阻塞的socket，为了创建非阻塞socket，需要使用ioctlsocket的FIONBIO命令把socket设置为非阻塞。如果要使用重叠IO功能，需要在创建socket时指定重叠IO属性。

1. 阻塞IO

任何IO操作只有在完成后才能返回，阻塞函数在完成其指定的任务之前不允许程序执行另外的语句。

阻塞IO编程简单，但不是最有效的编程方式。

2. 非阻塞IO

当执行一个IO操作时，如果此IO操作不会引起阻塞，函数将立即执行，并返回给调用者。如果此IO操作会引起阻塞，则函数返回错误码WSAEWOULDBLOCK。WSAEWOULDBLOCK表示此操作不能立即完成。

Winsock定义了一系列网络事件，应用程序可以通过轮询、调用select或者用WSAAsyncSelect注册网络事件通知，来确定什么时候能够再次调用该IO操作而不会阻塞。

socket API没有为阻塞和非阻塞定义不同的函数，新创建的socket都是阻塞的，可以用ioctlsocket的FIONBIO命令把socket设置为非阻塞。当socket工作在非阻塞模式时，即使操作不能立即完成也不会引起调用线程阻塞。

3. 重叠IO

重叠IO是Winsock 2.0新增的特性。应用程序可以在调用WSASocket函数时设置WSA_FLAG_OVERLAPPED标志指明使用重叠IO功能，重叠IO不改变socket的阻塞或非阻塞模式，它本身不会引起阻塞。

使用重叠IO时，在一个IO操作完成之前，还可以执行多个同样的IO操作。发送和接收都可以重叠。应用程序可以连续多次调用接收函数提供多个缓冲区来接收输入的数据；也可以连续多次调用发送函数提供多个数据缓冲区去排队输出数据。

发送数据时，程序使用WSASend或WSASendTo提供包含用户数据的缓冲区，如果Winsock不能立即发送数据，这些数据将按调用的顺序排队，当可以发送时再把数据发送到网络上。在接收到数据已经成功发送的通知之前，不能破坏缓冲区中的内容。

无论发送还是接收，函数调用都不阻塞，返回值有以下几种情况。（1）返回0表明操作完成，程序会收到完成指示通知。即：相对应的事件对象处于有信号状态或完成回调函数已经被排队。（2）返回SOCKET_ERROR，并且其错误是WSP_IO_PENDING，表明已经成功启动重叠IO操作，当发送或接收完成后程序将收到通知。（3）返回任何其他错误码表明函数调用失败，程序不会收到完成指示通知。

4. 同步和异步

同步传输以多个字节组成的数据块（称为“帧”）为传输单位，头尾附加特殊的标识序列，通常还会附加校验码。帧与帧之间的时间间隔是固定的，必须严格规定它们的时间关系。同步传输分为字节同步和位同步，通常采用位同步。

异步传输以字符为传输单位，没有严格的时间序列。每个字符都要附加1位起始位和1位停止位。常用格式为：起始位 + 数据位 + 校验位 + 停止位。异步传输简单、可靠，适用于面向字符的、低速的通信，但每传输一个字符都要附加额外的2-3位，通信开销大，效率低。

同步IO引起执行操作的线程阻塞，直到IO完成。可分为两种情况：一种是直接阻塞；另一种是非阻塞，设置socket的非阻塞属性，告诉操作系统如果此IO操作引起阻塞，则不调用真正的IO操作。程序采用轮询或select多路复用得到IO是否已经满足程序所要求的操作，满足时完成真正的IO操作。

异步IO调用只启动了要求的操作，不等待完成。操作系统监视IO的完成情况，并通过消息向应用程序报告执行的结果。当一个事件发生或操作完成时，Windows向调用该异步操作时指定的窗口发送消息。异步socket是非阻塞的，采用了Windows的事件驱动机制，操作系统通过事件通知应用程序，程序在接收到事件时做相应的处理。