iocp模型详细解析

发布时间：2023-05-20

一、iocp模型阻塞

在讨论IOCP模型的原理之前，我们需要了解一些概念。在大多数现代操作系统中，IO操作都是阻塞的。这意味着，当您的程序发出I/O请求时，程序将一直等待，直到操作完成。这种模型并不高效，因为当一个线程在等待I/O操作完成时，它不能做其他任何事情。 在传统的IO模型中，如果需要等待某个I/O操作完成，线程会进入等待状态，等待直到完成。当线程进入等待状态时，系统自动切换到另一个线程来处理其它任务。 线程等待I/O操作完成的这个过程称为阻塞。它意味着我们的代码必须等到操作完成之后才能继续执行。单个线程在等待完成某个 I/O 操作时，完全不能做其他事情，如果一个线程中有多个等待 IO 的请求，那么就不能充分利用 CPU 资源，会造成浪费。 因此，IOCP（I/O Completion Ports）模型应运而生.

二、iocp模型落后吗

IOCP模型是一种高效的异步I/O处理方法，它可以在不阻塞主线程的情况下处理大量I/O请求。IOCP模型已经被广泛应用于Windows平台，并被证明是一个高效的机制。 另外，在实际应用过程中，IOCP模型相对于epoll模型和reactor模型，也具有优越性。首先，IOCP模型具有更好的可扩展性，在处理大量连接时比其他模型更具优势。IOCP模型还可以更好地支持高并发，可以在多个线程之间协调分配CPU资源，较少线程争抢CPU资源的情况发生。 总之，IOCP模型并不落后，反而是当前最好的I/O处理模型之一，值得我们去深入学习和掌握。

三、iocp模型 epoll

epoll（事件轮询）是Linux系统中的一种I/O事件通知机制，可以高效地处理大量的客户端连接。与传统的Select和Poll方法相比，epoll更为高效，它通过三个函数epoll_create、epoll_ctl、epoll_wait的集合来实现I/O多路复用技术。 与Windows IOCP模型相比，Linux系统中的epoll具有更好的效率，一些实际应用中的负载测试中也证明Linux下的epoll模型相对于Windows下的IOCP模型具有更好的承载能力和响应速度。

四、iocp模型的原理和工作过程

IOCP的主要原理是使用非阻塞IO处理请求，当请求处理完成时，通知一个IOCP端口，使它可以检索处理结果。 下面是IOCP模型的基本工作流程：

  1. 创建IOCP对象。
  2. 创建线程池和线程。
  3. 创建套接字、关联套接字和IOCP对象。
  4. 向操作系统注册描述IO请求的套接字。
  5. 开始等待IO请求并提交/取消IO操作。
  6. 等待操作的完成。
  7. 处理完成的IO请求。
  8. 回收IO请求。 具体实现中，I/O请求可以进入两个队列：完成队列和等待队列。当一个IO操作完成时，它会被移动到已完成队列。等待线程会从完成队列中读取已完成的请求并处理它们。 同时，IOCP模型支持取消等待的操作，如果一个请求被取消，则它将被从等待队列中删除，并且不会被处理。取消操作可以通过一个特殊的API Call来实现。

五、iocp模型什么情况下cpu会到100%

虽然IOCP模型可以处理大量的I/O请求，但如果应用程序的其他方面没有正确地写入，将会导致CPU使用率持续升高。常见的原因有：

  1. I/O请求持续到达。
  2. 完成队列堆积。
  3. 线程切换成本高。
  4. 线程池过小。
  5. 请求过多且消耗的时间过长。
  6. 硬件问题。
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#define THREAD_NUM 4
#define BUFFER_SIZE 1024
DWORD WINAPI worker_thread(LPVOID pParam) {
    HANDLE hIOCP = (HANDLE)pParam;
    DWORD dwTransferred;
    ULONG_PTR CompletionKey;
    LPOVERLAPPED lpOverlapped;
    while (TRUE) {
        if (GetQueuedCompletionStatus(hIOCP, &dwTransferred, &CompletionKey, &lpOverlapped, INFINITE)) {
            // 处理完成的IO请求
        }
        else {
            // 处理错误
        }
    }
    return 0;
}
int main() {
    HANDLE CompletionPort;
    SYSTEM_INFO SystemInfo;
    GetSystemInfo(&SystemInfo);
    CompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);
    for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++) {
        CreateThread(NULL, 0, worker_thread, CompletionPort, 0, NULL);
    }
    while (true) {
        SOCKET sock = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
        // 关联套接字并提交异步请求
        CreateIoCompletionPort((HANDLE)sock, CompletionPort, (ULONG_PTR)sock, 0);
        WSABUF wsaData;
        char buffer[BUFFER_SIZE];
        wsaData.len = BUFFER_SIZE;
        wsaData.buf = buffer;
        DWORD dwRecv;
        WSARecv(sock, &wsaData, 1, &dwRecv, 0, NULL, NULL);
    }
    return 0;
}
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