Winsock ソケットの状態通知

[アーティクル]
06/12/2023

はじめに

次の表のソケット状態通知 API では、ソケット状態の変更 (CPU とメモリの両方の観点から効率的) に関する通知を取得するためのスケーラブルで効率的な方法が提供されます。これには、非ブロッキング読み取り、非ブロッキング書き込み、エラー状態、その他の情報などに関する通知が含まれます。

API	説明
ProcessSocketNotifications 関数	ソケットのセットを完了ポートに関連付け、そのポートで既に保留中の通知を取得します。関連付けられた完了ポートは、指定されたソケット状態通知を受け取ります。
SOCK_NOTIFY_REGISTRATION 構造体	ProcessSocketNotifications 関数に提供される情報を表します。
SocketNotificationRetrieveEvents 関数	このインラインヘルパー関数は、 OVERLAPPED_ENTRYからイベントマスクを取得する便利な方法として提供されます。

ワークフローは、ソケットを I/O 完了ポート (ProcessSocketNotifications および SOCK_NOTIFY_REGISTRATION) に関連付けることから始まります。その後、ポートは、通常の I/O 完了ポートクエリメソッドを使用して、ソケット状態の変更に関する情報を提供します。

これらの API を使用すると、プラットフォームに依存しない抽象化を簡単に構築できます。そのため、永続的フラグとワンショットフラグ、およびレベルトリガーフラグとエッジトリガーフラグがサポートされます。たとえば、ワンショットレベルでトリガーされる登録は、マルチスレッドサーバーに推奨されるパターンです。

Recommendations

これらの API は、 WSAPoll に代わるスケーラブルな代替手段を提供し、選択した API を選択します。

これらは、I/O 完了ポートで使用される重複するソケット I/O の代替手段であり、ソケットごとの永続的な I/O バッファーの必要性を回避します。ただし、ソケットごとの I/O バッファーが重要な考慮事項ではない (ソケットの数が比較的少ない、または常に使用されている) シナリオでは、重複するソケット I/O は、カーネル遷移の数が少ないため、オーバーヘッドが少なくなり、モデルが単純になる可能性があります。

ソケットは、1 つの I/O 完了ポートにのみ関連付けられます。ソケットは、I/O 完了ポートに 1 回だけ登録できます。完了キーを変更するには、通知の登録を解除し、 SOCK_NOTIFY_EVENT_REMOVE メッセージを待ってから ( ProcessSocketNotifications および SocketNotificationRetrieveEvents のトピックを参照)、ソケットを再登録します。

まだ使用中のメモリを解放しないようにするには、登録の SOCK_NOTIFY_EVENT_REMOVE 通知を受け取った後にのみ、登録に関連付けられているデータ構造を解放する必要があります。通知の登録に使用されるソケット記述子が closesocket 関数を使用して閉じられると、その通知は自動的に登録解除されます。ただし、既にキューに登録されている通知は引き続き配信される可能性があります。 closesocket による自動登録解除では、SOCK_NOTIFY_EVENT_REMOVE通知は生成されません。

マルチスレッド処理が必要な場合は、通知を処理する複数のスレッドで 1 つの I/O 完了ポートを使用する必要があります。これにより、I/O 完了ポートは、必要に応じて複数のスレッドで作業をスケールアウトできます。複数の I/O 完了ポート (スレッドごとに 1 つなど) を使用することは避けてください。その設計は、1 つのスレッドでのボトルネックに対して脆弱であり、他のユーザーはアイドル状態であるためです。

複数のスレッドがレベルによってトリガーされた通知を使用して通知パケットをデキューしている場合は、複数のスレッドが状態変更の通知を受信しないようにSOCK_NOTIFY_TRIGGER_ONESHOTを指定 する必要があります 。ソケット通知が処理されたら、通知を再登録する必要があります。

1 つのスレッドで個々のメッセージを処理する必要があるストリーム指向接続で複数のスレッドが通知パケットをデキューしている場合は、レベルによってトリガーされるワンショット通知の使用を検討してください。これにより、スレッド間で再アセンブルする必要があるメッセージフラグメントを複数のスレッドが受信する可能性が低くなります。

エッジトリガー通知を使用している場合は、登録を有効にした後にソケットをドレインする必要があるため、ワンショット通知はお勧めしません。これは実装するより複雑なパターンであり、 WSAEWOULDBLOCK を返す呼び出しが常に必要になるため、コストが高くなります。

単一のリッスンソケットで接続の受け入れスケールアウトを行う場合、サーバーは接続要求の通知をサブスクライブする代わりに AcceptEx 関数を使用する必要があります。通知に応答して接続を受け入れると、既存の接続の処理要求に対する接続の受け入れ率が暗黙的に調整されます。

ソケット状態通知のシナリオを示すコード例を次に示します。コードの一部には、独自のアプリケーションの項目 を実行するための が含まれています。

一般的なコード

最初に、以下のシナリオで使用される一般的な定義と関数を含むコードリストを示します。

#include "pch.h"
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "Ws2_32")

#define SERVER_ADDRESS          0x0100007f  // localhost
#define SERVER_PORT             0xffff      // TODO: select an actual valid port
#define MAX_TIMEOUT             1000
#define CLIENT_LOOP_COUNT       10

typedef struct SERVER_CONTEXT {
    HANDLE ioCompletionPort;
    SOCKET listenerSocket;
} SERVER_CONTEXT;

typedef struct CLIENT_CONTEXT {
    UINT32 transmitCount;
} CLIENT_CONTEXT;

SRWLOCK g_printLock = SRWLOCK_INIT;

VOID DestroyServerContext(_Inout_ _Post_invalid_ SERVER_CONTEXT* serverContext) {
    if (serverContext->listenerSocket != INVALID_SOCKET) {
        closesocket(serverContext->listenerSocket);
    }

    if (serverContext->ioCompletionPort != NULL) {
        CloseHandle(serverContext->ioCompletionPort);
    }

    free(serverContext);
}

DWORD CreateServerContext(_Outptr_ SERVER_CONTEXT** serverContext) {
    DWORD errorCode;
    SERVER_CONTEXT* localContext = NULL;
    sockaddr_in serverAddress = { };

    localContext = (SERVER_CONTEXT*)malloc(sizeof(*localContext));
    if (localContext == NULL) {
        errorCode = ERROR_NOT_ENOUGH_MEMORY;
        goto Exit;
    }

    ZeroMemory(localContext, sizeof(*localContext));
    localContext->listenerSocket = INVALID_SOCKET;


    localContext->ioCompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);
    if (localContext->ioCompletionPort == NULL) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    localContext->listenerSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (localContext->listenerSocket == INVALID_SOCKET) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    serverAddress.sin_family = AF_INET;
    serverAddress.sin_addr.s_addr = SERVER_ADDRESS;
    serverAddress.sin_port = SERVER_PORT;
    if (bind(localContext->listenerSocket, (sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress)) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    if (listen(localContext->listenerSocket, 0) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    *serverContext = localContext;
    localContext = NULL;
    errorCode = ERROR_SUCCESS;

Exit:
    if (localContext != NULL) {
        DestroyServerContext(localContext);
    }

    return errorCode;
}

// Create a socket, connect to the server, send transmitCount copies of the
// payload, then disconnect.
DWORD
WINAPI
ClientThreadRoutine(_In_ PVOID clientContextPointer) {
    const UINT32 payload = 0xdeadbeef;
    CLIENT_CONTEXT* clientContext = (CLIENT_CONTEXT*)clientContextPointer;

    sockaddr_in serverAddress = {};
    SOCKET clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (clientSocket == INVALID_SOCKET) {
        goto Exit;
    }

    serverAddress.sin_family = AF_INET;
    serverAddress.sin_addr.s_addr = SERVER_ADDRESS;
    serverAddress.sin_port = SERVER_PORT;
    if (connect(clientSocket, (sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress)) != 0) {
        goto Exit;
    }

    for (UINT32 Index = 0; Index < clientContext->transmitCount; Index += 1) {
        if (send(clientSocket, (const char*)&payload, sizeof(payload), 0) < 0) {
            goto Exit;
        }
    }

    if (shutdown(clientSocket, SD_BOTH) != 0) {
        goto Exit;
    }

Exit:
    if (clientSocket != INVALID_SOCKET) {
        closesocket(INVALID_SOCKET);
    }

    free(clientContext);

    return 0;
}

DWORD CreateClientThread(_In_ UINT32 transmitCount) {
    DWORD errorCode = ERROR_SUCCESS;
    CLIENT_CONTEXT* clientContext = NULL;
    HANDLE clientThread = NULL;

    clientContext = (CLIENT_CONTEXT*)malloc(sizeof(*clientContext));
    if (clientContext == NULL) {
        errorCode = ERROR_NOT_ENOUGH_MEMORY;
        goto Exit;
    }

    ZeroMemory(clientContext, sizeof(*clientContext));
    clientContext->transmitCount = transmitCount;

    clientThread = CreateThread(NULL, 0, ClientThreadRoutine, clientContext, 0, NULL);
    if (clientThread == NULL) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    clientContext = NULL;

Exit:
    if (clientContext != NULL) {
        free(clientContext);
    }

    if (clientThread != NULL) {
        CloseHandle(clientThread);
    }

    return errorCode;
}

VOID PrintError(DWORD errorCode) {
    AcquireSRWLockExclusive(&g_printLock);

    wprintf_s(L"Server thread %d encountered an error %d.", GetCurrentThreadId(), errorCode);
    WCHAR errorString[512];
    if (FormatMessageW(FORMAT_MESSAGE_FROM_SYSTEM,
        NULL,
        errorCode,
        0,
        errorString,
        RTL_NUMBER_OF(errorString),
        NULL) != 0)
    {
        wprintf_s(L"%s", errorString);
    }

    ReleaseSRWLockExclusive(&g_printLock);
}

// This routine must be used only if a single socket is registered. 
DWORD DeregisterAndWait(_In_ HANDLE ioCompletionPort, _In_ SOCKET socket) {
    DWORD errorCode;
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION registration = {};
    OVERLAPPED_ENTRY notification;
    UINT32 notificationCount;

    // Keep looping until the registration is removed, or a timeout is hit.
    while (TRUE) {

        registration.operation = SOCK_NOTIFY_OP_REMOVE;
        registration.socket = socket;
        errorCode = ProcessSocketNotifications(ioCompletionPort,
            1,
            &registration,
            MAX_TIMEOUT,
            1,
            &notification,
            &notificationCount);

        if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
            goto Exit;
        }

        if (registration.registrationResult != ERROR_SUCCESS) {
            errorCode = registration.registrationResult;
            goto Exit;
        }

        // Drops all non-removal notifications. Must be used only
        // if a single socket is registered.
        if (SocketNotificationRetrieveEvents(&notification) & SOCK_NOTIFY_EVENT_REMOVE) {
            break;
        }
    }

Exit:
    return errorCode;
}

ポーリングの簡単な置換

このシナリオでは、ポーリング (WSAPoll) または同様の API を使用するアプリケーションのドロップイン置換を示します。これはシングルスレッドであり、永続的な (1 回のショットではない) 登録を利用します。登録は再登録する必要がないため、 GetQueuedCompletionStatusEx を 使用して通知をデキューします。

VOID SimplePollReplacement() {
    DWORD errorCode;
    WSADATA wsaData;
    SERVER_CONTEXT* serverContext = NULL;
    SOCKET tcpAcceptSocket = INVALID_SOCKET;
    u_long nonBlocking = 1;
    SOCKET currentSocket;
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION registration = {};
    OVERLAPPED_ENTRY notification;
    ULONG notificationCount;
    UINT32 events;
    CHAR dataBuffer[512];

    if (WSAStartup(WINSOCK_VERSION, &wsaData) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        PrintError(errorCode);
        return;
    }

    errorCode = CreateServerContext(&serverContext);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    errorCode = CreateClientThread(CLIENT_LOOP_COUNT);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    tcpAcceptSocket = accept(serverContext->listenerSocket, NULL, NULL);
    if (tcpAcceptSocket == INVALID_SOCKET) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    if (ioctlsocket(tcpAcceptSocket, FIONBIO, &nonBlocking) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    // Register the accepted connection.
    registration.completionKey = (PVOID)tcpAcceptSocket;
    registration.eventFilter = SOCK_NOTIFY_REGISTER_EVENT_IN | SOCK_NOTIFY_REGISTER_EVENT_HANGUP;
    registration.operation = SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
    registration.triggerFlags = SOCK_NOTIFY_TRIGGER_LEVEL;
    registration.socket = tcpAcceptSocket;
    errorCode = ProcessSocketNotifications(serverContext->ioCompletionPort,
        1,
        &registration,
        0,
        0,
        NULL,
        NULL);

    // Make sure all registrations were processed.
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    // Make sure each registration was successful.
    if (registration.registrationResult != ERROR_SUCCESS) {
        errorCode = registration.registrationResult;
        goto Exit;
    }

    // Keep receiving data until the client disconnects.
    while (TRUE) {

        wprintf_s(L"Waiting for client action...\r\n");

        if (!GetQueuedCompletionStatusEx(serverContext->ioCompletionPort,
            &notification,
            1,
            &notificationCount,
            MAX_TIMEOUT,
            FALSE))
        {
            errorCode = GetLastError();
            goto Exit;
        }

        // The completion key is the socket we supplied above.
        //
        // This is true only because the registration supplied the socket as the completion
        // key. A more typical pattern is to supply a context pointer. This example supplies
        // the socket directly, for simplicity.
        //
        // The events are stored in the number-of-bytes-received field.
        events = SocketNotificationRetrieveEvents(&notification);

        currentSocket = (SOCKET)notification.lpCompletionKey;
        if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_IN) {

            // We don't check for a 0-size receive because we subscribed to hang-up notifications.
            if (recv(currentSocket, dataBuffer, sizeof(dataBuffer), 0) < 0) {
                errorCode = GetLastError();
                goto Exit;
            }

            wprintf_s(L"Received client data.\r\n");
        }

        if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_HANGUP) {
            wprintf_s(L"Client hung up. Exiting. \r\n");
            break;
        }

        if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_ERR) {
            wprintf_s(L"The socket was ungracefully reset or another error occurred. Exiting.\r\n");
            // Obtain a more detailed error code by issuing a non-blocking receive.
            recv(currentSocket, dataBuffer, sizeof(dataBuffer), 0);
            errorCode = GetLastError();
            goto Exit;
        }
    }

    errorCode = ERROR_SUCCESS;

Exit:
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        PrintError(errorCode);
    }

    if (serverContext != NULL) {
        if (tcpAcceptSocket != INVALID_SOCKET) {
            DeregisterAndWait(serverContext->ioCompletionPort, tcpAcceptSocket);
        }

        DestroyServerContext(serverContext);
    }

    if (tcpAcceptSocket != INVALID_SOCKET) {
        closesocket(tcpAcceptSocket);
    }

    WSACleanup();
}

エッジによってトリガーされる UDP サーバー

これは、エッジトリガーで API を使用する方法の簡単な図です。

重要

サーバーは 、WSAEWOULDBLOCK を受信するまで受信を続ける必要があります。それ以外の場合は、立ち上がりエッジが観察されることを確認できません。そのため、サーバーのソケットも非ブロッキングである必要があります。

この例では、UDP を使用して 、HANGUP 通知の欠如を示します。一般的なヘルパーが必要に応じて UDP ソケットを作成すると仮定すると、いくつかの自由が必要になります。

// This example assumes that substantially similar helpers are available for UDP sockets.
VOID SimpleEdgeTriggeredSample() {
    DWORD errorCode;
    WSADATA wsaData;
    SOCKET serverSocket = INVALID_SOCKET;
    SOCKET currentSocket;
    HANDLE ioCompletionPort = NULL;
    sockaddr_in serverAddress = { };
    u_long nonBlocking = 1;
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION registration = {};
    OVERLAPPED_ENTRY notification;
    ULONG notificationCount;
    UINT32 events;
    CHAR dataBuffer[512];
    UINT32 datagramCount;
    int receiveResult;

    if (WSAStartup(WINSOCK_VERSION, &wsaData) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        PrintError(errorCode);
        return;
    }

    ioCompletionPort = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);
    if (ioCompletionPort == NULL) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if (serverSocket == INVALID_SOCKET) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    // Register the server UDP socket before binding to a port to ensure data doesn't become
    // present before the registration. Otherwise, the server could miss the notification and
    // hang.
    //
    // Edge-triggered is not recommended with one-shot due to the difficulty in re-registering.
    registration.completionKey = (PVOID)serverSocket;
    registration.eventFilter = SOCK_NOTIFY_EVENT_IN;
    registration.operation = SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
    registration.triggerFlags = SOCK_NOTIFY_TRIGGER_EDGE;
    registration.socket = serverSocket;
    errorCode = ProcessSocketNotifications(ioCompletionPort, 1, &registration, 0, 0, NULL, NULL);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    if (registration.registrationResult != ERROR_SUCCESS) {
        errorCode = registration.registrationResult;
        goto Exit;
    }

    // Use non-blocking sockets with edge-triggered notifications, since the data must be
    // drained before a rising edge can be observed again.
    errorCode = ioctlsocket(serverSocket, FIONBIO, &nonBlocking);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    serverAddress.sin_family = AF_INET;
    serverAddress.sin_addr.s_addr = SERVER_ADDRESS;
    serverAddress.sin_port = SERVER_PORT;
    if (bind(serverSocket, (sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress)) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    // Create the client.
    // While CreateClientThread connects to a TCP socket and sends data over it, for this example
    // assume that CreateClientThread creates a UDP socket instead, and sends data over it.
    errorCode = CreateClientThread(CLIENT_LOOP_COUNT);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    // Receive the packets.
    datagramCount = 0;
    while (datagramCount < CLIENT_LOOP_COUNT) {

        wprintf_s(L"Waiting for client action...\r\n");

        if (!GetQueuedCompletionStatusEx(ioCompletionPort,
            &notification,
            1,
            &notificationCount,
            MAX_TIMEOUT,
            FALSE))
        {
            errorCode = GetLastError();
            goto Exit;
        }

        // The completion key is the socket we supplied above.
        //
        // This is true only because the registration supplied the socket as the completion
        // key. A more typical pattern is to supply a context pointer. This example supplies
        // the socket directly, for simplicity.
        //
        // The events are the integer value of the overlapped pointer.
        events = SocketNotificationRetrieveEvents(&notification);

        currentSocket = (SOCKET)notification.lpCompletionKey;
        if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_ERR) {
            // Obtain a more detailed error code by issuing a non-blocking receive.
            recv(currentSocket, dataBuffer, sizeof(dataBuffer), 0);
            errorCode = GetLastError();
            goto Exit;
        }

        if ((events & SOCK_NOTIFY_EVENT_IN) == 0) {
            continue;
        }

        // Keep looping receiving data until the read would block, otherwise the edge may not
        // have been reset.
        while (TRUE) {
            receiveResult = recv(currentSocket, dataBuffer, sizeof(dataBuffer), 0);
            if (receiveResult < 0) {
                errorCode = GetLastError();
                if (errorCode != WSAEWOULDBLOCK) {
                    goto Exit;
                }

                break;
            }

            datagramCount += 1;
            wprintf_s(L"Received client data.\r\n");
        }
    }

    wprintf_s(L"Received all data. Exiting... \r\n");
    errorCode = ERROR_SUCCESS;

Exit:
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        PrintError(errorCode);
    }

    if (serverSocket != INVALID_SOCKET) {
        if (ioCompletionPort != NULL) {
            DeregisterAndWait(ioCompletionPort, serverSocket);
        }

        closesocket(serverSocket);
    }

    if (ioCompletionPort != NULL) {
        CloseHandle(ioCompletionPort);
    }

    WSACleanup();
}

マルチスレッドサーバー

この例では、I/O 完了ポートのスケールアウト機能を使用して複数のサーバースレッドに作業を分散する、より現実的なマルチスレッド使用パターンを示します。サーバーはワンショットレベルトリガーを使用して、複数のスレッドが同じソケットの通知を取得しないようにし、各スレッドが受信したデータを一度に 1 つのチャンクでドレインできるようにします。

また、入力候補ポートで使用される一般的なパターンも示します。入力候補キーは、ソケットごとのコンテキストポインターを指定するために使用されます。コンテキストポインターには、1 つの完了ポートで複数のソケット型を使用できるように、使用されているソケットの種類を記述するヘッダーがあります。この例のコメントでは、ソケット通知だけでなく、任意の入力候補を ( GetQueuedCompletionStatusEx 関数と同様に) デキューできることを強調しています。 PostQueuedCompletionStatus API は、スレッドにメッセージを投稿し、ソケット通知の到着を待たずにウェイクするために使用されます。

最後に、この例では、スレッド化されたワークロードでソケットコンテキストを正しく登録解除してクリーンアップする複雑さの一部を示します。この例では、ソケットコンテキストは、通知を受信するスレッドによって暗黙的に所有されています。通知の登録に失敗した場合、スレッドは所有権を維持します。

#define CLIENT_THREAD_COUNT         100
// The I/O completion port infrastructure ensures that the system isn't over-subscribed by
// ensuring server-side threads block if they exceed the number of logical processors. If the
// machine has more than 16 logical processors, then this can be observed by increasing this number.
#define SERVER_THREAD_COUNT         16
#define SERVER_DEQUEUE_COUNT        3
#define SERVER_EXIT_KEY             ((ULONG_PTR)-1)

typedef struct SERVER_THREAD_CONTEXT {
    SERVER_CONTEXT* commonContext;
    SRWLOCK stateLock;
    _Guarded_by_(stateLock) UINT32 deregisterCount;
    _Guarded_by_(stateLock) BOOLEAN shouldExit;
} SERVER_THREAD_CONTEXT;

typedef enum SOCKET_TYPE {
    SOCKET_TYPE_LISTENER,
    SOCKET_TYPE_ACCEPT
} SOCKET_TYPE;

typedef struct SOCKET_CONTEXT {
    SOCKET_TYPE socketType;
    SOCKET socket;
} SOCKET_CONTEXT;

VOID CancelServerThreadsAsync(_Inout_ SERVER_THREAD_CONTEXT* serverThreadContext) {
    AcquireSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);
    serverThreadContext->shouldExit = TRUE;
    ReleaseSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);
}

VOID IndicateServerThreadExit(_In_ HANDLE ioCompletionPort) {
    // Notify a server thread that it needs to exit. It can then notify the other threads when it
    // exits.
    //
    // If this fails, then server threads may hang, and this program will never terminate. That
    // is an unrecoverable error.
    if (!PostQueuedCompletionStatus(ioCompletionPort, 0, SERVER_EXIT_KEY, NULL)) {
        RaiseFailFastException(NULL, NULL, 0);
    }
}

VOID DestroySocketContext(_Inout_ _Post_invalid_ SOCKET_CONTEXT* socketContext) {
    if (socketContext->socket != INVALID_SOCKET) {
        closesocket(socketContext->socket);
    }

    free(socketContext);
}

DWORD AcceptConnection(_In_ SOCKET listenSocket, _Outptr_ SOCKET_CONTEXT** socketContextOut) {
    DWORD errorCode;
    SOCKET_CONTEXT* socketContext = NULL;

    socketContext = (SOCKET_CONTEXT*)malloc(sizeof(*socketContext));
    if (socketContext == NULL) {
        errorCode = ERROR_NOT_ENOUGH_MEMORY;
        goto Exit;
    }

    ZeroMemory(socketContext, sizeof(*socketContext));
    socketContext->socketType = SOCKET_TYPE_ACCEPT;
    socketContext->socket = accept(listenSocket, NULL, NULL);
    if (socketContext->socket == INVALID_SOCKET) {
        errorCode = GetLastError();
        goto Exit;
    }

    *socketContextOut = socketContext;
    socketContext = NULL;

Exit:
    if (socketContext != NULL) {
        _ASSERT(errorCode != ERROR_SUCCESS);
        DestroySocketContext(socketContext);
    }

    return errorCode;
}

DWORD
WINAPI
ServerThreadRoutine(_In_ PVOID serverThreadContextPointer) {
    DWORD errorCode;
    SERVER_THREAD_CONTEXT* serverThreadContext;
    HANDLE ioCompletionPort;
    // Accepting a connection requires two registrations: one to re-enable the listening socket
    // notification, and one to register the newly-accepted connection.
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION registrationBuffer[SERVER_DEQUEUE_COUNT * 2];
    UINT32 registrationCount;
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION* registration;
    OVERLAPPED_ENTRY notifications[SERVER_DEQUEUE_COUNT];
    UINT32 notificationCount;
    UINT32 events;
    SOCKET_CONTEXT* socketContext;
    SOCKET_CONTEXT* acceptedContext;
    BOOLEAN shouldExit;
    CHAR dataBuffer[512];

    serverThreadContext = (SERVER_THREAD_CONTEXT*)serverThreadContextPointer;
    ioCompletionPort = serverThreadContext->commonContext->ioCompletionPort;

    // Boot-strap the loop process.
    registrationCount = 0;

    // Keep looping, processing notifications until exit has been requested.
    while (TRUE) {

        AcquireSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);
        shouldExit = serverThreadContext->shouldExit;
        ReleaseSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);
        if (shouldExit) {
            goto Exit;
        }

        AcquireSRWLockExclusive(&g_printLock);
        wprintf_s(L"Server thread %d waiting for client action...\r\n", GetCurrentThreadId());
        ReleaseSRWLockExclusive(&g_printLock);

        // Process notifications and re-register one-shot notifications that were processed on a
        // previous iteration.
        errorCode = ProcessSocketNotifications(ioCompletionPort,
            registrationCount,
            (registrationCount == 0) ? NULL : registrationBuffer,
            MAX_TIMEOUT,
            RTL_NUMBER_OF(notifications),
            notifications,
            &notificationCount);

        // TODO: Production code should handle failure better. This can fail due to transient memory conditions, or due to
        // invalid input such as a bad handle. Retrying in case the memory conditions abate is
        // a reasonable strategy.
        if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
            goto Exit;
        }

        // Check whether any registrations failed, and attempt to clean up if they did.
        errorCode = ERROR_SUCCESS;
        for (UINT32 i = 0; i < registrationCount; i += 1) {
            registration = &registrationBuffer[i];
            if (registration->registrationResult == ERROR_SUCCESS) {
                continue;
            }

            // Preserve the first failure code.
            if (errorCode == ERROR_SUCCESS) {
                errorCode = registration->registrationResult;
            }

            // All the registrations are oneshot, so if the registration failed, then only this thread
            // has access to the context. Attempt to clean up fully:
            // - The listening socket is owned by the main thread, so ignore that.
            // - If the socket hasn't been registered, just free its memory.
            // - Otherwise, attempt to deregister it.

            socketContext = (SOCKET_CONTEXT*)registration->completionKey;
            if (socketContext->socketType == SOCKET_TYPE_LISTENER) {
                continue;
            }

            // Best-effort de-registration. In case of failure, simply get rid of the socket and
            // context. This is safe to do because the notification for the socket can't be enabled.
            // Either it was never registered in the first place, or re-registration failed, and it
            // was previously disabled by nature of being a one-shot registration.
            registration->operation = SOCK_NOTIFY_OP_REMOVE;
            errorCode = ProcessSocketNotifications(ioCompletionPort,
                1,
                registration,
                0,
                0,
                NULL,
                NULL);

            if ((errorCode != ERROR_SUCCESS) ||
                (registration->registrationResult != ERROR_SUCCESS)) {
                DestroySocketContext(socketContext);
            }
        }

        // Process the notifications. Many will need to be re-enabled because they are one-shot,
        // so ensure that we can build that incrementally.
        registrationCount = 0;
        ZeroMemory(registrationBuffer, sizeof(registrationBuffer));

        for (UINT32 i = 0; i < notificationCount; i += 1) {
            if (notifications[i].lpCompletionKey == SERVER_EXIT_KEY) {
                _ASSERT(serverThreadContext->shouldExit);

                // On exit, this thread will post the next exit message.
                errorCode = ERROR_SUCCESS;
                goto Exit;
            }

            socketContext = (SOCKET_CONTEXT*)notifications[i].lpCompletionKey;
            events = SocketNotificationRetrieveEvents(&notifications[i]);

            // Process the socket notification, taking socket-specific actions.
            switch (socketContext->socketType) {
            case SOCKET_TYPE_LISTENER:

                // Accepting connections in response to notifications implicitly throttles
                // the rate at which incoming connections are accepted, and limits scale-out for
                // new connection acceptance. Consider using AcceptEx if greater scaling of
                //connection acceptance is desired.

                // Perform an accept regardless of the notification. The only possible notifications
                // are for available connections or error conditions. Any possible error conditions
                // will be processed as part of the accept.
                errorCode = AcceptConnection(socketContext->socket, &acceptedContext);
                if (errorCode == ERROR_SUCCESS) {
                    // Register the accepted connection.
                    registration = &registrationBuffer[registrationCount];
                    registration->socket = acceptedContext->socket;
                    registration->completionKey = acceptedContext;
                    registration->eventFilter = SOCK_NOTIFY_EVENT_IN | SOCK_NOTIFY_EVENT_HANGUP;
                    registration->operation =
                        SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
                    registration->triggerFlags = SOCK_NOTIFY_TRIGGER_ONESHOT | SOCK_NOTIFY_TRIGGER_LEVEL;
                    registrationCount += 1;
                }

                // Re-arm the existing listening socket registration.
                registration = &registrationBuffer[registrationCount];
                registration->socket = socketContext->socket;
                registration->completionKey = socketContext;
                registration->eventFilter = SOCK_NOTIFY_EVENT_IN;
                registration->operation =
                    SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
                registration->triggerFlags = SOCK_NOTIFY_TRIGGER_ONESHOT | SOCK_NOTIFY_TRIGGER_LEVEL;
                registrationCount += 1;
                break;

            case SOCKET_TYPE_ACCEPT:
                // The registration was removed. Clean up the context.
                if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_REMOVE) {
                    AcquireSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);
                    serverThreadContext->deregisterCount += 1;
                    if (serverThreadContext->deregisterCount >= CLIENT_THREAD_COUNT) {
                        serverThreadContext->shouldExit = TRUE;
                    }
                    ReleaseSRWLockExclusive(&serverThreadContext->stateLock);

                    DestroySocketContext(socketContext);
                    continue;
                }

                registration = &registrationBuffer[registrationCount];

                // If a hangup occurred, then remove the registration. 
                if (events & SOCK_NOTIFY_EVENT_HANGUP) {
                    registration->eventFilter = 0;
                    registration->operation = SOCK_NOTIFY_OP_REMOVE;
                }

                // Receive data.
                if (events & (SOCK_NOTIFY_EVENT_IN | SOCK_NOTIFY_EVENT_ERR)) {
                    // TODO: Handle errors (for example, due to connection reset). The error from recv can
                    // be used to retrieve the underlying socket for a SOCK_NOTIFY_EVENT_ERR.
                    if (recv(socketContext->socket, dataBuffer, sizeof(dataBuffer), 0) < 0) {
                        registration->operation = SOCK_NOTIFY_OP_REMOVE;
                        registration->eventFilter = 0;
                    }
                    else {
                        registration->operation |=
                            SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
                        registration->triggerFlags =
                            SOCK_NOTIFY_TRIGGER_ONESHOT | SOCK_NOTIFY_TRIGGER_LEVEL;
                        registration->eventFilter = SOCK_NOTIFY_EVENT_IN | SOCK_NOTIFY_EVENT_HANGUP;
                    }
                }

                registration->socket = socketContext->socket;
                registration->completionKey = socketContext;
                registrationCount += 1;
                break;

                // TODO:
                //
                // Other (potentially non-socket) I/O completion can be processed here. For instance,
                // this could also be processing disk I/O. The contexts will need to have a common
                // header that can be used to differentiate between the different context types,
                // similar to how the listening and accepted sockets are differentiated.
                //
                // case ... :

            default:
                _ASSERT(!"Unexpected socket type!");
                errorCode = ERROR_UNIDENTIFIED_ERROR;
                goto Exit;
            }
        }
    }

    errorCode = ERROR_SUCCESS;

Exit:
    // If an error occurred, then ensure the other threads know they should exit.
    // TODO: use an error handling strategy that isn't just exiting.
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        PrintError(errorCode);
        CancelServerThreadsAsync(serverThreadContext);
    }

    // Wake a remaining server thread.
    IndicateServerThreadExit(ioCompletionPort);

    AcquireSRWLockExclusive(&g_printLock);
    wprintf_s(L"Server thread %d exited\r\n", GetCurrentThreadId());
    ReleaseSRWLockExclusive(&g_printLock);

    return errorCode;
}

VOID MultiThreadedTcpServer() {
    DWORD errorCode;
    WSADATA wsaData;
    SERVER_THREAD_CONTEXT serverContext = { NULL, SRWLOCK_INIT, 0, FALSE };
    SOCKET_CONTEXT listenContext = {};
    SOCK_NOTIFY_REGISTRATION registration = {};
    HANDLE serverThreads[SERVER_THREAD_COUNT] = {};
    UINT32 serverThreadCount = 0;

    if (WSAStartup(WINSOCK_VERSION, &wsaData) != 0) {
        errorCode = GetLastError();
        PrintError(errorCode);
        return;
    }

    listenContext.socket = INVALID_SOCKET;
    listenContext.socketType = SOCKET_TYPE_LISTENER;
    errorCode = CreateServerContext(&serverContext.commonContext);
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    // Register the listening socket with the I/O completion port so the server threads are notified
    // of incoming connections.
    listenContext.socket = serverContext.commonContext->listenerSocket;
    registration.completionKey = &listenContext;
    registration.eventFilter = SOCK_NOTIFY_EVENT_IN;
    registration.operation = SOCK_NOTIFY_OP_ENABLE;
    registration.triggerFlags = SOCK_NOTIFY_TRIGGER_LEVEL | SOCK_NOTIFY_TRIGGER_PERSISTENT;
    registration.socket = listenContext.socket;
    errorCode = ProcessSocketNotifications(serverContext.commonContext->ioCompletionPort,
        1,
        &registration,
        0,
        0,
        NULL,
        NULL);

    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        goto Exit;
    }

    // Create the server threads. These are likely over-subscribed, but the I/O completion port
    // ensures that they scale appropriately.
    while (serverThreadCount < RTL_NUMBER_OF(serverThreads)) {
        serverThreads[serverThreadCount] =
            CreateThread(NULL, 0, ServerThreadRoutine, &serverContext, 0, NULL);

        if (serverThreads[serverThreadCount] == NULL) {
            errorCode = GetLastError();
            goto Exit;
        }
    }

    // Create the client threads, which are badly over-subscribed.
    for (UINT32 i = 0; i < CLIENT_THREAD_COUNT; i += 1) {
        errorCode = CreateClientThread(CLIENT_LOOP_COUNT);
        if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
            goto Exit;
        }
    }

    errorCode = ERROR_SUCCESS;

Exit:
    if (errorCode != ERROR_SUCCESS) {
        PrintError(errorCode);

        // In case of error, ensure that all server threads know to exit.
        if (serverContext.commonContext != NULL) {
            CancelServerThreadsAsync(&serverContext);
            IndicateServerThreadExit(serverContext.commonContext->ioCompletionPort);
        }
    }

    if (serverThreadCount > 0) {
        wprintf_s(L"Waiting for %d server threads to exit...\r\n", serverThreadCount);
        errorCode = WaitForMultipleObjects(serverThreadCount, serverThreads, TRUE, INFINITE);
        _ASSERT(errorCode == ERROR_SUCCESS);
    }

    // TODO: In case of failure, clean up remaining state. For example, Accepted connections can be kept in
    // a global list, which can be closed from this thread.

    for (UINT32 i = 0; i < serverThreadCount; i += 1) {
        CloseHandle(serverThreads[i]);
    }

    DestroyServerContext(serverContext.commonContext);

    WSACleanup();
}

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