通信编程：WSAEventSelect 模型通信

2021-10-25 18:39:49

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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。

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。
通信编程：WSAEventSelect 模型通信

#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

通信编程：WSAEventSelect 模型通信

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

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