8.2.4 重叠模型
在Wi n s o c k中，相比我们迄今为止解释过的其他所有I / O模型，重叠I / O（Overlapped I/O）
模型使应用程序能达到更佳的系统性能。重叠模型的基本设计原理便是让应用程序使用一个重叠的数据结构，一次投递一个或多个Winsock I/O请求。针对那些提交的请求，在它们完成之后，应用程序可为它们提供服务。该模型适用于除Windows CE之外的各种Wi n d o w s平台。
模型的总体设计以Wi n 3 2重叠I / O机制为基础。那个机制可通过R e a d F i l e和Wr i t e F i l e两个函数，针对设备执行I / O操作。
最开始的时候，Wi n s o c k重叠I / O模型只能应用于Windows NT操作系统上运行的Wi n s o c k1 . 1应用程序。作为应用程序，它可针对一个套接字句柄，调用R e a d F i l e以及Wr i t e F i l e，同时指定一个重叠式结构（稍后详述），从而利用这个模型。自Winsock 2发布开始，重叠I / O便已集成到新的Wi n s o c k函数中，比如W S A S e n d和W S A R e c v。这样一来，重叠I / O模型便能适用于安装了Winsock 2的所有Wi n d o w s平台。
注意在Winsock 2发布之后，重叠I/O仍可在Windows NT和Windows 2000这两个操作系统中，随R e a d F i l e和Wr i t e F i l e两个函数使用。但是，Windows 95和Windows 98均不具备这一功能。考虑到应用程序的跨平台兼容问题，同时考虑到性能方面的因素，应尽量避免使用Wi n 3 2的R e a d F i l e和Wr i t e F i l e函数，分别换以W S A R e c v和W S A S e n d函数。本节只打算讲述通过新的Winsock 2函数，来使用重叠I/O模型。
要想在一个套接字上使用重叠I / O模型，首先必须使用W S A _ F L A G _ O V E R L A P P E D这个标志，创建一个套接字。如下所示：
s = WSASocket(AF_INET,SOCK_STREAM,0,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED);
创建套接字的时候，假如使用的是s o c k e t函数，而非W S A S o c k e t函数，那么会默认设置W S A _ F L A G _ O V E R L A P P E D标志。成功建好一个套接字，同时将其与一个本地接口绑定到一起后，便可开始进行重叠I / O 操作，方法是调用下述的Wi n s o c k 函数，同时指定一个
W S A O V E R L A P P E D结构（可选）：
■ W S A S e n d
■ W S A S e n d To
■ W S A R e c v
■ W S A R e c v F r o m
■ W S A I o c t l
■ A c c e p t E x
■ Tr n a s m i t F i l e
大家现在或许已经知道，其中每个函数都与一个套接字上数据的发送、数据接收以及连接的接受有关。因此，这些活动可能会花极少的时间才能完成。这正是每个函数都可接受一个W S A O V E R L A P P E D结构作为参数的原因。若随一个W S A O V E R L A P P E D结构一起调用这些函数，函数会立即完成并返回，无论套接字是否设为锁定模式（本章开头已详细讲过了）。它
们依赖于W S A O V E R L A P P E D结构来返回一个I / O请求的返回。
主要有两个方法可用来管理一个重叠I / O请求的完成：我们的应用程序可等待“事件对象通知”，亦可通过“完成例程”，对已经完成的请求加以处理。上面列出的函数（ A c c e p t E x除外）还有另一个常用的参数：
l p C o m p l e t i o n R O U T I N E。该参数指定的是一个可选的指针，指向一个完成例程函数，在重叠请求完成后调用。接下去，我们将探讨事件通知方法。在本章稍后，还会介绍如何使用可选的完成例程，代替事件，对完成的重叠请求加以处理。
1. 事件通知
重叠I / O的事件通知方法要求将Wi n 3 2事件对象与W S A O V E R L A P P E D结构关联在一起。若使用一个W S A O V E R L A P P E D结构，发出像W S A S e n d和W S A R e c v这样的I / O调用，它们会立即返回。
通常，大家会发现这些I / O 调用会以失败告终，返回S O C K E T _ E R R O R 。使用W S A G e t L a s t E r r o r函数，便可获得与错误状态有关的一个报告。这个错误状态意味着I / O操作正在进行。稍后的某个时间，我们的应用程序需要等候与W S A O V E R L A P P E D结构对应的事件对象，了解一个重叠I / O请示何时完成。W S A O V E R L A P P E D结构在一个重叠I / O请求的初始化，及其后续的完成之间，提供了一种沟通或通信机制。下面是这个结构的定义：
typedef struct WSAOVERLAPPED
{
DWORD Internal;
DWORD InternalHigh;
DWORD Offset;
DWORD OffsetHigh;
WSAEVENT hEvent;
}WSAOVERLAPPED,FAR *LPWSAOVERLPPED;
其中，I n t e r n a l、I n t e r n a l H i g h、O ff s e t和O ff s e t H i g h字段均由系统在内部使用，不应由应用程序直接进行处理或使用。而另一方面， h E v e n t字段有点儿特殊，它允许应用程序将一个事件对象句柄同一个套接字关联起来。大家可能会觉得奇怪，如何将一个事件对象句柄分配给该字段呢？正如我们早先在W S A E v e n t S e l e c t模型中讲述的那样，可用W S A C r e a t e E v e n t函数来创建一个事件对象句柄。一旦创建好一个事件句柄，简单地将重叠结构的h E v e n t字段分配给事件句柄，再使用重叠结构，调用一个Wi n s o c k函数即可，比如W S A S e n d或W S A R e c v。
一个重叠I / O请求最终完成后，我们的应用程序要负责取回重叠I / O操作的结果。一个重叠请求操作最终完成之后，在事件通知方法中， Wi n s o c k会更改与一个W S A O V E R L A P P E D结构对应的一个事件对象的事件传信状态，将其从“未传信”变成“已传信”。由于一个事件对象已分配给W S A O V E R L A P P E D结构，所以只需简单地调用W S AWa i t F o r M u l t i p l e E v e n t s函数，从而判断出一个重叠I / O调用在什么时候完成。该函数已在我们前面讲述WSAEventSelect I/O模型时介绍过了。W S AWa i t F o r M u l t i p l e E v e n t s函数会等候一段规定的时间，等待一个或多个事件对象进入“已传信”状态。在此再次提醒大家注意： W S AWa i t F o r M u l t i p l e E v e n t s函数一次
最多只能等待6 4个事件对象。发现一次重叠请求完成之后，接着需要调用W S A G e t O v e r l a p p e dR e s u l t（取得重叠结构）函数，判断那个重叠调用到底是成功，还是失败。该函数的定义如下：
BOOL WSAGetOverlappedResult(
SOCKET s,
LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,
LPWORD lpcbTransfer,
BOOL fWait,
LPWORD lpdwFlags
);
其中， s参数用于指定在重叠操作开始的时候，与之对应的那个套接字。l p O v e r l a p p e d参数是一个指针，对应于在重叠操作开始时，指定的那个W S A O V E R L A P P E D 结构。
l p c b Tr a n s f e r参数也是一个指针，对应一个D W O R D（双字）变量，负责接收一次重叠发送或接收操作实际传输的字节数。f Wa i t参数用于决定函数是否应该等待一次待决（未决）的重叠操作完成。若将f Wa i t设为T R U E，那么除非操作完成，否则函数不会返回；若设为FA L S E，而且操作仍然处于“待决”状态，那么W S A G e t O v e r l a p p e d R e s u l t函数会返回FA L S E值，同时返回一个W S A _ I O _ I N C O M P L E T E（I / O操作未完成）错误。但就我们目前的情况来说，由于需要等候重叠操作的一个已传信事件完成，所以该参数无论采用什么设置，都没有任何效果。
最后一个参数是l p d w F l a g s，它对应于一个指针，指向一个D W O R D（双字），负责接收结果标志（假如原先的重叠调用是用W S A R e c v或W S A R e c v F r o m函数发出的）。
如W S A G e t O v e r l a p p e d R e s u l t函数调用成功，返回值就是T R U E。这意味着我们的重叠I / O操作已成功完成，而且由l p c b Tr a n s f e r参数指向的值已进行了更新。若返回值是FA L S E，那么可能是由下述任何一种原因造成的：
■ 重叠I / O操作仍处在“待决”状态。
■ 重叠操作已经完成，但含有错误。
■ 重叠操作的完成状态不可判决，因为在提供给W S A G e t O v e r l a p p e d R e s u l t函数的一个或
多个参数中，存在着错误。
失败后，由l p c b Tr a n s f e r参数指向的值不会进行更新，而且我们的应用程序应调用W S A G e t L a s t E r r o r函数，调查到底是何种原因造成了调用失败。
在程序清单8 - 7中，我们向大家阐述了如何编制一个简单的服务器应用，令其在一个套接字上对重叠I / O操作进行管理，程序完全利用了前述的事件通知机制。对该程序采用的编程步骤总结如下：
1) 创建一个套接字，开始在指定的端口上监听连接请求。
2) 接受一个进入的连接请求。
3) 为接受的套接字新建一个W S A O V E R L A P P E D结构，并为该结构分配一个事件对象句柄。
也将事件对象句柄分配给一个事件数组，以便稍后由W S AWa i t F o r M u l t i p l e E v e n t s函数使用。
4) 在套接字上投递一个异步W S A R e c v请求，指定参数为W S A O V E R L A P P E D结构。
注意函数通常会以失败告终，返回S O C K E T _ E R R O R错误状态W S A _ I O _ P E N D I N G（I/O操作尚未完成）。
5) 使用步骤3 )的事件数组，调用W S AWa i t F o r M u l t i p l e E v e n t s函数，并等待与重叠调用关联在一起的事件进入“已传信”状态（换言之，等待那个事件的“触发”）。
6) WSAWa i t F o r M u l t i p l e E v e n t s函数完成后，针对事件数组，调用W S A R e s e t E v e n t（重设事件）函数，从而重设事件对象，并对完成的重叠请求进行处理。
7) 使用W S A G e t O v e r l a p p e d R e s u l t函数，判断重叠调用的返回状态是什么。
8) 在套接字上投递另一个重叠W S A R e c v请求。
9) 重复步骤5 ) ~ 8 )。
这个例子极易扩展，提供对多个套接字的支持。方法是将代码的重叠I / O处理部分移至一个独立的线程内，让主应用程序线程为附加的连接请求提供服务。
程序清单8-7 采用事件机制的简单重叠I / O处理示例