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SOCKET类的设计和实现

 

WinSock基本知识

这里不打算系统地介绍socket或者WinSock的知识。首先介绍WinSock API函数,讲解阻塞/非阻塞的概念;然后介绍socket的使用。

WinSock API

Socket接口是网络编程(通常是TCP/IP协议,也可以是其他协议)的API。最早的Socket接口是Berkeley接口,在Unxi操作系统中实现。WinSock也是一个基于Socket模型的API,在Microsoft Windows操作系统类中使用。它在Berkeley接口函数的基础之上,还增加了基于消息驱动机制的Windows扩展函数。Winscok1.1只支持TCP/IP网络,WinSock2.0增加了对更多协议的支持。这里,讨论TCP/IP网络上的API。

Socket接口包括三类函数:

第一类是WinSock API包含的Berkeley socket函数。这类函数分两部分。第一部分是用于网络I/O的函数,如

accept、Closesocket、connect、recv、recvfrom、Select、Send、Sendto

另一部分是不涉及网络I/O、在本地端完成的函数,如

bind、getpeername、getsockname、getsocketopt、htonl、htons、inet_addr、inet_nton

ioctlsocket、listen、ntohl、ntohs、setsocketopt、shutdow、socket等

第二类是检索有关域名、通信服务和协议等Internet信息的数据库函数,如

gethostbyaddr、gethostbyname、gethostname、getprotolbyname

getprotolbynumber、getserverbyname、getservbyport。

第三类是Berkekley socket例程的Windows专用的扩展函数,如gethostbyname对应的WSAAsynGetHostByName(其他数据库函数除了gethostname都有异步版本),select对应的WSAAsynSelect,判断是否阻塞的函数WSAIsBlocking,得到上一次Windsock API错误信息的WSAGetLastError,等等。

从另外一个角度,这些函数又可以分为两类,一是阻塞函数,一是非阻塞函数。所谓阻塞函数,是指其完成指定的任务之前不允许程序调用另一个函数,在Windows下还会阻塞本线程消息的发送。所谓非阻塞函数,是指操作启动之后,如果可以立即得到结果就返回结果,否则返回表示结果需要等待的错误信息,不等待任务完成函数就返回。

首先,异步函数是非阻塞函数;

其次,获取远地信息的数据库函数是阻塞函数(因此,WinSock提供了其异步版本);

在Berkeley socket函数部分中,不涉及网络I/O、本地端工作的函数是非阻塞函数;

在Berkeley socket函数部分中,网络I/O的函数是可阻塞函数,也就是它们可以阻塞执行,也可以不阻塞执行。这些函数都使用了一个socket,如果它们使用的socket是阻塞的,则这些函数是阻塞函数;如果它们使用的socket是非阻塞的,则这些函数是非阻塞函数。

创建一个socket时,可以指定它是否阻塞。在缺省情况下,Berkerley的Socket函数和WinSock都创建“阻塞”的socket。阻塞socket通过使用select函数或者WSAAsynSelect函数在指定操作下变成非阻塞的。WSAAsyncSelect函数原型如下。

int WSAAsyncSelect(

    SOCKET s,  

    HWND hWnd, 

    u_int wMsg,

    long lEvent    

   );

其中,参数1指定了要操作的socket句柄;参数2指定了一个窗口句柄;参数3指定了一个消息,参数4指定了网络事件,可以是多个事件的组合,如:

FD_READ       准备读

FD_WRITE      准备写

FD_OOB        带外数据到达

FD_ACCEPT     收到连接

FD_CONNECT   完成连接

FD_CLOSE      关闭socket。

用OR操作组合这些事件值,如FD_READ|FD_WRITE

WSAAsyncSelect函数表示对socket s监测lEvent指定的网络事件,如果有事件发生,则给窗口hWnd发送消息wMsg。

假定应用程序的一个socket s指定了监测FD_READ事件,则在FD_READ事件上变成非阻塞的。当read函数被调用时,不管是否读到数据都马上返回,如果返回一个错误信息表示还在等待,则在等待的数据到达后,消息wMsg发送给窗口hWnd,应用程序处理该消息读取网络数据。

对于异步函数的调用,以类似的过程最终得到结果数据。以gethostbyname的异步版本的使用为例进行说明。该函数原型如下:

补充:软件开发 , C语言 ,
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