通信编程：WSAEventSelect 模型通信
信号量机制
进程同步机制是对多个相关进程在执行次序上进行协调，使并发执行的诸进程之间能按照一定的规则(或时序)共享系统资源。信号量就是用一个变量来表示系统中某种资源的数量，可以利用这种机制来实现同步。
整型信号量定义为一个用于表示资源数目的整型量 S，S 除了初始化外仅能通过两个标准的原子操作 wait(S) 和 signal(S)来访问，这两个操作也可以被称为 P、V 操作。wait 操作的伪代码如下：
wait(S){
while(S <= 0);
S--;
}
signal 操作的伪代码如下：
signal(S){
S++;
}
当一个进程在修改某信号量时，由于 P、v 操作是原子操作，因此没有其它进程可同时对该信号量进行修改。
WSAEventSelect 模型
WSAEventSelect 模型也是 Winsock 提供的异步事件通知I/O模型，与 WSAAsyncSelect 模型类似，允许应用程序在一个或者多个套接字上接收基于事件的网络通知。不过 WSAEventSelect 模型不是依靠 Windows 的消息驱动机制，而是经由事件对象句柄通知，其机理类似于信号量机制。
创建事件对象
WSAEventSelect 模型的基本思路是为需要响应的一组网络事件创建一个事件对象，创建事件对象的函数是 WSACreateEvent()，返回值是一个事件对象句柄。
WSAEVENT
WSAAPI
WSACreateEvent(
void
);
接着再调用 WSAEventSelect() 函数将网络事件和事件对象关联起来。当网络事件发生时，Winsock 使相应的事件对象受信，在事件对象上的等待函数就会返回。
int
WSAAPI
WSAEventSelect(
_In_ SOCKET s,
_In_opt_ WSAEVENT hEventObject,
_In_ long lNetworkEvents
);
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| s | 套接字句柄 |
| hEventObject | 事件对象句柄 |
| lNetworkEvents | 需要相应的 FD_XXX 网络事件组合 |
事件受信
网络事件与事件对象关联之后，应用程序就可以在事件对象上等待事件了。WSAWaitForMultipleEvents() 函数用于在一个或多个事件对象上等待，当所等待的事件对象受信或者指定的时间过去时，此函数返回。
DWORD
WSAAPI
WSAWaitForMultipleEvents(
_In_ DWORD cEvents,
_In_reads_(cEvents) const WSAEVENT FAR * lphEvents,
_In_ BOOL fWaitAll,
_In_ DWORD dwTimeout,
_In_ BOOL fAlertable
);
WSAWaitForMultipleEvents 最多支持 64 个对象，因此这个 I/O 模型在一个线程中同一时间最多能支持 64 个套接字。如果需要使用这个模型管理更多套接字，就需要创建额外的工作线程。WSAWaitForlMultipleEvents 函数会等待网络事件的发生，如果在指定时间内有网络事件发生，函数的返回值会指明是哪一个事件对象促使函数返回的。
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| cEvents | 指定 lphEvents 中事件对象句柄的个数 |
| lphEvents | 指向一个事件对象句柄数组 |
| fWaitAll | 指定是否等待所有事件对象都变成受信状态 |
| dwTimeout | 指定要等待的时间，WSA INFINITE 为无穷大 |
| fAlertable | 忽略，设为 FALSE |
- 将 fWaitAll 参数设为 FALSE 以后，如果同时有几个事件对象受信，WSAWaitForMultipleEvents 函数的返回值也仅能指明数组中较前面的事件对象。这样就无法让这些事件对象受信，解决办法是 WSAWaitForMultipleEvents 函数返回后，对每个事件都再次调用 WSAWaitForMultipleEvents 函数，使所有受信的事件对象得到处理。
查看网络事件
一旦事件对象受信，就找到与之对应的套接字，然后调用 WSAEnumNetworkEvents() 函数查看发生了什么网络事件。
int
WSAAPI
WSAEnumNetworkEvents(
_In_ SOCKET s,
_In_ WSAEVENT hEventObject,
_Out_ LPWSANETWORKEVENTS lpNetworkEvents
);
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| s | 套接字句柄 |
| hEventObject | 事件对象句柄 |
| lpNetworkEvents | 套接字上的网络事件和报错信息 |
lpNetworkEvents 是指向一个 WSANETWORKEVENTS 结构的数组，保存了在套接字上发生的网络事件和相关的出错代码。
typedef struct _WSANETWORKEVENTS {
long lNetworkEvents;
int iErrorCode[FD_MAX_EVENTS];
} WSANETWORKEVENTS, FAR * LPWSANETWORKEVENTS;
iErrorCode 参数是一个数组，数组的每个成员对应着一个网络事件的出错代码。
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| lNetworkEvents | 指定发生的网络事件 |
| iErrorCode | lNetworkEvents 的出错代码 |
WSAEventSelect 模型样例
注意无论是客户端还是服务器，都需要包含头文件 initsock.h 来载入 Winsock。
功能设计
模拟实现 TCP 协议通信过程，要求编程实现服务器端与客户端之间双向数据传递。也就是在一条 TCP 连接中，客户端和服务器相互发送一条数据即可。
initsock.h
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "WS2_32") // 链接到 WS2_32.lib
class CInitSock
{
public:
/*CInitSock 的构造器*/
CInitSock(BYTE minorVer = 2, BYTE majorVer = 2)
{
// 初始化WS2_32.dll
WSADATA wsaData;
WORD sockVersion = MAKEWORD(minorVer, majorVer);
if (::WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)
{
exit(0);
}
}
/*CInitSock 的析构器*/
~CInitSock()
{
::WSACleanup();
}
};
服务器
使用 WSAEventSelect 模型实现的服务器需要按照如图所示的步骤进行编程，具体编码如下所示。
#include "initsock.h"
#include <iostream>
using namespace std;
// 初始化Winsock库
CInitSock theSock;
int main()
{
// 事件句柄和套节字句柄表
WSAEVENT eventArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];
SOCKET sockArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];
int nEventTotal = 0;
// 创建监听套节字
SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
sockaddr_in sin;
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons(4567); // 此服务器监听的端口号
sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
if (::bind(sListen, (sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
{
cout << " Failed bind()" << endl;
return -1;
}
// 进入监听模式
if (::listen(sListen, 5) == SOCKET_ERROR)
{
cout << " Failed listen()" << endl;
return 0;
}
cout << "服务器已启动监听，可以接收连接！" << endl;
// 创建事件对象，并关联到新的套节字
WSAEVENT event = ::WSACreateEvent();
::WSAEventSelect(sListen, event, FD_ACCEPT | FD_CLOSE);
// 添加到表中
eventArray[nEventTotal] = event;
sockArray[nEventTotal] = sListen;
nEventTotal++;
// 处理网络事件
while (TRUE)
{
// 在所有事件对象上等待
int nIndex = ::WSAWaitForMultipleEvents(nEventTotal, eventArray, FALSE, WSA_INFINITE, FALSE);
// 对每个事件调用WSAWaitForMultipleEvents函数，以便确定它的状态
nIndex = nIndex - WSA_WAIT_EVENT_0;
for (int i = nIndex; i < nEventTotal; i++)
{
nIndex = ::WSAWaitForMultipleEvents(1, &eventArray[i], TRUE, 1000, FALSE);
if (nIndex == WSA_WAIT_FAILED || nIndex == WSA_WAIT_TIMEOUT)
{
continue;
}
else
{
// 获取到来的通知消息，WSAEnumNetworkEvents函数会自动重置受信事件
WSANETWORKEVENTS event;
::WSAEnumNetworkEvents(sockArray[i], eventArray[i], &event);
if (event.lNetworkEvents & FD_ACCEPT) // 处理FD_ACCEPT通知消息
{
if (event.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT] == 0)
{
if (nEventTotal > WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS)
{
cout << " Too many connections!" << endl;
continue;
}
sockaddr_in addrRemote;
int nAddrLen = sizeof(addrRemote);
SOCKET sNew = ::accept(sockArray[i], (SOCKADDR*)&addrRemote, &nAddrLen);
cout << "\n与主机" << ::inet_ntoa(addrRemote.sin_addr) << "建立连接" << endl;
WSAEVENT event = ::WSACreateEvent();
::WSAEventSelect(sNew, event, FD_READ | FD_CLOSE | FD_WRITE);
// 添加到表中
eventArray[nEventTotal] = event;
sockArray[nEventTotal] = sNew;
nEventTotal++;
}
}
else if (event.lNetworkEvents & FD_READ) // 处理FD_READ通知消息
{
if (event.iErrorCode[FD_READ_BIT] == 0)
{
char szText[256];
int nRecv = ::recv(sockArray[i], szText, strlen(szText), 0);
if (nRecv > 0)
{
szText[nRecv] = '\0';
cout << " 接收到数据：" << szText << endl;
}
// 向客户端发送数据
char sendText[] = "你好，客户端！";
if (::send(sockArray[i], sendText, strlen(sendText), 0) > 0)
{
cout << " 向客户端发送数据：" << sendText << endl;
}
}
}
else if (event.lNetworkEvents & FD_CLOSE) // 处理FD_CLOSE通知消息
{
if (event.iErrorCode[FD_CLOSE_BIT] == 0)
{
::closesocket(sockArray[i]);
for (int j = i; j < nEventTotal - 1; j++)
{
eventArray[j] = eventArray[j + 1];
sockArray[j] = sockArray[j + 1];
}
nEventTotal--;
}
}
}
}
}
return 0;
}
客户端
#include "InitSock.h"
#include <iostream>
using namespace std;
CInitSock initSock; // 初始化Winsock库
int main()
{
// 创建套节字
SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (s == INVALID_SOCKET)
{
cout << " Failed socket()" << endl;
return 0;
}
// 也可以在这里调用bind函数绑定一个本地地址
// 否则系统将会自动安排
char address[20] = "127.0.0.1";
// 填写远程地址信息
sockaddr_in servAddr;
servAddr.sin_family = AF_INET;
servAddr.sin_port = htons(4567);
// 注意，这里要填写服务器程序（TCPServer程序）所在机器的IP地址
// 如果你的计算机没有联网，直接使用127.0.0.1即可
servAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(address);
if (::connect(s, (sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
{
cout << " Failed connect() " << endl;
return 0;
}
else
{
cout << "与服务器 " << address << "建立连接" << endl;
}
char szText[] = "你好，服务器！";
if (::send(s, szText, strlen(szText), 0) > 0)
{
cout << " 发送数据：" << szText << endl;
}
// 接收数据
char buff[256];
int nRecv = ::recv(s, buff, 256, 0);
if (nRecv > 0)
{
buff[nRecv] = '\0';
cout << " 接收到数据：" << buff << endl;
}
// 关闭套节字
::closesocket(s);
return 0;
}
运行效果
参考资料
《Windows 网络与通信编程》，陈香凝 王烨阳 陈婷婷 张铮 编著，人民邮电出版社
